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行业新闻

汽车照明防眩的新技术

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长期以来,夜间行车时的眩光现象一直影响着驾驶安全,眩光现象的产生,有多种原因和方式,但夜间行车时的眩光现象多是在背景相对较暗时,由于某个较强的入射光引起人眼的视觉抑制所造成的,即视网膜上该强光源成像所对应的感光细胞,抑制了其周围感光细胞的成像信号。 从专利检索来看,国外研究防眩技术己有半个多世纪的历史了,国内从事此项技术开发,也有二十多年的时间。在众多技术方案中,技术构想上较的有利用对方灯光互相启闭大灯的方法。这些技术看似可行,却都有一个共同的缺陷,那就是用户在装上/防眩光装置“后,实际上仅仅是为会车的对方提供了防眩光的可能,如对方未装相同装置,则己方非但无益,反而有损。另外,如果眩光并非由会车前照灯产生,而是其它光源,则更加难以避免。 因此,目前国内外还没有理想的实用产品,会车时仍靠对方关远光灯、开近光灯的方法实现防眩。 夜间行车事故中,大都和眩光有关联。以往夜间车流量较少,可以用交替互闭大灯的方式来会车,但随着现代社会车辆的日益多,这种方式己无法再继续沿用下去,应用技术手段解决眩光问题的迫2脉冲照明防眩原理和效果分析根据前面所述眩光现象的原因可知,为了防眩,必须降低视场中眩光源相对背景的亮度比值。我们可以利用前照灯照亮视场,以提高背景的亮度,但当前照灯的功率仍不满足防眩要求时,就必须抑制眩光源的亮度,我们虽无法调节眩光源本身,但却可以挡去眩光使之不进入我们的眼睛。问题的关键在于如何才能仅仅阻挡眩光,却不挡去前照灯照明的光线,现我们可以找到通过将前照灯光脉冲化来实现这一点。 2.1照明间歇闪光的光源会给人眼带来闪烁感,但是当闪光的频率高于20次/秒后,这种闪烁感就会逐渐消失,*后将被视同普通的连续发光的光源,根据塔尔博特一普拉窦定律(Talbo-PlateauLaw),其亮度等同于脉冲光源的平均亮度。所以高速闪光的光源也是可以用作照明的,例如我们常用配备电感镇流器的荧光灯和节能灯,就是一种发光以100次/秒正弦闪烁变化的光源。 脉冲氙灯和其它的闪烁光源相比较有以下两个特点:一是它的光谱*为接近太阳光谱;二是它的光脉冲宽度,即发光的持续时间可以做得非常短促,但因为发光瞬间的功率非常高,所以平均亮度并不低。因此,当脉冲氙灯高速闪光时,同样可以用作照明。 2.2防眩汽车前照灯光脉冲化可以为防眩处理带来方便:用脉冲氙灯制成高速频闪的前照灯;另用一个可以高速启闭的液晶光开关,做成眼镜或挡光板,放置于司机眼前,控制它仅在前照灯闪光时开启透明,其余大部分时间关闭,这样,观察自己前照灯照明的效果不变,但前方的眩光却被大大的削弱和消除,比如说当前照灯按128Hz频闪,周期约7.8mS,闪光脉冲宽度为0.3mS,液晶光开关同步地周期工作,设造成眩目的对方前照灯原为60W,则通过液晶光开关后的眩光亦将被切割成同样频率、脉宽的频闪光,在视觉上将被减为2.3W.此种防眩方法的*大特点,是无须外部配合,仅靠系统自身完成防眩,这是其它方法所无法做到的。因为双方前照灯的闪光在时间上可能重迭,而造成眩光。这可以通过下法解决:用一光传感器测出对方前照灯闪光的周期相位,控制触发己方前照灯闪光恰于对方前照灯的两次闪光之间。在此情况下,可以完全消除而不是削弱眩光。 