AFS自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)的詳細(xì)原理介紹及與傳統(tǒng)前燈相比有什么優(yōu)勢(shì)？

AFS是指能自動(dòng)改變兩種以上的光型以適應(yīng)車輛行駛條件變化的前照燈系統(tǒng)。AFS是目前國際在車燈照明領(lǐng)域最新的技術(shù)之一，同時(shí)也是一個(gè)和行車安全息息相關(guān)的主動(dòng)式安全系統(tǒng)。

AFS的研發(fā)背景

傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)是由：近光燈、遠(yuǎn)光燈、行駛燈和前霧燈組合而成。在城市道路行駛并且限速的情況下，主要采用近光；在鄉(xiāng)間道路或者高速公路上高速行駛的時(shí)候，主要采用遠(yuǎn)光；霧天行駛的時(shí)候，應(yīng)該打開霧燈；白天行駛，應(yīng)該打開行駛燈（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）。

但是實(shí)際的使用中，傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)存在著諸多問題。例如，現(xiàn)有近光燈在近距離上的照明效果很不好，特別是在交通狀況比較復(fù)雜的市區(qū)，經(jīng)常會(huì)有很多司機(jī)在晚上將近光燈、遠(yuǎn)光燈和前霧燈統(tǒng)統(tǒng)打開；車輛在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候也存在照明的暗區(qū)，嚴(yán)重影響了司機(jī)對(duì)彎道上障礙的判斷；車輛在雨天行駛的時(shí)候，地面積水反射前燈的光線，產(chǎn)生反射眩光等等。

歐洲汽車照明研究機(jī)構(gòu)曾經(jīng)就此作過做專項(xiàng)調(diào)查，結(jié)果顯示，歐洲司機(jī)們最希望改善的是陰雨天氣積水路面的照明，排在第二位的是鄉(xiāng)村公路的照明，接下來依次是彎道照明、高速公路照明和市區(qū)照明。

上述這些問題的存在，就使得研制一種具有多種照明功能的前照燈成為必要，并且這些功能的切換，出于安全上的考慮，必須是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。所以歐洲和日本相繼研制了這種自動(dòng)適應(yīng)車輛行駛狀態(tài)的前照燈系統(tǒng)——AFS（自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)）。

AFS實(shí)現(xiàn)的功能

陰雨天氣的照明

如圖1圖2所示，陰雨天氣，地面的積水會(huì)將行駛車輛打在地面上的光線，反射至對(duì)面會(huì)車司機(jī)的眼睛中，使其目眩，進(jìn)而可能造成交通事故。

AFS有效的解決方法是：前燈發(fā)出如圖所示的特殊光型，減弱地面可能對(duì)會(huì)車產(chǎn)生眩光的區(qū)域的光強(qiáng)。

圖1雨天積水反射的AFS光線（側(cè)視）

雨天積水對(duì)AFS光線的反射（俯視）

鄉(xiāng)村道路的照明

在環(huán)境照明不好的鄉(xiāng)村道路上高速行駛的車輛，需要的是照得遠(yuǎn)，照得寬的前照燈。同時(shí)AFS也不能產(chǎn)生使對(duì)面會(huì)車司機(jī)眩目的光線。

轉(zhuǎn)彎道路的照明

如圖3所示，傳統(tǒng)前燈的光線因?yàn)楹蛙囕v行駛方向保持著一致，所以不可避免的存在照明的暗區(qū)。一旦在彎道上存在障礙物，極易因?yàn)樗緳C(jī)對(duì)其準(zhǔn)備不足，引發(fā)交通事故。

AFS解決的方法是：車輛在進(jìn)入彎道時(shí)，產(chǎn)生如圖4所示旋轉(zhuǎn)的光型，給彎道以足夠的照明。

圖3傳統(tǒng)前燈的彎道照明問題

圖4AFS的彎道旋轉(zhuǎn)照明

高速公路的照明

如圖5所示，車輛在高速公路上行駛，因?yàn)榫哂袠O高的車速，所以需要前照燈比鄉(xiāng)村道路照得更遠(yuǎn)，照得更寬。而傳統(tǒng)的前燈卻存在著高速公路上照明不足的問題。

