前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)（AFS）試驗方法研究

王 丹，武華堂，陳積先，覃北階，來永芳，陳 萍，孟 輝

（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，襄陽 441004）

汽車前照燈是保證汽車安全行駛的重要部件，在交通密度急劇增大的今天，人們對前照燈的照明和防眩目的要求越來越高，由于傳統(tǒng)的汽車前照燈在實際的應(yīng)用中存在很多不足，出現(xiàn)了自動適應(yīng)車輛行駛狀態(tài)的前照燈系統(tǒng)——前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)（AFS），AFS前照燈系統(tǒng)是目前國際在車燈照明領(lǐng)域最新的技術(shù)之一，同時也是一個和行車安全息息相關(guān)的主動式安全系統(tǒng)。

AFS系統(tǒng)具有多種能適應(yīng)于不同外界環(huán)境的照明模式，能根據(jù)汽車所處的不同狀態(tài)及環(huán)境自動改變照明的范圍及效果，對于它的定義及檢測要求也必定與傳統(tǒng)前照燈不同，歐洲1994年啟動了 Eureka Project（EU1403）計劃，聯(lián)合多家知名廠家研究AFS及相應(yīng)法規(guī)，2007年ECE R123法規(guī)00版發(fā)布，至此對AFS形成了一個明確的定義及要求，隨著AFS的發(fā)展，該標(biāo)準(zhǔn)也在不停的改進和完善，2009年3月允許將LED光源作為AFS的光源，2010年發(fā)布了01版，本文將重點介紹依據(jù) ECE R123/01［3］版對 AFS如何進行配光試驗。

1 AFS原理

目前開發(fā)的AFS一般是由傳感器組、CAN總線、AFS控制單元（ECU）和執(zhí)行器組成。從圖1我們看到當(dāng)車輛進入彎道或其他特殊的道路狀況時，AFS控制單元（ECU）通過CAN總線從方向盤轉(zhuǎn)角、速度、車身高度、環(huán)境照度、環(huán)境濕度等傳感器組分別獲得轉(zhuǎn)向輪旋轉(zhuǎn)角度、車速、車身傾斜角度、道路照明情況、雨量大小等信息，控制單元對這些信息進行控制算法處理，由執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行改變汽車前照燈的照射角度及照射范圍。

2 AFS照明模式

AFS 照明模式及實現(xiàn)條件包括以下幾種［1，2］：

（1）鄉(xiāng)村照明模式（C）：適合于普通鄉(xiāng)村道路上行駛的車輛，類似于普通的近光燈。作為默認(rèn)的基本照明模式。

（2）城市道理照明模式（V）：城市中一般有路燈照明、但道路復(fù)雜、交錯。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2所示的比較寬闊的光型，道路左側(cè)區(qū)域的照度得以增強，同時未對對面駕駛員或其它道路使用者產(chǎn)生額外眩光，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。

（3）高速公路照明模式（E）：車輛在高速公路上行駛，因為具有極高的車速，所以需要前照燈比鄉(xiāng)村道路照得更遠，照得更寬。AFS采用了如圖3所示更為寬廣的光型解決這一問題。

（4）惡劣天氣照明模式（W）：惡劣天氣照明模式主要針對的是陰雨天氣，地面的積水會將前照燈照在地面上的光線反射至對面會車司機的眼睛中，使其目眩，進而可能造成交通事故。AFS前照燈發(fā)出特殊光型，減弱地面可能對會車產(chǎn)生眩光的區(qū)域的光強，以避免反射光對車輛前方的駕駛員造成炫目見圖4右。

（5）彎道照明模式（T）：傳統(tǒng)前燈的光線因為和車輛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，極易因為司機對其準(zhǔn)備不足，引發(fā)交通事故。AFS前照燈在車輛進入彎道時，通過對車輛傳感器提供的轉(zhuǎn)向角、車速等參數(shù)進行評估和分析，采用水平旋轉(zhuǎn)近光燈或增加附加光源的方法，給彎道及交叉路口以足夠的照明，見圖5。

隨著多種AFS照明模式的出現(xiàn)，如何根據(jù)AFS前照燈的配光要求進行配光試驗也將成為我們關(guān)注的焦點。

3 ECE R123配光要求及試驗

本文簡要介紹一下AFS的C級、V級、E級、W級近光的配光檢測流程及方法，因為遠光的測試點和傳統(tǒng)前照燈的基本相同，所以本文只介紹近光。

3.1 配光試驗設(shè)備

本文所使用試驗設(shè)備為德國LMT公司生產(chǎn)的“GO-H1400”全自動燈具配光分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)由照度傳感器、測試轉(zhuǎn)臺、供電電源、控制顯示系統(tǒng)、工業(yè)控制計算機等硬件部分組成，試驗轉(zhuǎn)臺用于安裝燈具，可以實現(xiàn)燈具在三個方向的移動以及繞中心的轉(zhuǎn)動，通過設(shè)置工控機中的系統(tǒng)軟件參數(shù)可以對供電電源、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度進行控制，照度傳感器采集信號后輸出給工控機進行數(shù)據(jù)分析處理。

