Обычные автомобильные фары освещают только то, что находится перед автомобилем для улучшения видимости водителя в плохо освещенное время суток или при плохих погодных условиях. Ближний свет фар освещают дорогу перед автомобилем на ближнем расстоянии, в то время как дальний свет фар освещает более дальние расстояния и имеет более широкий угол освещения. Так было в течении длительного времени, однако современные электронные компоненты и системы позволили внести изменения в работу такого простого оборудования как фары.
Установку фар на автомобили автопроизводители начали с 1950 – х годов в США, которые потом эволюционировали в два типа освещения – ближний и дальний свет фар. Прошло совсем немного времени до 2018 года и автомобили начали использовать совсем другую систему фар. Светодиоды (LED) заменяют традиционные галогенные и ксеноновые лампочки. Светодиоды, скорее всего, полностью заменят ксеноновые лампы в ближайшей перспективе и галогенные лампы в долгосрочной перспективе, поскольку автопроизводители переходят от статических ламп накаливания к динамической и стильной светодиодной подсветке.
К сожалению, несмотря на десятилетия развития, Национальная администрация безопасности дорожного движения США (NHTSA) сообщила, что примерно 30% всех аварий в 2015 году произошло в темное время суток. IHS Markit сообщил, что 50% всех несчастных случаев в США вызваны именно недостаточностью освещения.
По данным немецкого Технического Университета Дармштадта есть 3 точки зрения визуальных характеристик. Более старые водители склонны испытывать различные типы деградации зрения, включая уменьшенную остроту зрения, возрастные изменения и более медленную адаптацию к темноте. По сравнению с 25-летними водителями, водителям в возрасте от 60 до 65 лет, требуется в два раза больше освещенности и контрастности для достижения аналогичного уровня зрительной производительности.
Несмотря на то, что блики дальнего света могут отвлекать водителей встречных автомобилей или даже вызывать временную слепоту, на протяжении всей истории использования фар всегда данный вопрос решался путем переключения света с дальнего на ближний в качестве единственного элемента управления. В результате, водители часто используют рычаг переключения света фар, переключая дальний свет, когда на дороге только один автомобиль, и обратное переключение на ближний свет, когда на горизонте появляются другие автомобили.
Но что будет, если водители смогут не переключать дальний свет фар, чтобы увеличить видимость водителя?
Эта возможность стала возможной благодаря технологии адаптивности фар ближнего света (ADB) (рисунок выше), которая сочетает современные системы поддержки водителя (ADAS) с системами внешнего освещения. В дополнение к технологии ADAS, Texas Instruments (TI) теперь предлагает набор микросхем цифровой обработки света (DLP), которые могут предлагать подробный контроль фары автомобиля через технологию ADB, позволяя автопроизводителям и поставщикам Tier-1 индивидуально контролировать более 1 миллиона пикселей в каждой фаре. Благодаря этой технологии фары могут затемнить области, которые в противном случае ослепляли бы других водителей или пешеходов, и даже могут быть запрограммированы для рисования информации на дороге, например, линий полосы или маршрута.
Микрозеркала
В основе каждого набора микросхем цифровой обработки света лежит массив алюминиевых микрозеркал, известных как цифровые микрозеркальные устройства (DMD). В зависимости от конфигурации DMD содержат сотни тысяч или миллионы микроконтроллеров с индивидуальным управлением, причем каждый микроусилитель создается поверх базовой ячейки памяти CMOS.
Каждое отражающее зеркало включает гибкую механическую опорную конструкцию, которая позволяет подвесить зеркало над двумя адресными электродами. Эти электроды соединены с ячейкой памяти и создают дополнительные электростатические силы, чтобы расположить зеркало в одно из двух устойчивых состояний.
При интегрировании в оптическую систему DMD представляет собой симметричный, двухпозиционный оптико-механический элемент, так что положение каждого приземленного зеркала определяет направление отражения входящего света. Высокая рабочая частота и малый размер пикселя цифровых микрозеркальных устройств позволяют создать высокочастотную модуляцию и низкую системную задержку, что обеспечивает более точное управление светом, отображаемым на дороге и улучшенную видимость для водителя.