AFS采用了如圖6所示更為寬廣的光型解決這一問題。

圖5現(xiàn)有前燈在高速公路照明的問題

圖6AFS在高速公路上的照明

城市道路的照明

城市中道路復(fù)雜、狹窄。傳統(tǒng)前照燈近光如圖7所示，因?yàn)楣庑捅容^狹長，所以不能滿足城市道路照明的要求。

AFS在考慮到車輛市區(qū)行駛速度受到限制的情況下，可以產(chǎn)生如圖8所示的比較寬闊的光型，有效地避免了與岔路中突然出現(xiàn)的行人、車輛可能發(fā)生的交通事故。

圖7傳統(tǒng)前燈近光的照明的問題

圖8AFS城市道路的照明

AFS的工作原理

AFS是一個(gè)由傳感器組、傳輸通路、處理器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的系統(tǒng)。由于需要對(duì)多種車輛行駛狀態(tài)做出綜合判斷，客觀上決定了AFS是一個(gè)多輸入多輸出復(fù)雜的系統(tǒng)。

要實(shí)現(xiàn)不同的功能，AFS必須要從不同的傳感器取得不同的車輛行駛信息。比如，為了實(shí)現(xiàn)彎道旋轉(zhuǎn)照明的功能，除了要從車速傳感器獲取車速、方向盤角度傳感器獲取方向盤轉(zhuǎn)角、車身高度傳感器獲得車身傾斜角度以外，還必須通過一些特殊的傳感器，獲取車輛實(shí)際轉(zhuǎn)向角度的信息；為了實(shí)現(xiàn)陰雨天照明的功能，就要從濕度傳感器獲得是否陰雨的信息……

因?yàn)樵谕ǔ５那闆r下，AFS所需獲得部分信息也被其他的控制系統(tǒng)采用，即AFS實(shí)際上要和其他的系統(tǒng)共用一些傳感器，所以，必須通過總線這一傳輸通路以后，才能實(shí)現(xiàn)這些傳感器信息的共享。

AFS接受到的信息，除了車速，車身轉(zhuǎn)角和車身傾斜角等等少數(shù)信息是可以定量的以外，其他傳感器發(fā)回的信息大多只能到定性的程度。諸如，地面平不平，雨下得大不大等等車身之外的環(huán)境信息，都是不能精確量化的。這就使得AFS的中央處理器能夠進(jìn)行模糊的判斷。并且很多信息之間是相互關(guān)聯(lián)的。比如，在陰雨天氣，路面積水的情況下，車輛的轉(zhuǎn)角和晴天相比有極大的差異……AFS的中央處理器不僅要做模糊的判斷，而且還要隨著這種環(huán)境的改變不斷的修整系統(tǒng)參數(shù)，這使得AFS最終成為一個(gè)自適應(yīng)的模糊系統(tǒng)。

AFS的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一系列的馬達(dá)和光學(xué)機(jī)構(gòu)組成的。一般有投射式前照燈，對(duì)前燈垂直角度進(jìn)行調(diào)整的調(diào)高馬達(dá)，對(duì)前燈水平角度進(jìn)行調(diào)整的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，對(duì)基本光型進(jìn)行調(diào)整的可移動(dòng)光柵，此外還有一些附加燈如角燈等等。

以日本DENSO公司的AFS為例，進(jìn)行簡要的說明：

DENSO公司的AFS系統(tǒng)目前只能實(shí)現(xiàn)彎道照明的功能，所以其系統(tǒng)比較的簡單。系統(tǒng)從方向盤角度傳感器、車體速度傳感器、車身高度位移傳感器分別取得轉(zhuǎn)向輪旋轉(zhuǎn)角度、車體速度和車身傾斜度的精確信息。其中角度和速度信息通過中央控制電路精確計(jì)算以后產(chǎn)生輸出信號(hào)控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)對(duì)前燈（投射式）進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，傾斜度信息控制調(diào)高馬達(dá)對(duì)前燈進(jìn)行垂直旋轉(zhuǎn)。

AFS系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)

目前研發(fā)的AFS系統(tǒng)的難點(diǎn)就是缺乏有效、廉價(jià)的傳感器能對(duì)基本道路狀況的做出判斷。要完成路面積水、轉(zhuǎn)彎道路、高速公路、鄉(xiāng)村道路和城市道路的綜合識(shí)別，即便是采用下一代基于CCD的圖像識(shí)別技術(shù)還是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