3.2 配光測試要求

3.2.1 AFS近光配光屏幕

與傳統(tǒng)前照燈相比，AFS前照燈相對復(fù)雜一些。ECE R123/01［3］中給出了新的配光測試屏幕圖，見圖6，為了適應(yīng)不同的路面及環(huán)境條件，標(biāo)準(zhǔn)中改變了一些區(qū)域的范圍，新增了一些測量點、線，下面一一解讀這些點、線和區(qū)域。

將AFS測試點分為三個部分。

（1）沿用傳統(tǒng)前照燈的照明點及防眩點如B50L（防眩點—對方駕駛員眼睛位置）、HV （明暗截止線分界點）、50 R （本車道右邊緣距前照燈50 m處的照明點）、75 R （車輛右邊道路距前照燈75 m的點）、50V（車輛正前方 50 m 的點）、50 L（本車道右邊緣距前照燈50 m的點）等。

（2）III區(qū)（明暗截止線上方的車燈防眩區(qū)）分III a和III b，均是針對不同級別的近光由八個點圍成的多邊形區(qū)域。在III區(qū)中的一些測量點如S50、S50LL、S50RR、S100、S100LL、S100RR 以 完 成 對 行車上方道路指示牌的照明。

（3）新的測量區(qū)域及點：BLL、BRR、P 點主要是針對行人的測試點，使原有的照明區(qū)域更寬，線段10和20代表車輛前方10米內(nèi)和20米內(nèi)的照明區(qū)域，近距離的測試區(qū)域可以有效地控制會車駕駛員的眩目。近光最大值在一個矩形區(qū)域內(nèi)，以保證路面中心的足夠亮度。

3.2.2 各級別近光的不同配光要求［3］

C級近光為基礎(chǔ)近光，下面分析各級近光與C級近光差異。

V級近光適用于城市道路，V級近光開啟條件為：

（1）車輛在城市道路或配備有路燈等固定照明的道路上行駛，且車速不超過60 km/h；

（2）路面亮度達到1 cd/m2、水平路面亮度持續(xù)超過10lx；

（3）車速不超過50 km/h。在有交叉路口、交通復(fù)雜的城市道路上，近距離的行人和車輛成為V級近光照明的重點。相對C級近光取消了對S50、S50/LL/RR、S100/LL/RR等對上方道路指示牌的要求，取消了P點的最低限值要求，取消了75R的要求增加了50R的要求，Emax最低照度值只有C級的一半，BR、BRR、BLL取統(tǒng)一限值，旨在將Emax區(qū)域的光均勻分布到車輛前方的近距離范圍內(nèi)。明暗截止線初始水平部分位置相對于C級近光0.57D變?yōu)?.57D～1.3D之間，也可以理解為增強近距離的大面積的照明。

E級近光主要適用于高速公路及沒有行人及岔路的公路，開啟條件為車速大于70 km/h，E級近光還分E1、E2、E3不同模式，車速達到80 km/h開啟E3模式，車速達到90 km/h開啟E2模式，車速達到100 km/h開啟E1模式，車速達到110 km/h所有E級近光全部打開。E級近光開啟時車速相對較快，所以制動距離就較遠，因此遠距離的照明顯得至關(guān)重要，相對于C級近光，一些遠距離照明點如75R、50V、50L的下限要求增加，明暗截止線的水平位置隨著不同E1、E2、E3模式要求分別為不高于0.34D、0.45D、0.57D，與C級近光相比均有所上升，對應(yīng)最大照度值也逐漸放寬70500cd、61700cd、52900cd。除此之外，III區(qū)的下邊界也提高了0.34°。所以E級近光的照射重點就是增大前照燈的照射距離。

W級近光模式主要適用于雨天行車、W級近光更類似于E級近光，與其有相同的III區(qū)范圍和限值，相同的明暗截止線要求，但W級近光對75R及Emax的要求更高。同時對左右道路邊緣點25LL和25RR的限值從1 180 cd提升到3 400 cd，要求更寬照明同時，為了防止近距離地面積水的反射，對線段20和線段10及以下要求更嚴(yán)格，以減輕對會車駕駛員眼睛的眩目。近光彎道模式測試要求［3］如下：

