Адаптивное матричное освещение: повышение безопасности дорожного движения в ночное время

Современные автомобильные фары играют важнейшую роль в повышении безопасности дорожного движения, особенно в ночное время и при плохих погодных условиях. Основные задачи, которые они решают, включают обеспечение оптимальной видимости и устранение бликов для предотвращения ослепления встречного транспорта. В последние годы значительный интерес привлекли адаптивные системы освещения, также известные как системы ADB (Adaptive Driving Beam).

В 2022 году Национальная администрация безопасности дорожного движения США (NHTSA) одобрила использование этой технологии, которая давно популярна в Европе, Азии и Канаде. Считается, что внедрение систем ADB в США позволит значительно повысить качество освещения и комфорт вождения в темное время суток.

Проблемы традиционных автомобильных фар и их эволюция

Традиционные автомобильные фары имеют ограничения, связанные с переключением между ближним и дальним светом. Это переключение требуется для того, чтобы уменьшить риск ослепления встречных водителей, но оно, в свою очередь, ухудшает видимость для водителя. Ближний свет ограничивает видимость вперед, в то время как дальний свет обеспечивает достаточное освещение, но при этом может создавать значительные блики для других участников движения. С момента изобретения в 1950-х годах, системы автоматического переключения дальнего света позволяли автоматически включать дальний свет при отсутствии встречного транспорта, однако это все равно не решало всех проблем.

Адаптивные системы освещения и, в частности, матричные фары, представляют собой значительный шаг вперед в области автомобильных осветительных технологий. Эти системы способны динамически изменять форму и яркость светового пучка, подстраиваясь под дорожные условия и присутствие других автомобилей на дороге.

Принцип работы систем ADB

Системы ADB работают за счет постоянного мониторинга дорожной обстановки и автоматической адаптации светового пучка для достижения наилучшего баланса между видимостью для водителя и предотвращением бликов для встречного транспорта. В отличие от традиционных фар, системы ADB способны регулировать направление, интенсивность и даже форму светового потока в реальном времени, используя данные, полученные от передовых систем помощи водителю (ADAS).

Эти системы, такие как камеры и датчики, распознают другие транспортные средства и позволяют системе фар "закрывать" определенные участки светового пучка, чтобы минимизировать ослепление.

Матричные фары: высокоточная адаптация света

Одним из наиболее совершенных типов адаптивных фар являются матричные фары. Эти фары используют массив светодиодов, каждый из которых может управляться независимо, создавая световой пучок, оптимально адаптированный к условиям. Например, если впереди движется автомобиль, система может "затенить" область вокруг него, оставляя при этом мощное освещение для других участков дороги. Это достигается за счет управления на уровне пикселей, что позволяет создавать сложные световые схемы, поддерживая высокий уровень видимости для водителя без ослепления других.

Преимущества матричных фар

Матричные фары значительно превосходят традиционные и даже ранние адаптивные системы за счет отсутствия механических частей, подверженных износу. Они полностью полагаются на электронное управление и программируемые светодиоды, что повышает надежность системы и увеличивает ее срок службы. Более того, благодаря высокому уровню управляемости светодиодов на уровне пикселей, матричные фары могут быстро и точно реагировать на изменения дорожной обстановки, обеспечивая оптимальные световые условия для водителя и других участников движения.

Структура и компоненты системы ADB на основе матричных фар

Матричная система ADB обычно состоит из двух ключевых компонентов:

1. Модуль управления светодиодами (LCM) — включает в себя микроконтроллер, драйверы для постоянного напряжения и тока, а также интерфейс CAN, обеспечивающий связь с системой ADAS автомобиля. LCM управляет подачей энергии на светодиоды, поддерживая стабильный ток, что важно для равномерного распределения света.
2. Светодиодный модуль (LM) — содержит непосредственно светодиоды высокой яркости. LM контролируется матричным драйвером, который через LCM получает команды для регулировки яркости и направления каждого светодиода, обеспечивая гибкость и адаптивность светового пучка.

Прорывные разработки в ADB: менеджер светодиодной матрицы IS32LT3365 от Lumissil

С введением обновленного стандарта FMVSS № 108 в 2022 году компании стали активно разрабатывать и внедрять новые компоненты для систем матричных фар. Одним из важных решений стал менеджер светодиодной матрицы IS32LT3365, представленный компанией Lumissil. Данный компонент позволяет точно управлять каждым светодиодом в матрице, обеспечивая высокоточное управление светом.

Использование такого менеджера, работающего в паре с драйвером светодиодов, делает возможным формирование светового потока с точностью до отдельных пикселей. Это позволяет не только адаптировать световой пучок под текущие дорожные условия, но и создавать уникальные световые схемы, обеспечивающие безопасность и комфорт ночного вождения.

Архитектура и основные функции IS32LT3365

IS32LT3365 представлен в двух моделях: IS32LT3365A с многоканальным UART и IS32LT3365B, оснащенной упрощенным CAN-интерфейсом, управляемым главным микроконтроллером. Интерфейс CAN lite поддерживает передачу данных между платами через CAN-трансиверы с использованием UART-протокола. Встроенный интерфейс I2C позволяет обращаться к внешней памяти EEPROM, в которой хранятся данные калибровки для светодиодов и систем. Включенный 10-битный АЦП с мультиплексными входами отслеживает напряжение питания, а два внешних аналоговых входа NTC управляют температурным мониторингом светодиодов и калибровкой системы.