所以時(shí)下量產(chǎn)的AFS系統(tǒng)都是運(yùn)用了間接判斷，有限的實(shí)現(xiàn)個(gè)別功能。如采用車身高度傳感器感知車身的縱傾角，使前燈保持和路面水平；采用方向盤轉(zhuǎn)角傳感器感知前輪轉(zhuǎn)角，結(jié)合車速判斷道路的彎曲狀況，實(shí)現(xiàn)彎道旋轉(zhuǎn)的功能；采用自動(dòng)雨刮的濕度傳感器感知雨量，實(shí)現(xiàn)前燈反光遮擋的功能。

車身縱傾調(diào)光功能

車身會(huì)因?yàn)榍昂筘?fù)載的不同，改變縱傾的角度，安裝在車身上的車燈射出光線的角度也會(huì)發(fā)生改變，對(duì)夜間行車安全產(chǎn)生不利的影響。

如圖所示，上部是正常的前燈出射角度和照明范圍，中下部分別是后傾和前傾情況下的前燈角度和照明范圍，其差異是非常明顯的。另外，車輛的加速和減速也能改變車身的縱傾角。

采用安裝在懸架和車身上的車身高度傳感器，獲取前軸和后軸的高度變化量，并依據(jù)軸距計(jì)算車身縱傾角度。車身縱傾角度的變化量，就是前燈光軸角度的變化量，通過調(diào)光電機(jī)的運(yùn)作，反向調(diào)整此角度變化，就可以使光軸回復(fù)到原先的狀態(tài)，保持水平。

彎道旋轉(zhuǎn)功能

傳統(tǒng)國標(biāo)對(duì)前燈照明有很嚴(yán)格的要求。25m測(cè)試屏上實(shí)測(cè)到前燈（單燈近光）的等照度曲線（0.5~31lux），經(jīng)由計(jì)算各種不同能量的光線得到在空間中生成的光網(wǎng)，下圖紅線所圍成的空間區(qū)域就是前燈（單燈近光）1lux的光網(wǎng)，則雙燈能夠照亮路面上藍(lán)線圍成的區(qū)域。

無疑此近光完全滿足國標(biāo)的配光要求，但這并不能保證駕駛員能發(fā)現(xiàn)彎道上近在咫尺的危險(xiǎn)，因?yàn)闄M向固定光軸的傳統(tǒng)前燈存在著盲區(qū)。如果前近光燈能夠提前旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，左燈旋轉(zhuǎn)15度，右燈旋轉(zhuǎn)9度，可見區(qū)域就能覆蓋大半個(gè)轉(zhuǎn)彎半徑37m左右的彎道，從而提早的發(fā)現(xiàn)道路上存在的危險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)處理。

彎道上發(fā)現(xiàn)危機(jī)最極端的應(yīng)對(duì)措施就是制動(dòng)，前燈需要旋轉(zhuǎn)的角度就是要保證這個(gè)有效的制動(dòng)距離。一般來說從發(fā)現(xiàn)危機(jī)、踩下剎車到制動(dòng)器啟動(dòng)需要1.5秒的時(shí)間，這段時(shí)間車輛以初始速度行駛；制動(dòng)器工作后，如不出現(xiàn)甩尾、抱死的情況，其制動(dòng)距離大致和直線制動(dòng)相同。二者相加，所需的距離必須要在前燈旋轉(zhuǎn)后的照明區(qū)域內(nèi)。

陰雨天燈光遮擋功能

陰雨、壞天氣下的照明一直是影響夜間行車安全的主要因素，恐怕很多人都會(huì)有被的前燈反光晃倒的經(jīng)歷。車輛前燈分為遠(yuǎn)光和近光的原因，就是因?yàn)榻鉄裟苡行П苊夤饩€直射到對(duì)面會(huì)車駕駛員的眼中，但在路面積水的狀況下，這種精心的設(shè)計(jì)完全失效。

所以AFS具備功能首位的就是壞天氣下的照明，即將經(jīng)過反射后射進(jìn)會(huì)車的光線（紅色區(qū)域）遮擋。對(duì)應(yīng)到25m測(cè)試屏等照度曲線上的遮擋范圍見圖11的左下方的白色區(qū)域。

目前尚未接觸到能夠感知路面積水的傳感器，只是聽說可以采用自動(dòng)雨刮的雨量傳感器替代。遮擋需根據(jù)反射光線逆推到等照度曲線，并根據(jù)前燈的實(shí)際配光效果作細(xì)致的調(diào)整。