Matrix LED headlamps

Abstract

The article describes design and light distribution features of automotive LED headlights with automatic switching on and off of high beam light. Switching of high beam light is provided by means of an electronic control unit, which is operated by signals from the front camera and the navigation system of vehicle.

Full Text

Статистические данные свидетельствуют о том, что почти половина всех дорожно - транспортных происшествий со смертельным исходом происходит ночью, несмотря на то что на ночное время приходится только четверть транспортного потока. Прежде всего при- чина состоит в том, что водитель с трудом воспринимает дорожно-транспортную обстановку в темное время суток. Это одна из главных причин ДТП. Ночью водитель при включенном ближнем свете может распознать пешеходов в светлой одежде с расстояния 100 метров, а для пешеходов в темной одежде это расстояние сокращается до 50-60 метров. Проблема сразу же будет понятна, если сравнить эти расстояния с длиной тормозного пути автомобиля, движущегося со скоростью, например, 100 км/ч. Остановочный путь автомобиля, движущегося с такой скоростью, при хороших дорожных условиях превышает 90 метров. Поэтому пешеходов в темной одежде водитель сможет распознать только тогда, ко- гда у него уже не будет возможности вовремя остановить автомобиль. А при движении автомобиля с дальним светом водитель может хорошо распознать пе- шеходов как в светлой, так и в темной одежде уже с расстояния 140 метров. Тогда почему водители не ездят преимущественно с дальним светом? Проведенные опросы указали три основные причины: более позднее переключение на ближний свет может привести к ослеплению водителей встречных транспортных средств; в более или менее плотном транспортном потоке частое переключение с ближнего света на дальний свет и наоборот водители воспринимают как лишнюю нагрузку на органы зрения, что может привести к временному ослеплению водителей встречного транспорта. Так как адаптация, способность глаза приспосабливаться к различным уровням освещен- ности, составляет 3-4 минуты (световая адаптация) и 10-50 минут (темновая адаптация); часто водители хорошо знают дорогу, по которой регулярно ездят, и не видят преиму- ществ езды с дальним светом в плане безопасности дорожного движения. Оптимальное решение этой проблемы - автоматизированное включение и выключение дальнего света. Это позволит осветить пространство перед автомобилем дальним светом, ко- гда это позволяют дорожные условия, и снизить нагрузку на водителя. Эта задача может быть решена с помощью электронного блока управления, который получает сигнал от фронтальной камеры, навигационной системы и различных бортовых датчиков. Именно эту задачу решает новая разработка компании Audi - система головного осве- щения Matrix LED, которая предназначена для динамического освещения на основе инфор- мации от бортовых датчиков и навигационной системы. Основу разработанной системы головного освещения Audi Matrix LED составляет по- лисегментный дальний свет Matrix Beam. При движении автомобиля в темное время суток эта фара автоматически переключает- ся с ближнего света на дальний свет и наоборот. Световой пучок фары дальнего света Matrix Beam состоит из 25 отдельных узких сегментов, излучаемых светодиодами, края которых чуть-чуть заходят друг на друга так, что все вместе они создают общий световой конус. Си- стема Matrix Beam позволяет включать и выключать освещение отдельных сегментов полно- стью и независимо друг от друга (рисунок 1). Рисунок 1. Разделение общего конуса дальнего света на отдельные сегменты Также можно не только выключать каждый из сегментов, но и уменьшать яркость его освещения. Система распознает встречный или попутный транспорт и выключает только те сегменты дальнего света, которые в данный момент и в данной ситуации могут вызвать ослепление участников дорожного движения. Главным преимуществом данной системы является то, что все остальные сегменты дальнего света, которые не ослепляют участников дорожного движения в данный момент, остаются включенными и освещают дорогу дальним светом. То есть эта система позволяет обеспечить наилучшее освещение дороги при максимально возможном использовании даль- него света. Разработанная система освещения может распознавать не только автомобили, но и мо- тоциклы и велосипеды. Распознавание велосипедистов зависит от яркости света и от каче- ства установленного на велосипеде освещения (рисунки 2, 3). Рисунок 2. Дальний свет фар при наличии встречного транспорта Рисунок 3. Дальний свет фар при наличии попутного транспорта Встречные и попутные транспортные средства распознаются блоком управления фрон- тальной камеры. Специальное программное обеспечение для обработки изображений в блоке управления просматривает изображения камеры, идентифицирует в изображении камеры светящиеся фары и заданные габаритные огни. При распознавании транспортных средств определяется угол их расположения относительно автомобиля и расстояние до них. Эти дан- ные передаются в блок управления Matrix Beam, который рассчитывает, какие сегменты дальнего света могут оставаться включенными, а какие необходимо выключить, чтобы не ослеплять водителей других транспортных средств. Результаты этих расчетов передаются в блоки управления в фарах, которые включают или выключают соответствующие светодиоды фар дальнего света. При движении в населенных пунктах включается исключительно ближний свет фар го- ловного освещения. Нахождение автомобиля в населенном пункте также распознается бло- ком управления камеры. ПО для обработки изображения в блоке управления просматривает изображения камеры и ищет в нем соответствующие определенным критериям источники света. Если соответствующие источники света обнаруживаются, то они рассматриваются как уличное освещение, а пространство вокруг них - как территория населенного пункта. При наличии в автомобиле функции прогнозируемых данных по маршруту движения, соответ- ствующего навигационной системе, распознавание нахождения автомобиля в населенном пункте происходит еще быстрее и надежнее. В режиме движения по автомагистрали конус дальнего света сужается, что соответ- ствует техническим особенностям дорог такого типа. Этот режим включается согласно дан- ным навигационной системы автомобиля. Секция дальнего света фары Matrix LED состоит из пяти отдельных плат со светодио- дами. Каждая плата состоит из пяти светодиодов, расположенных в один ряд. То есть даль- ний свет образуется 25 светодиодами в каждой фаре. Любой из них может быть включен или выключен отдельно от других светодиодов. Каждый светодиод создает свой собственный узкий сектор освещения дальним светом, и при этом отдельные секторы заходят друг за друга. Включенные вместе светодиоды даль- него света обеих фар образуют общий конус дальнего света (рисунки 4, 5). Пятно ближнего света фары Matrix LED имеет асимметричную форму, обычную для ближнего света. Такой свет освещает обочину дороги на большом расстоянии для более быстрого распознавания там объектов. Средняя часть дороги освещается на меньшее рассто- яние, чтобы избежать ослепления водителей встречного транспорта. Рисунок 4. Фара Matrix LED, вид спереди Рисунок 5. Устройство светодиодной фары Matrix LED Ближний свет реализуется 15 светодиодами в каждой фаре. Световое пятно ближнего света состоит из двух зон: «ближней» и «дальней». «Дальняя» зона включает в себя и асим- метричную часть светового пятна ближнего света. «Дальняя» зона реализуется 9 светодио- дами, «ближняя» зона - 6 светодиодами. Таким образом, разработанная система освещения отличается от других фар высокой точностью, которая позволяет снижать излишнюю яркость светового потока, направленную на других участников дорожного движения, а на участках дороги, не занятых другими транспортными средствами, использовать всю интенсивность светового пучка дальнего све- та. Электронный блок управления с помощью камеры, входящей в его состав, позволяет ре- гулировать яркость свечения светодиодов в зависимости от дорожной обстановки. Данная система освещения позволяет улучшить качество освещения и повысить безопасность до- рожного движения в темное время суток.