AFS自适应前照灯系统的详细原理介绍及与传统前灯相比有什么优势

AFS是指能自动改变两种以上灯型以适应车辆行驶条件变化的前照灯系统。AFS是全球车灯照明领域的最新技术之一，也是与行车安全密切相关的主动安全系统。

AFS的研发背景

传统的前照灯系统由近光灯、远光灯、行车灯和前雾灯组成。在城市道路行驶和限速的情况下，主要使用近光灯；在乡村公路或高速公路上高速行驶时，主要使用远光灯；雾天开车，要打开雾灯；白天开车时，要打开行车灯(欧标)。

然而，在实际使用中，传统的前照灯系统存在许多问题。比如，现有的近光灯在近距离照明效果很差，尤其是在交通状况复杂的市区，很多司机在夜间往往把近光灯、远光灯、前雾灯全部打开；车辆转弯时还有灯光暗区，严重影响驾驶员对弯道上障碍物的判断；车辆在雨天行驶时，地面水反射大灯的光线，产生反射眩光等等。

欧洲汽车照明研究所对此做过专门调查。结果显示，欧洲司机最希望改善的是雨天积水路面的照明，其次是乡村道路的照明，其次是弯道、高速公路和市区的照明。

这些问题的存在使得有必要开发一种具有多种照明功能的前照灯，并且出于安全原因，这些功能的切换必须自动实现。因此，欧洲和日本相继开发了这种能自动适应车辆行驶状态的前照灯系统—— AFS(adaptive head lamp system)。

AFS实现的功能

雨天照明

如图1、图2所示，在阴雨天气，地面的积水会将行驶车辆撞击地面的光线反射到对面驾驶员的眼睛里，使其头晕目眩，可能导致交通事故。

AFS的有效解决方案是：大灯发出如图所示的特殊光纹，以减弱地面可能对过往汽车产生眩光的区域的光强。

图1雨天积水反射的AFS光(侧视图)

雨天积水对AFS光的反射(俯视)

乡村道路照明

在环境照明不佳的乡村道路上高速行驶的车辆需要照射到远处和远处的前灯。同时，AFS也不能产生让对面相遇的司机眼花缭乱的光线。

转弯道路的照明

如图3所示，传统大灯的光线与车辆行驶方向一致，因此不可避免地存在照明暗区。一旦弯道上出现障碍物，由于驾驶员对此准备不足，很容易造成交通事故。

AFS的解决方案是：当车辆进入弯道时，会产生如图4所示的旋转灯光图案，从而为弯道提供充足的照明。

图3传统头灯的弯曲照明问题

图4AFS转角旋转照明

高速公路照明

如图5所示，车辆行驶在高速公路上，因为速度非常高，所以大灯需要比乡村道路照射的更远更宽。而传统大灯在高速公路上存在照明不足的问题。

AFS采用如图6所示的更宽的光模式来解决这个问题。

图5公路照明中现有头灯存在的问题。

图6高速公路上6辆AFS的照明

城市道路照明

这个城市的道路既复杂又狭窄。如图7所示，传统前照灯的近光灯由于灯型狭长，不能满足城市道路照明的要求。

AFS可以产生如图8所示的更宽的灯光图案，考虑到车辆在市区行驶速度有限，有效避免行人和车辆突然出现在岔路口可能造成的交通事故。

图7传统前照灯近光照明的问题

图8 8 AFS城市道路照明

AFS的工作原理

AFS是一个由传感器组、传输路径、处理器和执行器组成的系统。由于需要对各种车辆的行驶状况进行综合判断，客观上决定了t

为了实现不同的功能，AFS必须从不同的传感器获取不同的车辆行驶信息。比如，要实现弯道转弯照明的功能，除了从车速传感器获取车速，从方向盘转角传感器获取方向盘转角，从车身高度传感器获取车身倾角，还需要通过一些特殊的传感器获取车辆实际转向角度的信息；为了实现雨天照明的功能，需要从湿度传感器获取是否下雨的信息.