（1）對不同類別（1類或2類）的彎道照明模式進行測量時，應(yīng)符合ECE R123/01［3］附錄3中表1-B的要求和原近光的明暗截止線位置要求。

（2）最大照度Emax應(yīng)位于表1所規(guī)定的矩形區(qū)內(nèi)（不進行附加的水平再照準(zhǔn)）。

表1 彎道模式下的近光Emax位置要求

（3）當(dāng)T信號對應(yīng)車輛向左（或向右）最小轉(zhuǎn)彎半徑時、系統(tǒng)H-H線至H-H線以下2°和系統(tǒng)基準(zhǔn)軸左（或右）10°至45°所形成的區(qū)域內(nèi)，有一點或多點的光度值至少為2 500 cd。

（4）對于1類彎道照明模式，如果光束橫向移動或照度發(fā)生變化處于失效狀態(tài)時，系統(tǒng)必須可以切換到原先近光的照明模式，或者處于以下狀態(tài)，即IIb區(qū)域中所產(chǎn)生的光度值不超過1 300 cd，Emax區(qū)域中有一點至少為3 400 cd，但下面的情況除外，如果相對于系統(tǒng)基準(zhǔn)軸向左移動5°，從H-H線向上3°，和向左大于5°，向上0.57°的區(qū)域內(nèi)光度值均不超過880 cd。

3.2.3 不同級別近光的調(diào)整

從圖7看到某前照燈的核心部分由光學(xué)投射單元及兩個步進電機組成，用于實現(xiàn)燈具的上下和左右旋轉(zhuǎn)所需角度。上下調(diào)整可以實現(xiàn)截止線的垂直調(diào)整，左右調(diào)整以實現(xiàn)彎道照明功能，在試驗時不同級別近光的調(diào)整可根據(jù)生廠商定義上下左右調(diào)整截止線位置。

3.3 配光測試流程

3.3.1 燈具照準(zhǔn)

由于燈具檢測時放于轉(zhuǎn)臺上隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，并且使用25 m處的傳感器進行測量，因此在檢測時應(yīng)將燈具基準(zhǔn)中心與轉(zhuǎn)臺中心對中照準(zhǔn)，將燈具按“裝車位置”固定于轉(zhuǎn)臺上，上下、前后移動轉(zhuǎn)臺使投射到燈具上的激光點對準(zhǔn)燈具的基準(zhǔn)中心，完成上下、前后對中照準(zhǔn)，之后將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)90度，再一次前后移動轉(zhuǎn)臺完成燈具左右方向的對中照準(zhǔn)，至此照準(zhǔn)完成。

3.3.2 近光明暗截止線的照準(zhǔn)要求

近光截止線的目視照準(zhǔn)，照準(zhǔn)前將系統(tǒng)設(shè)置在中性狀態(tài)即C級狀態(tài)：近光應(yīng)有清晰的明暗截止線右側(cè)交通為向左平直的水平部分，向右呈向上的肘扁部分。

（1）垂直校準(zhǔn)，截止線的水平部分對準(zhǔn)H-H下25 cm的橫線。

（2）水平校準(zhǔn)，從右向左，調(diào)整到 0.2°D的線上折線不能超過線A。在折線下面0.2°D應(yīng)該與線A相交，見圖8。對于應(yīng)用氣體放電光源的前照燈，未經(jīng)過30 min或更長時間點燈的系統(tǒng)，接通4 s后，C類近光的50 V點至少達到3 100 cd，除V模式外，其它模式每側(cè)50 V點至少達到2 500 cd。

對于各級別近光不能單獨照準(zhǔn)的不需要重新照準(zhǔn)，但在配光無法滿足要求的情況下，可相對于初始照準(zhǔn)位置，在左右0.5°和垂直0.2°的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，對于可以單獨照準(zhǔn)調(diào)整的各級別近光明暗截止線的形狀和位置見ECE R123/01［3］附錄3中表2。

彎道模式下的近光照準(zhǔn)方法，對于法規(guī)規(guī)定的彎道模式1，即彎道照明通過整體旋轉(zhuǎn)式使光型整體移動，檢測時需先通過控制器將旋轉(zhuǎn)核心轉(zhuǎn)至彎道照明功能的最大角度位置，然后反方向調(diào)整設(shè)備轉(zhuǎn)臺到相同角度再進行測試；對于法規(guī)規(guī)定的彎道模式2即彎道照明通過附加光源或移動部分配光鏡，檢測時只需將附加光源打開或移動部分配光鏡，不需要再對燈具進行調(diào)整。