2.3怎样提高照明防眩的可视性我们的*终目的是为了给司机提供一个适宜的观察效果。 脉冲照明防眩系统是通过脉冲前照灯闪光照明、光开关同步启闭,按小占空比方式工作来实现防眩的,其手段就是挡去外界光而保留自己前照灯照明效果的光。仅就防眩而言,当然是将挡光板的开启时间宽度压缩到恰等于前照灯的闪光脉冲宽度,而闪光脉冲的宽度是越窄越好,这样就能挡去全部外界光。但在实际中,外界光并非全是眩光,保留部分背景光甚至不再眩目的眩光更适合人的习惯。例如,天未全暗,照明前的背景亮度甚至要超过单纯前照灯的照明效果,仅仅因为前方出现了眩光,我们就挡去了全部的背景光,将会造成额外的视觉疲劳;再试想,黑夜中,透过挡光板看见前方一辆辆车子竟然关着灯向你驶来,又是什么感受。更何况这些外界光中甚至包括了一些不应遮挡的信号光,如交通红绿灯、刹车灯。所以实际上,如何在眩光存在的条件下,*大限度地观察到这些信号光才是应有的目标。 4保留背景光的判据和措施如不加防眩,强烈眩光会使得视觉失能,无法观察视场中的景物,包括信号灯光;但另一个极端的情况是防眩过度,当我们挡去了包括信号灯光在内的全部外界光时,虽然在自己的前照灯照明之下,能够清晰地观察到信号灯,却无从判断它是否在发光,所以同样无法观察到信号灯光。很明显,*佳的观察条件介于两者之间:是一种在满足消除眩目现象的前提下,*大限度地透过外界光的状态。具体方法为:当前照灯闪光时,挡光板应当保持*大开启状态,但是在前照灯的闪光间隙,挡光板不应是简单地予以关闭,而应调节挡光板的透光程度,仅关闭到视场中光线不再眩目的程度为止。下面分析调节方法。 *当对方前照灯同样也是脉冲前照灯时icMblisljg厉使人睁不开眼。这说明印在机场中某处对举一简单事例,在阳光下,一只数千瓦的照明灯也不足以眩目;但在夜间,一只不到一瓦的手电调节G使上式的小于号成立当然更能防眩,但不等式两边的值璧太er可能造成前述的防眩过有强度的脉冲前照灯闪光时邱:则将己方前人眼的入射光线能否造成眩目现象,不仅是取决于该人射光线的强度,更主要的是取决于光线强度与整个视场亮度的比值,同时,存在有一个临界值,仅在该比值大于临界值后方可能眩目,尽管对于不同的视场和观察者,这个临界值会有所不同,但它总是存在的。为说明方便,设临界值为A,将可能致眩的入射光线的光源亮度定义为G,而将视场背景亮度定义为B,则导致眩目的必要条件应为:因此,不眩目的充分条件为:结合夜间行车环境,引入己方前照灯照明因素,设前照灯在视场的照明导致背景的亮度加值为S,则上式变为:在防眩照明系统中,因挡光板处于周期启闭状态,设挡光板开启时间比例,即开启占空比为因挡光板不遮己方前照灯照明效果,仅挡外界光,则上式应修改成:经整理可得下式。即在脉冲照明防眩系统下不眩目的充分条件。 因为不等式的右边常为正值,所以,当括号内值小于或等于零时,是不存在眩目现象的,即便G为100%,即挡光板不必工作而保持常开,甚至自己的前照灯都不必打开,即aS为零,也不会有眩目现象产生,因为眩光和背景间的亮度关系未达到致眩的必要条件。如果开灯,则仅是为了照明,而不是防眩的需要。 当括号内的值大于零时,眩目现象便可能产生了,这时我们应该打开前照灯,提高视场的背景亮度,引人as值,以抑制眩目现象产生;可是当视场中眩光源亮度G太高,原视场背景B太暗,即使我们打开前照灯也无济于事时,我们就必须使挡光板工作,以引入占空系数G,并对其进行调节直到上等号重新成立。