Особенностью IS32LT3365 являются двенадцать 20-вольтовых плавающих NMOS-ключей, которые работают без фиксированного соединения с землей или заданным уровнем напряжения. Разделенные на четыре подстроки по три ключа, они обеспечивают гибкое управление напряжением, позволяя обойти отдельные светодиоды или их массивы. Плавающая схема повышает совместимость с разными конфигурациями светодиодов и минимизирует потери энергии благодаря низкому RDS(ON) в 190 мОм. Конструкция поддерживает до 1,5 А тока на светодиод, предлагая варианты с одним или несколькими источниками тока и параллельным переключением для светодиодов с высоким током.

Для управления режимами включения/выключения относительно плавающих напряжений IS32LT3365 использует схему привода затвора с четырьмя встроенными подкачивающими насосами, которые могут подниматься до 62 В над уровнем земли. NMOS-ключи формируют параллельную схему шунтирующего затемнения с каждым светодиодом, где выключенный ключ пропускает ток через светодиод, зажигая его, а включенный отводит ток, отключая светодиод. Известный как шунтирующее затемнение на основе FET, этот метод поддерживает постоянный ток, предотвращая задержки из-за разгона тока и защищая светодиоды от скачков напряжения, оптимизируя эффективность и отклик системы. Точная регулировка затемнения и снижение ЭМП

IS32LT3365 позволяет управлять яркостью с точностью 10-битной широтно-импульсной модуляции (ШИМ), обеспечивая 1024 уровня яркости для каждого светодиода. Генератор ШИМ имеет диапазон частот до 30 кГц, с программируемыми фазовым сдвигом и рабочим циклом для индивидуального контроля яркости светодиодов. Система также обладает защитой от обрывов цепи путем короткого замыкания переключателей, а также регистрирует неисправности, такие как обрыв или короткое замыкание, для диагностики. В мощных приложениях переключатели могут работать параллельно, поддерживая обходные конфигурации для массивов светодиодов.

Для снижения электромагнитных помех (ЭМП) IS32LT3365 использует технологию расширенного спектра на своем ШИМ-генераторе, распределяя ЭМП по более широкому спектру частот и значительно снижая пиковые помехи. Программируемое управление скоростью нарастания на переходах NMOS-ключей в процессе ШИМ-затемнения также уменьшает ЭМП и снижает выброс тока.

С программируемым фазовым сдвигом и настройками ШИМ для каждого светодиода несколько устройств могут синхронизировать частоту и фазу, обеспечивая согласованную работу в рамках системы управления матрицей освещения (LMM). Обеспечение безопасности при интеграции ADAS и ADB

Синергия адаптивных фар (ADB) и передовых систем помощи водителю (ADAS) повышает общую безопасность автомобиля и качество вождения в ночное время. ADAS использует различные сенсоры — камеры для обнаружения других автомобилей и пешеходов, радары для измерения расстояния и скорости, а также датчики скорости и угла поворота автомобиля. Эта обработка данных в реальном времени оптимизирует работу ADB-фар для мгновенной корректировки освещения.

Контроллер IS32LT3365 играет ключевую роль в интеграции технологий ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) и ADB (Adaptive Driving Beam), обеспечивая не только высокую точность управления светодиодной матрицей фар, но и соответствие высоким стандартам безопасности. Важной особенностью IS32LT3365 является его соответствие стандарту ISO 26262 уровня ASIL-B (Automotive Safety Integrity Level B), который предназначен для обеспечения безопасности систем, подверженных умеренным рискам.

Значение соответствия стандарту ASIL-B

Уровень ASIL-B по ISO 26262 гарантирует, что устройство IS32LT3365 способно выдерживать умеренные риски, при которых сбой системы может представлять значительную, но не катастрофическую опасность. Данный уровень безопасности необходим для предотвращения ситуаций, когда отказ системы освещения может привести к снижению видимости на дороге или к неожиданным бликам, что способно спровоцировать опасные ситуации для водителей и пешеходов.

Контроллер IS32LT3365 благодаря сертификации ASIL-B включает встроенные механизмы контроля и диагностики, которые позволяют выявлять и устранять возможные неисправности, поддерживая безопасное функционирование системы в условиях повышенных нагрузок и сложных дорожных условий.

Совместимость IS32LT3365 с интерфейсами CAN и UART

IS32LT3365 совместим с интерфейсами CAN (Controller Area Network) и UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), что делает его идеальным для интеграции с системами ADAS. Интерфейс CAN является стандартом для обмена данными в современных автомобилях и обеспечивает высокую скорость передачи и устойчивость к внешним помехам. Это особенно важно для систем адаптивного освещения, где требуется мгновенное реагирование на изменения дорожной обстановки, такие как появление встречного автомобиля, изменения освещенности или препятствия на пути.

Интерфейс UART добавляет еще один уровень гибкости, обеспечивая возможность обмена данными между устройствами в системе автомобиля. Поддержка обоих интерфейсов позволяет IS32LT3365 бесшовно взаимодействовать с другими компонентами ADAS, такими как камеры, радары и лидары, которые передают информацию о дорожной обстановке, погодных условиях и расположении других транспортных средств. На основе этой информации система адаптивных фар может в реальном времени корректировать интенсивность и рисунок светового пучка, создавая тени или увеличивая освещенность там, где это необходимо.

Преимущества для безопасности дорожного движения

Сертификация ASIL-B и поддержка интерфейсов CAN и UART делают IS32LT3365 надежным и безопасным компонентом системы освещения. Благодаря соответствию строгим стандартам безопасности и его интеграции в систему ADAS, контроллер позволяет избежать ослепляющих бликов, поддерживая безопасный уровень освещенности. Это помогает не только улучшить видимость для водителя, но и защитить других участников дорожного движения от резких световых бликов, способных вызвать дезориентацию и повысить вероятность аварий.

Таким образом, использование IS32LT3365 в матричных фарах способствует созданию более безопасных и комфортных условий для ночного вождения, минимизируя риски и оптимизируя освещение в соответствии с дорожной ситуацией.