自適應頭燈的未來

隨著全球向自動駕駛 (AD) 轉變的持續推進，自適應頭燈或自適應遠光燈 (ADB) 的未來迅速成為焦點。工程師和設計師正在努力找出組件的最佳組合，以滿足駕駛員對安全性和能見度的需求。

然而，針對現實世界的條件進行設計和測試是非常耗時、昂貴且複雜的。 隨著先進駕駛輔助系統 (ADAS) 延伸影響到更多的汽車特性和增加功能，工程師必須考慮到越來越多的場景——使物理測試和驗證成為一個具有挑戰性和複雜的過程。

基於物理的光學模擬解決方案有助於加快將自適應遠光燈 (ADB) 技術推向市場，並有助於避免代價高昂的製造失誤。

自適應頭燈是什麼以及它們是如何運作？

自適應遠光燈在歐洲、加拿大和日本的許多車輛上都適用，且近期也在美國獲得批准。它是一種汽車安全功能，可讓前照燈根據駕駛條件自動調整其光束模式。 自適應功能有助於辨識關鍵物體，例如車道標線、行人和迎面而來的汽車，同時也能在對向車輛迎來時調整其光束，避免危及對向車輛駕駛人的安全。

ADB 的能力仰賴可蒐集數據的感知系統、觸發適當回應的底層軟體控制以及執行命令的先進前照燈光學組件。該系統使用照相機，透過自動波束成形偵測其他車輛的位置，由電腦控制，根據狀況改變前燈的角度和強度。總體來說，前照燈可以「適應」環境以動態調整燈光模式，達成針對即時狀況進行最佳化。

與自動遠光燈相比，自動遠光燈在面對對向車輛的前照燈時，可能表現得比面對其他光源和反射時不穩定。而自適應遠光燈能維持中央光束，提供清楚的視野，同時使錐形光束的末端變暗，以避免迎面而來的車輛受影響。

該技術還可以將光束加寬到另一條車道來為換道做準備，並在轉彎處使燈光轉向，以隨著方向盤轉動時照亮前方視線。

工程師在設計和道路測試自適應頭燈時面臨哪些挑戰？

要在一個高度安全的環境中駕駛，必定少不了自適應頭燈，迴路感應、控制、照明等過程中的任何失誤都可能造成災難性後果。它們必須符合地區交通部、聯合國歐洲經濟委員會 (ECE)、NHTSA 聯邦機動車輛安全標準 (FMVSS) #108 和汽車工程師協會 (SAE) 的前照燈能見度、耐用性和可靠性標準。這就是為什麼要在市場上推出之前，必須先經過詳盡的測試並證明這些前照燈能夠準確地在遇到每一種現實情況時，都能做出相對應的動作。

然而，要工程師做出多個感測器-軟體-光學原型，並將它們安裝在多台車輛上，並在不同的道路上、不同時間和所有可能的天氣條件下對它們進行物理測試是不可行的。即使這個在執行上是可行的，但也意味著必須投入數百萬美元和數千英里的路程才能達成。

快速、基於物理的模擬可以幫助工程師以高度預測精準度，複製物理世界的情景來克服這些挑戰。工程師在模擬自適應頭燈設計時應考慮四個挑戰，包括鏡頭的光學設計、鏡頭的熱分析、鏡頭周圍的機械外殼設計以及模擬夜間駕駛條件。

挑戰 1：模擬鏡頭的光學設計

為了模擬自適應遠光燈透鏡的光學設計，該技術必須考慮對向車道駕駛員的距離和高度、路面的反射率，甚至是大氣條件。要考量這樣的高度複雜性，虛擬設計空間就很重要：

• 讓使用者能夠即時構建物理上精確的虛擬原型——對從成像光學到照明的全部進行建模，包括雜散光分析和複雜性，例如 LED 矩陣模組。
• 考慮材料和光源的光學特性，以模擬前照燈和其他光源的傳遞。
• 在構建物理原型之前，整合來自虛擬駕駛測試的反饋，以完善前照燈的設計和功能。

挑戰 2：對鏡頭進行熱分析

鏡頭設計可以根據車速和駕駛環境而改變。如果鏡頭過熱，它會扭曲光線的形狀並導致自適應系統出現故障。模擬技術必須根據設計出來的鏡頭測量光的強度和形狀，以使自適應功能得以正常運作。

挑戰 3：設計鏡頭周圍的機械外殼

我們需要機械公差和最佳化工具，例如製造設計 (DFM)、統計公差分析、蒙特卡羅模擬和有限元分析 (FEA)，以確保自適應遠光燈透鏡與外殼能正確對齊。這些工具可以考量外殼尺寸和形狀的變化，以及自適應遠光燈透鏡的尺寸和形狀的變化。

挑戰 4：模擬夜間駕駛條件

為了準確測試 ADB 的執行能力，工程師必須在夜間駕駛時，針對可能出現的照明、交通情況、行人和天氣條件下測試其性能。基於這點，我們可以理解基於物理的實時光學模擬技術為何扮演如此重要的角色。 該技術應該可以：

• 沉浸式環境以利進行人車協同模擬測試或品質審查。
• 模擬跟車、超車或會車等場景，並使用鍵盤、方向盤或駕駛模擬器對其進行測試。
• 促進不同行為和光源（鹵素、氙氣或 LED）之間的比較。
• 模擬投影機鏡頭在近光截止區域引起的色差。
• 在德波爾量表上，從駕駛員的角度客觀地測量其他車輛前照燈產生的眩光的不適感，並以圖形方式顯示眩光的影響。
• 考慮智能照明控制法規，例如根據公路安全研究所 (IIHS) 測試軌道或中國保險汽車安全指數 (C-IASI) 軌道虛擬評估和最佳化前照燈的評比

自適應頭燈技術的未來

在當今變化多端的前照燈市場中，必須在各種參數下測試自適應遠光燈和像素光束技術等更新功能。開發急速地進行，而這需要使用基於物理的光學模擬解決方案，以幫助確保第一個物理原型處於良好的運作狀態，在進行車輛安裝之前安全有效，並顯著降低依賴昂貴的實際夜間駕駛模擬。

Ansys 自適應遠光燈模擬解決方案可幫助工程師了解其設計決策在流程每個階段的影響。

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