度,因为其遮去了太多的原有背景光B,如碰到这种情况,则可以向等号成立方向重新调节G,使两值接近。 以上就是我们的调节方式,只要调节挡光板的开启占空比使G接近下式,就能达到在满足消除眩目现象的前提下,*大限度地透过外界光的状态。 其中G为眩光亮度,B为无己方照明时的背景光亮度,S为己方前照灯照明导致背景的亮度加值,均由后面将会提到的光电传感器提供。提供的方式可以是分别提供,如果信号有迭混,也可以用控制电路将它们区分并进行调节。而a则是一个因人而异的系数值,它同时还是B的函数,为此,装置中有一个供司机调节观察舒适度的旋扭,它实际就是在改变设定参数a,必要时还可同时再利用信号B取得补偿,这样,在行驶中,控制器将自动地根据外部背景、眩光的变化,因人制宜地通过调节挡光板的开启占空比,为司机提供一个适宜的防眩和观察效果。 挡光板是一种电控的光开关器件,为了调节挡光板的透光率,可以在开关工作方式下改变开和关的时间比例,也可在模拟工作方式下,靠改变施加电压的高低来得到不同的透光率。这两种方式是等效的,上面的公式是按开关工作方式,结合占空比概念给出的。当挡光板工作在模拟方式时,将上原定义为开启占空比的G简单地改成透光率即可。 在需要更为精确的控制时,可考虑因前照灯闪光时挡光板为全开状态,而引入一个修正值。 我们己经给出了调节挡光板开启占空比G的标准,但还应强调一下调节的速度。为了避免因外界眩光或背景光突然变化而给人眼带来的不适应,调节速度应按如下方式控制:当眩光为突然出现时,可较快地减小开启占空比以避免致眩;但是在眩光消失或是背景忽然变亮时,则不宜立刻大而应当缓慢地调节G到标准状态,该调节过程可以是0.5秒至1秒。 2.5多个脉冲前照灯的交会车分析按照设计,规定所有的脉冲前照灯必须使用同一个的频率闪光,该频率实际是源于一高稳频精度的振荡器,当系统通过光传感器侦知对面眩光中含照灯的闪光调整到恰于对方两次闪光中间时刻,即双方相互锁定,保持18(相位差。会车期间,即使因颠簸、遮挡、杂光等造成失锁,前照灯仍将因振荡器的高稳频精度而继续在一段长时间里保持在失锁前调整好的相位上,并和对方前照灯交错频闪,直到重新锁定。一旦锁住对方灯光,挡光板将在对方闪光时刻,短暂地关闭,以阻挡对方闪光脉冲。对于挡光板,应控制好关闭的时间,适当地透过一点不再眩目的光。此时可按前述方法对挡光板开启占空比G进行调节,但要从眩光的传感信号中扣除己遮挡住的眩光分量。 要避免这样的情况出现:迎面来了两部同样使用脉冲照明的车子,它们已互相将对方前照灯光当成眩光锁定,交错频闪,此时我们不论将其中哪一辆车的灯光作为眩光锁定,都会感受到另一部前照灯的眩光。此种情况的避免,全赖于一个可以正确区分眩光和背景光的传感器。其对脉冲光锁定的原则是:有眩光脉冲时按180*相位差锁定眩光中*强的脉冲;无眩光脉冲时按36(相位差锁定背景光中*强的脉冲,超前的锁定滞后的。按此方式处理,当多个使用脉冲前照灯的车辆交会时,同向行驶的车应在同一时刻闪光,不同向行驶的车将以180*相位差在另一时刻同时闪光,如何处理好外部脉冲眩光与己方灯光恰好重迭而导致无法区分的情况是个需要着重处理问题,并应在实践使用中加以考验。 3汽车用脉冲前照灯照明防眩系一个完整的汽车用脉冲前照灯照明防眩系统应包含以下几个组成部分:脉冲前照灯在控制器控制下高速频闪照明。司机透过挡光板观察,挡光板受控在前照灯闪光时开启透明以保证观察不受影响,在前照灯闪光间隙调节透光率以阻挡眩光使之不再眩目。