智能驅動和控制技術為汽車行駛安全帶來革命性變化

汽車前照燈主要是用于汽車夜間行駛照明。它的亮度和照射方向對于行車安全是至關重要的。夜間汽車所有前照燈同時照明時，燈具應具有能使駕駛員看清前方100米距離以內交通障礙物的性能，照明光束應對準汽車的前進方向，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，汽車前方的情況就不能清晰易見，或者給迎面駛來的汽車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)轉向燈和動態(tài)轉彎燈以及獨立的LED日間行車燈。雪鐵龍新C5號稱是世界上最安全的轎車之一，其雙功能氙氣轉向大燈夜間能以左右15o的角度轉動(轉彎時外側燈轉動8o，內側燈可轉動15o)，使您在轉彎時能獲得更佳的視野，從而提高行駛安全性。

氙氣燈與LED燈配合，標志著LED在提高汽車行駛安全性的應用中邁出了實質性的步伐，下面向你介紹智能驅動和控制技術為汽車行駛安全所帶來的革命性變化。

自適應轉向大燈系統(tǒng)：具備向中低檔車推廣的技術基礎

自適應轉向大燈系統(tǒng)位于前照燈單元內，介于日間行車照明系統(tǒng)及氙氣燈模塊之間。以奧迪A8為例，當車輛以低于70公里/小時的速度行駛時打開轉向燈，或者當駕駛員將方向盤轉到一個特定的角度時，它便會自動打開自適應轉向大燈系統(tǒng)，在車輛完全變向之前對彎道進行照明。

自適應轉向大燈系統(tǒng)(AFS)的基本功能包括：

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

自適應轉向大燈系統(tǒng)的基本構成包括：
1. 兩臺步進電機，分別控制大燈在水平和垂直方向的轉動；
2. 步進電機的驅動及轉換器件；
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，還有將傳感器數據傳遞給其它控制單元的CAN總線。

目前，在控制、傳感和驅動方面，以AMI Semiconductor公司為代表，已經推出了AMIS-30621及AIMS-30623步進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(tǒng)機電一體化模塊之中，通過LIN總線接口，既節(jié)省了布線成本，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，通過對外部環(huán)境光的感應，可以實現汽車前照燈的閉環(huán)控制。在汽車照明控制的ECU和車燈之間，需要采用MOSFET驅動器，為了防止輸出過載的情況下，Supertex公司推出一款變頻PWM控制器IC—HV9930，它可以實現電流限制，并通過電容隔離措施保護LED燈不受MOSFET開關失效的影響，適合于具備低壓直流輸出的汽車LED燈。

在LED前照燈方面，斯坦利電氣與德國海拉公司(Hella)聯合開發(fā)了將4個大型LED芯片封裝成一個大功率白色LED模塊的方案，每個白色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個白色LED模塊，包括近光燈6個，遠光燈時追加5個，近光燈點亮時的光束為800流明～1000流明，這種前照燈具有AFS功能，在彎道行駛時燈光照射角度轉向汽車轉彎方向，前照燈中部是可以轉動的。

此外， Avago和Lumileds推出三款了中等功率發(fā)光二極管產品—Envisium Power，該產品的主要應用之一就是前轉向燈和車后組合轉向燈。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行駛安全性領域中的應用已經具備大規(guī)模普及的基本條件。

智能驅動和控制技術：汽車LED照明市場的競爭熱點

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

圖1  LED在汽車中應用的布局圖

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

由于AFS的控制涉及的主要控制參數包括：道路彎度、道路類型、天氣條件和駕駛員的需求，基本控制問題是何時調整光線的方向和亮度？如何優(yōu)化彎道與汽車傾斜度之間的關系？

AFS完全依賴軟件算法實現電控，以往的開發(fā)過程中，車廠和AFS開發(fā)商之間要做長期的配合測試才能獲得第一手數據，這種做法已經難以滿足快速上市的需求。為了優(yōu)化AFS的控制算法，在LED車燈設計方面，德國Brandenburg公司提供一種稱為LucidShape的AFS仿真系統(tǒng)(圖2)。

圖2 稱為LucidShape的AFS仿真系統(tǒng)

LucidDrive是其中的一種夜間駕駛仿真工具，通過該工具可以分析汽車前照燈在真實路況中的性能，設計人員只要選擇對測試路徑、載荷、前照燈光束的位置進行設置之后，就可以開始仿真。在仿真過程中，你可以切換不同的燈組，并在駕駛過程中實時觀察其影響，從而直接對各種前照燈設置進行比較，優(yōu)化控制算法。LucidDrive支持動態(tài)選擇汽車的前照燈、發(fā)光的參數和駕駛時的觀察位置，所有的變化造成的影響可以立即反映出來，其中，還包含各種測試路面的模式，用戶可以隨時作出改變。通過反復測試，可以設計出光學性能優(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(tǒng)。

目前，支持自適應前照燈系統(tǒng)控制需求的半導體公司包括： Freescale、ST、ADI、AMIS、Hitachi、Melexis、Xilinx、Microsemi等公司，提供功率驅動器件MOSFET的公司則有ST、IR、Fairchild等公司。控制前照燈轉動的步進電機驅動和控制集成電路的放置有兩種方案：一是直接驅動，通過位于車內的中央控制單元(ECU)對步進電機進行控制；二是機電一體化驅動，通過采用高度集成的單芯片產品，把芯片直接安裝于自適應轉向大燈系統(tǒng)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(yǎng)方便，因而代表著未來的一個發(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行選配和實現升級。

AFS是高度光、機、電一體化的系統(tǒng)，其智能驅動和控制技術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，把控制器集成到功率驅動器件之中，是一個值得關注的技術趨勢。

最后，由于LED本身具有豐富多彩的色彩表現力，因而將賦予汽車照明系統(tǒng)設計工程師以極大的創(chuàng)新動力，可以預見，隨著LED在汽車前照燈中獲得普及應用，基于自適應前照燈系統(tǒng)的智能驅動和控制技術必將為汽車行駛安全帶來革命性變化，并對整個汽車和汽車電子行業(yè)產生深遠的影響。