Системы с поддержкой технологии DLP способны работать с любым источником света, включая светодиоды, лазерные / люминофорные и прямые источники лазерной подсветки, которые могут быть спроектированы для использования меньших мощностей и меньших, более стильных объективов, чем существующие решения ADB. Технология DLP также эффективна и масштабируема, обеспечивая при этом больший контроль световых лучей для улучшения дальности наблюдения и видимости в условиях низкой освещенности.
Конкурирующие световые решения для дальнего света либо освещают отдельные светодиоды в лампе, либо смещают луч вниз и в сторону противоположной полосы. Некоторые решения переключаются между дальним и ближним светом, в то время как другие поворачивают луч по мере поворота транспортного средства. В действительности, эти системы выключают или блокируют свет, отображаемый в фарах, чтобы замаскировать встречные или предшествующие транспортные средства во избежание бликов. Как правило, светодиодные матричные решения помогают уменьшить блики для встречных водителей, отключив некоторые из светодиодов.
В то время как базовые возможности автоматического включения / выключения с использованием заранее определенных шаблонов дискретных лучей являются шагом в правильном направлении, такая возможность не обеспечивает уровень контроля, необходимый для разработки лучей с полной адаптируемостью в реальном времени. Такое разрешение и адаптивность являются привлекательными, поскольку они могут включать функции ADAS, такие как подсветка дорожного знака с его распознаванием, которые понадобятся в автомобилях, поскольку промышленность держит курс на полуавтономное и автономное вождение.
Преимущество технологии TI DLP для систем фары высокого разрешения включает в себя одновременное уменьшение бликов на объектах, таких как пешеходы (рисунок выше) и водители встречных транспортных средств. Минимизация времени, за которое датчики доставляют информацию, когда реакция фары (задержка системы) достигает высокой точности, обеспечивает большее количество пикселей на градус угла обзора. В свою очередь, он обеспечивает большую пропускную способность света в системе и приравнивает более доступный свет для управления и отображения на дороге. Низкая латентность устраняет необходимость в сложных алгоритмах прогнозирования на основе искусственного интеллекта, чтобы определить, куда движется следующий объект.
Система на основе технологии цифровой обработки света использует дополнительный вход датчика для отключения части фары, которая проецируется на лобовые стекла встречных автомобилей, что может вызвать дискомфорт или отвлечение внимания других водителей. Используя DLP для систем фары, возможно очень подробное управление пиксельным лучом фар, позволяя реализовать адаптивные функции дальнего света, чтобы улучшить видимость и комфорт во время ночного вождения. На рисунке ниже показан пример блок-схемы, включающей набор микросхем DLP в системе фары.
Набор микросхем DLP5531-Q1 для систем с высоким разрешением (рисунок ниже) дает инженерам возможность более точно контролировать распределение света по дороге через настраиваемые шаблоны лучей в меньшем форм-факторе системы. Система также допускает частичное или полное затемнение отдельных пикселей, что потенциально поддерживает постоянное использование дальнего света, не оказывая влияния на водителей встречных автомобилей.
Будущее использование технологии Headlight
Хотя многие автопроизводители и провайдеры первого уровня (Tier-1) концентрируются на преимуществах повышения видимости, технология цифровой обработки света также программируется. В результате можно настроить новые функции, которые потребуются для полуавтономных и автономных транспортных средств.
Технология DLP для систем фар может работать с ADAS, чтобы фокусировать нужное количество света на определенные места, например дорожные знаки, чтобы водители могли четко идентифицировать знак. Ее способность фокусироваться на изображения и знаки на дороге впереди, такие как дорожная разметка или указатели направления движения, улучшит связь между водителями, пешеходами и другими транспортными средствами и станет важным фактором для продвижения отрасли вперед.
Системы фары, использующие эту технологию, могут быть запрограммированы на усиление связи между автомобилем и пешеходом путем подачи сигналов или знаков пешеходам и указания того, что будет делать автомобиль в будущем. Кроме того, важными характеристиками для будущих транспортных средств являются выделенная маркировка полосы и расширенные функции «автомобиль к пилоту», такие как проекция символов и отображение соответствующей информации для водителей (например, поддержка навигации, траектория движения транспортного средства).
Дополнительные характеристики
Набор микросхем DLP5531-Q1 поддерживает более 1 миллиона направляемых пикселей на фару. Работая с любым источником света (включая светодиод и лазер), он работает в диапазоне температур от -40 ° C до 105 ° C, обеспечивая яркую видимость изображения независимо от температуры или поляризации.
Оставьте комментарий