光电传感器接收眩光、背景光以及前照灯的照明效果光,供控制器作为调节的输人信号。 脉冲前照灯目前是由脉冲氙灯制成,将来可能用LED产品来取代。 所谓挡光板,其实是一个较大面积的电控光开关元件,也可制成眼镜状,配合前照灯一起完成防眩功能,因为是配合高速频闪,所以要求具备足够快的开关速度。 因为是汽车产品,挡光板如用液晶材料,希望能满足工作环境温度要求,-40C+50C.如能采用聚合物液晶器件将更为适宜。 光电传感器由一对光敏三极管组成,分别接收眩光和背景光,给出反映其强度的相应电信号,分别送到控制器,供判断是否需要防眩和如何动作,就防眩而言,要求两只光敏管光电特性一致,并具有较大的信号动态范围和较小的漂移电流。 光传感器的要求,关键在于要设计一个能区分眩光和背景光的组合镜头,其实对于某个光源所发的光,究竟是当作眩光还是背景光,目前仅仅依据它在视场中的方位。通常将视场正前方的一定宽度内扁平狭小范围中所发出的光视为眩光,因为可能致眩的光基本是出现在这一范围。当然,这也可以通过一个不必太高分辨力的面阵CCD器件加以解决。 传感器给出的信号,实际上分别是(B+G)和(G+S*),即为前照灯照射下的背景光,以及眩光传感器所感应到的眩光和己方前照灯光(S*)之和,因传感器结构以及环境的关系,眩光和背景光还会互有迭混,控制器可以用各种方式完成对挡光板的调节。目前利用的是模拟方式,即模拟开关加运放的电路为主的方法,但考虑生产调试成本以及可靠性,更考虑到控制器实际还要完成数据通讯功能,以后的调节将主要靠专用数字芯片来完成。 控制器中包含一个供司机调节观察舒适度的旋扭,它实际是在改变一个设定a参数的电位器阻值,当然电位器亦可用其它可调节参数元件代替,同时再利用信号B进行补偿。在调节挡光板时,还应当在防眩方面,控制器还要判断外界光中是否有脉冲前照灯光、眩光的强度是否己达到致眩的程度等情况,并作相应控制。控制器还要对响应迅速的脉冲前照灯和响应相对较慢的挡光板进行时间上的协调,驱动它们准确地同步工作。 4汽车用脉冲前照灯照明防眩系统的基本功能特点在目前所有的汽车照明防眩方案中,本文所述技术是较理想的,不需要对方配合就可满足己方防眩的需求。交会车辆双方,采用此项技术的一方会受益;而会车的对方也并不会因此造成额外影响。 不仅能防止对方车辆前照灯的眩光,同时防止其它路旁或前方杂散光源的眩光。 防眩而不影响驾驶人员的观察,不同于交会车辆互闭前照灯的方式,不会造成驾驶人员观察上的间断。 防眩是自动进行的,一旦驾驶人员根据自己的习惯设定好防眩程度的标准,行驶中系统将根据该标准针对不同的眩光和背景环境进行自动调节,无需人工干预。 该系统其它优点有:灯型可做得更扁,适合汽车小型化的趋势;发光效率高;可利用灯光进行数据通讯,帮助完成交通智能化和其它专门应用。 5结束语从上文所述可见,脉冲照明防眩技术实际上是将两项成熟的技术:脉冲光源和电光开关,按一定规律组合到一起,技术实现切实可行,而产生的效果十分显著,能解决长期以来对夜间驾驶造成困扰的防眩难题。该项技术的实现,无论是对于生命财产的安全,还是对于交通能力的提高,都会起良好的保障作用。脉冲前照灯照明与现有的汽车照明技术相比较,除了可以防眩外,更有在此文中未有过多提及的通讯功能,考虑它更为广阔的技术应用前景和应有的社会和经济效益,相信它将成为前照灯的发展方向之一。

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