智能驅動(dòng)和控制技術(shù)為汽車(chē)行駛安全帶來(lái)革命性變化

汽車(chē)前照燈主要是用于汽車(chē)夜間行駛照明。它的亮度和照射方向對于行車(chē)安全是至關(guān)重要的。夜間汽車(chē)所有前照燈同時(shí)照明時(shí)，燈具應具有能使駕駛員看清前方100米距離以?xún)冉煌ㄕ系K物的性能，照明光束應對準汽車(chē)的前進(jìn)方向，主光軸方向應該偏下。前照燈的發(fā)光強度不足或者照射方向不合適，汽車(chē)前方的情況就不能清晰易見(jiàn)，或者給迎面駛來(lái)的汽車(chē)里的駕駛員造成眩目，妨礙視野，這些都是導致事故的重要因素。

在2006廣州車(chē)展上，人們看到新奧迪S8配置了創(chuàng )新的照明科技—帶有LED日間運行燈的自適應前照燈。其加強型氙氣前照燈配有靜態(tài)轉向燈和動(dòng)態(tài)轉彎燈以及獨立的LED日間行車(chē)燈。雪鐵龍新C5號稱(chēng)是世界上最安全的轎車(chē)之一，其雙功能氙氣轉向大燈夜間能以左右15o的角度轉動(dòng)(轉彎時(shí)外側燈轉動(dòng)8o，內側燈可轉動(dòng)15o)，使您在轉彎時(shí)能獲得更佳的視野，從而提高行駛安全性。

氙氣燈與LED燈配合，標志著(zhù)LED在提高汽車(chē)行駛安全性的應用中邁出了實(shí)質(zhì)性的步伐，下面向你介紹智能驅動(dòng)和控制技術(shù)為汽車(chē)行駛安全所帶來(lái)的革命性變化。

自適應轉向大燈系統：具備向中低檔車(chē)推廣的技術(shù)基礎

自適應轉向大燈系統位于前照燈單元內，介于日間行車(chē)照明系統及氙氣燈模塊之間。以?shī)W迪A8為例，當車(chē)輛以低于70公里/小時(shí)的速度行駛時(shí)打開(kāi)轉向燈，或者當駕駛員將方向盤(pán)轉到一個(gè)特定的角度時(shí)，它便會(huì )自動(dòng)打開(kāi)自適應轉向大燈系統，在車(chē)輛完全變向之前對彎道進(jìn)行照明。

自適應轉向大燈系統(AFS)的基本功能包括：

*前照燈自動(dòng)校平系統：在車(chē)輛傾斜的情況下保證燈光與路面呈水平狀態(tài)，前照燈自動(dòng)校平系統根據傳感器的一系列數據，尤其是從前后車(chē)軸傳來(lái)的懸架壓縮數據調節各車(chē)燈的角度。
*改變車(chē)燈光束的方向：自適應轉向大燈系統通過(guò)對氙氣前照燈實(shí)施電子控制來(lái)改變車(chē)燈光束的方向，從而使光線(xiàn)的分布與車(chē)輛的轉向角相適應，以便于迎面而來(lái)的轉彎和岔路口—尤其是司機的凝視點(diǎn)—能夠得到最佳的照明。研究表明，當車(chē)輛轉彎時(shí)，旋轉前照燈光束能使司機凝視點(diǎn)的照明度提高300%。

自適應轉向大燈系統的基本構成包括：
1. 兩臺步進(jìn)電機，分別控制大燈在水平和垂直方向的轉動(dòng)；
2. 步進(jìn)電機的驅動(dòng)及轉換器件；
3.電子控制單元(ECU)；
4. 安裝大燈的結構件；
5. 傳遞控制信號以及采集傳感器數據的LIN總線(xiàn)，還有將傳感器數據傳遞給其它控制單元的CAN總線(xiàn)。

目前，在控制、傳感和驅動(dòng)方面，以AMI Semiconductor公司為代表，已經(jīng)推出了AMIS-30621及AIMS-30623步進(jìn)電機控制器集成電路，它們能夠直接安裝于自適應轉向大燈系統機電一體化模塊之中，通過(guò)LIN總線(xiàn)接口，既節省了布線(xiàn)成本，又擁有更好的電磁兼容性能。

Vishay Intertechnology公司推出的新型環(huán)境光感應器，通過(guò)對外部環(huán)境光的感應，可以實(shí)現汽車(chē)前照燈的閉環(huán)控制。在汽車(chē)照明控制的ECU和車(chē)燈之間，需要采用MOSFET驅動(dòng)器，為了防止輸出過(guò)載的情況下，Supertex公司推出一款變頻PWM控制器IC—HV9930，它可以實(shí)現電流限制，并通過(guò)電容隔離措施保護LED燈不受MOSFET開(kāi)關(guān)失效的影響，適合于具備低壓直流輸出的汽車(chē)LED燈。

在LED前照燈方面，斯坦利電氣與德國海拉公司(Hella)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了將4個(gè)大型LED芯片封裝成一個(gè)大功率白色LED模塊的方案，每個(gè)白色LED模塊發(fā)出140流明亮度的光束，預計2008年前后將達到并超過(guò)HID燈的發(fā)光效率。

日本小絲制作所推出的前照燈配備有11個(gè)白色LED模塊，包括近光燈6個(gè)，遠光燈時(shí)追加5個(gè)，近光燈點(diǎn)亮時(shí)的光束為800流明～1000流明，這種前照燈具有AFS功能，在彎道行駛時(shí)燈光照射角度轉向汽車(chē)轉彎方向，前照燈中部是可以轉動(dòng)的。