因为一般情况下，AFS需要的一些信息也被其他控制系统采用，也就是AFS实际上和其他系统共享了一些传感器，所以这些传感器信息的共享只有在总线的传输路径之后才能实现。

AFS接收到的信息除了车速、车身角度、车身倾角等少数几条信息可以量化，其他传感器发回的大部分信息只能定性。比如车身外部的环境信息，比如地面不平、暴雨等等，都无法准确量化。这使得AFS的中央处理器能够做出模糊判断。而且很多信息都是相互关联的。比如在雨天路面积水的情况下，车辆的转弯角度与晴天有很大的不同.AFS的中央处理器不仅做出模糊判断，而且随着这个环境的变化不断地微调系统参数，使得AFS最终成为一个自适应模糊系统。

AFS的执行机构由一系列电机和光学机构组成。一般有投射式前照灯、调节前照灯垂直角度的高度调节电机、调节前照灯水平角度的旋转电机、调节基本灯型的活动光栅，以及一些附加灯如角灯。

以日本电装公司的AFS为例，简单说明一下：

目前电装公司的AFS系统只能实现曲线照明的功能，所以其系统比较简单。该系统分别从方向盘转角传感器、车身速度传感器和车身高度位移传感器获得方向盘转角、车身速度和车身倾斜度的准确信息。其中，角度和速度信息由中央控制电路精确计算产生输出信号控制旋转电机水平旋转大灯(投影式)，倾斜度信息控制高度调节电机垂直旋转大灯。

AFS系统功能实现的技术基础

目前开发的AFS系统的难点在于缺乏有效廉价的传感器来判断基本路况。即使采用基于CCD的下一代图像识别技术，要完成路面积水、转弯道路、高速公路、农村道路和城市道路的综合识别，仍然是一个很大的挑战。

所以量产的AFS系统都是采用间接判断，有限的实现个别功能。比如车身高度传感器，用来感应车身的纵向倾斜角度，使大灯与路面保持水平；方向盘角度传感器用于感应前轮角度，结合车速判断道路的弯道情况，实现弯道转弯的功能。自动雨刷的湿度传感器是用来感应雨量，实现大灯反射和遮挡的功能。

车身饰件变光功能

由于前后载荷不同，车身的纵倾角度会发生变化，安装在车身上的车灯发出的光的角度也会发生变化，对夜间行车安全造成不利影响。

如图，上半部分是正常的大灯出射角度和照明范围，中下部分别是后倾和前倾情况下的大灯角度和照明范围，区别非常明显。此外，车辆的加减速也会改变车身的纵向倾斜度。

利用安装在悬架和车身上的高度传感器获取前轴和后轮轴的高度变化，根据轴距计算车身的纵倾角。车身纵倾角度的变化就是大灯光轴角度的变化。通过操作变光电机和rev

传统国标对大灯照明有严格的要求。在25m的测试屏上实测大灯(单灯近光)的照度曲线(0.5~31lux)，通过计算不同能量的光得到空间产生的光网。下图中红线包围的空间区域是1lux的大灯(单灯近光)的光学网络，所以双灯可以照亮路面蓝线包围的区域。

毫无疑问，这种近光灯完全符合国标的配光要求，但这并不能保证驾驶员在弯道上就能发现近在咫尺的危险，因为传统的光轴水平固定的大灯存在盲区。如果能提前将前近光灯旋转一个角度，左灯旋转15度，右灯旋转9度，可视区域可以覆盖转弯半径37m左右的大部分弯道，从而提前发现路上的危险并进行处理。

应对弯道中危机最极端的措施就是刹车，大灯旋转的角度就是保证这个有效的刹车距离。一般来说，从发现危机，踩刹车到开始刹车需要1.5秒。在此期间，车辆以初始速度行驶；制动器工作后，如果没有甩尾或抱死，制动距离与直线制动大致相同。两者相加，所需距离必须在大灯旋转后的照明区域内。

雨天挡光功能

雨天恶劣天气照明一直是影响夜间行车安全的主要因素。恐怕很多人都会有被大灯撞倒的经历。车辆的大灯之所以分为远光灯和近光灯，是因为近光灯可以有效防止光线直射对面驾驶员的眼睛，但这种精心设计在路面积水的情况下完全无效。

所以AFS的第一个作用就是恶劣天气下的照明，也就是阻挡进入过往汽车的反射光(红色区域)。25m测试屏等照度曲线对应的遮挡范围见图11左下方的白色区域。

目前还没有能感应路面积水的传感器，但据说可以用带自动雨刷的雨量传感器代替。遮挡需要根据反射光推回到等照度曲线，根据大灯实际配光效果仔细调整。