3.3.3 近光配光測試

對前照燈近光進行照準(zhǔn)完成，打開LMT系統(tǒng)測試軟件，編寫測試程序，測試程序分為點的配光值（B50L、HV、BR、P、S50/LL/RR、S100/LL/RR、50R、75R、50V、50L、25LLRR）、 線的配光值 （BRR、BLL 和 W級近光附加條款中的線段E、F1、F2、F3）及范圍的配光值（III區(qū)、線段20/10及以下區(qū)域）的編寫見圖9，AFS光形圖見上圖8，各級配光測試要求見ECE R123/01［3］附錄 3 中表 1。

普通前照燈其規(guī)定的安裝數(shù)量是兩只，對于AFS前照燈，因為ECE R48法規(guī)中規(guī)定AFS的安裝數(shù)量是1套，所以其左燈和右燈可以作為一個系統(tǒng)來對待，AFS不同級別的近光也應(yīng)對左右燈綜合考慮，由于同時點亮左右燈進行檢測對設(shè)備很難實現(xiàn)，因此法規(guī)規(guī)定 “對適用該照明功能或模式的所有照明單元分別進行測量，取值為測量值總和的50%”，可以對左、右燈分別試驗然后將測試結(jié)果取平均值，本軟件測試程序分為兩步，首先全屏掃描，將每個獨立的照明單元的幾何可見度角范圍內(nèi)的等照度圖掃描出來，見圖10。

第二步，通過系統(tǒng)軟件將所有單元的配光要求的點的配光值擬合計算出來。AFS測試程序中可以由左右兩只燈，也可以最多由四只燈擬合，見圖11。

3.4 對于采用不同光源的系統(tǒng)試驗要求

系統(tǒng)或者部件應(yīng)使用標(biāo)稱電壓12V的無色標(biāo)準(zhǔn)燈絲燈泡檢測，在檢測系統(tǒng)部件的過程中加在燈絲燈泡兩端的電壓應(yīng)該使燈絲燈泡獲得ECE R 37/03［4］中13.2V電壓下的基準(zhǔn)光通量，在測量過程中，燈絲燈泡的光通量可能不同于ECE R 37中13.2V下的基準(zhǔn)光通量。在此情況下，光強應(yīng)該由標(biāo)準(zhǔn)燈泡的個別的系數(shù)修正。

氣體放電光源：12V系統(tǒng)的加載電壓13.2V。按ECE R 99/00［5］規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)氣體放電光源，經(jīng)過至少15個循環(huán)的老練后再進行配光測量。氣體放電光源的光通量如果不同于R99中規(guī)定的目標(biāo)光通量，這種情況下，測量值需要進行相應(yīng)的修正。

對于不可更換光源，所有的測量應(yīng)按額定電壓在 6.3V（6V）、13.2V（12V）、28.0 V（24V），或按申請人規(guī)定的電壓進行。

因為ECE R123/01版的測量單位從ECE R123/00版中的lux（勒克斯）變成了cd（坎德拉）并進行了修正，所以取消了氣體放電光源、不可更換光源的0.7的修正系數(shù)。

4 結(jié)束語

通過簡要介紹了AFS的系統(tǒng)原理及基本照明模式，對ECE R123/01配光要求進行了解讀，對AFS不同近光模式及彎道模式的試驗方法進行了說明。隨著AFS的發(fā)展與進步，將出現(xiàn)自適應(yīng)遠光與自適應(yīng)近光相結(jié)合的智能車燈系統(tǒng)，隨著LED前照燈的發(fā)展，也將出現(xiàn)通過控制LED矩陣光學(xué)單元發(fā)光位置及強度的新型AFS。

［1］卜偉理.自適應(yīng)前照明系統(tǒng)（AFS）簡介及發(fā)展趨勢［J］.光源與照明，2009，（6）2： 22-24.

［2］崔惠中，關(guān)志偉智能前照燈系統(tǒng)（AFS）研究現(xiàn)狀綜述［J］.天津工程師范學(xué)院學(xué)報，2008（3）：P47-50.

［3］ECE R123/01.Uniform provisions concerning the approvalfront-lighting system（AFS）for motor vehicles， 2010.

［4］ECE R37/03.Uniform Provisions Concerning the approval of filament lamps for use in approved lamp units on powerdriven vehicles and of their trailers，2005.

［5］ECE R99/00.Uniform Provisions Concerning the approval of Gas-Discharge light sources for use in approved gas-dis charge lamp units of power-driven vehicles，2001.