此外， Avago和Lumileds推出三款了中等功率發(fā)光二極管產(chǎn)品—Envisium Power，該產(chǎn)品的主要應用之一就是前轉向燈和車(chē)后組合轉向燈。Osram Opto Semiconductorvs公司則推出了集內部和外部照明于一體的LED照明模塊，目標是增強汽車(chē)的色彩和設計總體效果。Nichia甚至宣布，2007年將推出150流明/瓦的LED。

上述情況表明，LED作為前照燈在提高汽車(chē)行駛安全性領(lǐng)域中的應用已經(jīng)具備大規模普及的基本條件。

智能驅動(dòng)和控制技術(shù)：汽車(chē)LED照明市場(chǎng)的競爭熱點(diǎn)

在汽車(chē)照明系統中，高亮度LED(HBLED)具有廣闊的應用前景(圖1)，它將使汽車(chē)照明更為智能化，為駕駛提供更多的安全，為汽車(chē)設計和消費者帶來(lái)更多色彩斑斕的變化。

圖1  LED在汽車(chē)中應用的布局圖

自適應前照燈照明系統(AFS)為汽車(chē)根據環(huán)境的變化調整光線(xiàn)提供了一定程度的智能。早期的AFS采用的是氙氣燈，目前，開(kāi)發(fā)自適應前照燈系統的公司包括：Hella、Valeo和Visteon等等，隨著(zhù)LED模塊亮度的大幅度提高，他們已經(jīng)開(kāi)始采用LED作為前照燈的光源。在美國，SAE標準組織已經(jīng)批準將LED作為前照燈主要照明功能器件，歐洲可能最晚要到2008年才能由歐洲經(jīng)濟委員會(huì )(ECE)批準相應的標準。

由于A(yíng)FS的控制涉及的主要控制參數包括：道路彎度、道路類(lèi)型、天氣條件和駕駛員的需求，基本控制問(wèn)題是何時(shí)調整光線(xiàn)的方向和亮度？如何優(yōu)化彎道與汽車(chē)傾斜度之間的關(guān)系？

AFS完全依賴(lài)軟件算法實(shí)現電控，以往的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，車(chē)廠(chǎng)和AFS開(kāi)發(fā)商之間要做長(cháng)期的配合測試才能獲得第一手數據，這種做法已經(jīng)難以滿(mǎn)足快速上市的需求。為了優(yōu)化AFS的控制算法，在LED車(chē)燈設計方面，德國B(niǎo)randenburg公司提供一種稱(chēng)為L(cháng)ucidShape的AFS仿真系統(圖2)。

圖2 稱(chēng)為L(cháng)ucidShape的AFS仿真系統

LucidDrive是其中的一種夜間駕駛仿真工具，通過(guò)該工具可以分析汽車(chē)前照燈在真實(shí)路況中的性能，設計人員只要選擇對測試路徑、載荷、前照燈光束的位置進(jìn)行設置之后，就可以開(kāi)始仿真。在仿真過(guò)程中，你可以切換不同的燈組，并在駕駛過(guò)程中實(shí)時(shí)觀(guān)察其影響，從而直接對各種前照燈設置進(jìn)行比較，優(yōu)化控制算法。LucidDrive支持動(dòng)態(tài)選擇汽車(chē)的前照燈、發(fā)光的參數和駕駛時(shí)的觀(guān)察位置，所有的變化造成的影響可以立即反映出來(lái)，其中，還包含各種測試路面的模式，用戶(hù)可以隨時(shí)作出改變。通過(guò)反復測試，可以設計出光學(xué)性能優(yōu)良、符合駕駛各種駕駛條件和適應各種路面狀況的AFS光機電一體化系統。

目前，支持自適應前照燈系統控制需求的半導體公司包括： Freescale、ST、ADI、AMIS、Hitachi、Melexis、Xilinx、Microsemi等公司，提供功率驅動(dòng)器件MOSFET的公司則有ST、IR、Fairchild等公司?？刂魄罢諢艮D動(dòng)的步進(jìn)電機驅動(dòng)和控制集成電路的放置有兩種方案：一是直接驅動(dòng)，通過(guò)位于車(chē)內的中央控制單元(ECU)對步進(jìn)電機進(jìn)行控制；二是機電一體化驅動(dòng)，通過(guò)采用高度集成的單芯片產(chǎn)品，把芯片直接安裝于自適應轉向大燈系統機電一體化模塊之中。其中，模塊化設計由于使前照燈組件的維修保養方便，因而代表著(zhù)未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢；但是，機電分離方案也有好處，那就是方便對機電部分分別進(jìn)行選配和實(shí)現升級。

AFS是高度光、機、電一體化的系統，其智能驅動(dòng)和控制技術(shù)建立在軟件算法和硬件設計的基礎之上，采用混合信號設計技術(shù)，把控制器集成到功率驅動(dòng)器件之中，是一個(gè)值得關(guān)注的技術(shù)趨勢。

最后，由于LED本身具有豐富多彩的色彩表現力，因而將賦予汽車(chē)照明系統設計工程師以極大的創(chuàng )新動(dòng)力，可以預見(jiàn)，隨著(zhù)LED在汽車(chē)前照燈中獲得普及應用，基于自適應前照燈系統的智能驅動(dòng)和控制技術(shù)必將為汽車(chē)行駛安全帶來(lái)革命性變化，并對整個(gè)汽車(chē)和汽車(chē)電子行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響。