오토 드라이빙(AD)으로의 세계적인 전환이 계속됨에 따라, 어댑티브 헤드라이트, 즉 어댑티브 드라이빙 빔 헤드라이트(ADB)의 미래가 빠르게 주목받고 있습니다. 엔지니어와 설계자는 안전성과 가시성에 대한 운전자의 요구를 충족시키기 위한 최적의 구성 요소 조합을 식별하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.
그러나 실제 조건에 대한 설계 및 테스트는 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 들고 복잡합니다. 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)이 더 많은 자동차 기능에 침투하고 기능을 향상시킴에 따라 엔지니어는 물리적 테스트 및 검증을 어렵고 복잡한 프로세스로 만드는 점점 더 많은 시나리오를 고려해야 합니다.
물리 기반 광학 시뮬레이션 솔루션은 ADB 기술을 시장에 출시하는 프로세스를 가속화하고 비용이 많이 드는 제조 실수를 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
어댑티브 헤드라이트란 무엇이며 어댑티브 헤드라이트는 어떻게 작동할까요?
유럽, 캐나다, 일본, 그리고 최근 미국에서 승인된 어댑티브 드라이빙 빔은 헤드라이트가 주행 조건에 따라 빔 패턴을 조정할 수 있는 자동차 안전 기능입니다. 적용 기능은 차선 표시, 보행자, 다가오는 차량과 같은 중요한 물체를 드러내는 동시에 다가오는 운전자의 시야를 일시적으로 방해할 수 있는 상향 전조등 사용을 피하는 데 도움이 됩니다.
ADB 기능은 데이터를 수집하는 인식 시스템, 적절한 응답을 트리거하는 기본 소프트웨어 제어 및 명령을 수행하는 고급 헤드램프 광학 장치에 의존합니다. 이 시스템은 조건에 따라 헤드라이트의 각도와 강도를 변경하는 컴퓨터에 의해 제어되는 자동화된 빔포밍을 통해 카메라를 사용하여 다른 차량의 위치를 감지합니다. 기본적으로 헤드라이트는 실시간 상황에 맞게 조명 패턴을 생성하도록 "적용"합니다.
다른 조명 및 반사광과 비교하여 다가오는 헤드라이트를 해석할 때 비정상적으로 작동할 수 있는 자동 상향등과 달리 어댑티브 드라이빙 빔은 중앙 빔을 유지하여 뛰어난 시야를 제공하는 동시에 빔의 끝을 흐리게 하여 다가오는 차량이 눈이 멀어지는 것을 방지합니다.
이 기술은 또한 차선 변경에 대비하여 빔을 다른 차선으로 넓힐 수 있고 스티어링 휠이 회전할 때 커브를 비추는 데 도움이 되도록 코너 주변의 빛을 구부릴 수 있습니다.
어댑티브 헤드라이트 설계 및 도로 주행 테스트에서 엔지니어가 직면한 과제는 무엇일까요?
어댑티브 헤드램프는 안전에 중요한 환경에서 작동하며, 폐쇄 루프 감지-제어-조명 프로세스의 실수는 비참한 결과를 초래할 수 있습니다. 헤드라이트 가시성, 내구성 및 신뢰성에 대한 지역 교통부, 유엔 유럽 경제 위원회(ECE), NHTSA 연방 자동차 안전 표준(FMVSS) #108 및 자동차 공학회(SAE) 표준을 충족해야 합니다. 그렇기 때문에 상업적으로 출시되기 전에, 그들이 마주칠 모든 가능한 실제 상황에 정확하게 대응할 수 있도록 철저하게 테스트되고 입증되어야 합니다.
그러나 엔지니어가 여러 센서-소프트웨어-광학 프로토타입을 만들고 여러 차량에 설치하고 다른 도로, 하루 중 다른 시간 및 가능한 모든 날씨 조건에서 물리적으로 테스트하는 것은 실현 가능하지 않습니다. 이것이 물리적으로 가능하다고 해도, 그것은 수백만 달러와 수천 마일의 도로를 투자하는 것을 의미할 것입니다.
빠른 물리 기반 시뮬레이션은 높은 예측 정확도로 물리적 세계를 구현하여 엔지니어가 이러한 문제를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 엔지니어는 렌즈의 광학 설계, 렌즈의 열 분석, 렌즈 주변의 기계적 하우징 설계 및 야간 주행 조건 시뮬레이션을 포함하여 어댑티브 헤드라이트 설계를 시뮬레이션할 때 네 가지 과제를 고려해야 합니다.
Challenge 1: Simulating the Optical Design of the Lenses
어댑티브 드라이빙 빔 렌즈의 광학 설계를 시뮬레이션하기 위해, 기술적으로 다가오는 운전자의 거리와 높이, 도로 표면의 반사율, 심지어 대기 조건까지 고려해야 합니다. 이러한 유형의 복잡성을 고려할 때 가상 설계 공간은 다음과 같습니다.
사용자가 실시간으로 물리적으로 정확한 가상 프로토타입을 구축할 수 있도록 합니다. 이미지 광학에서 조명에 이르기까지 모든 것을 모델링할 수 있습니다. 여기에는 미광 분석과 LED 매트릭스 등의 복잡성이 포함됩니다.
재료와 광원의 광학적 특성을 고려하여 전조등과 다른 광원으로부터의 전파를 시뮬레이션합니다.
실제 프로토타입을 제작하기 훨씬 전에 헤드램프의 디자인과 기능을 완벽하게 하기 위해 가상 주행 테스트의 피드백을 통합합니다.
Challenge 2: Conducting Thermal Analysis of the Lens
렌즈 디자인은 차량의 속도와 주행 환경에 따라 달라질 수 있습니다. 렌즈가 너무 뜨거워지면 빛의 모양이 왜곡되어 적응 시스템이 오작동할 수 있습니다. 시뮬레이션 기술은 설계된 렌즈를 기준으로 빛의 세기와 모양을 측정해야 적응 기능이 올바르게 작동합니다.
Challenge 3: Designing the Mechanical Housing Around the Lens
DFM(제조용 설계), 통계적 공차 분석, Monte Carlo 시뮬레이션 및 FEA(유한 요소 분석)와 같은 기계적 공차 및 최적화 도구는 적응형 구동 빔 렌즈가 하우징과 올바르게 정렬되도록 보장하는 데 필요합니다. 이러한 도구는 하우징의 크기와 형태의 변화뿐만 아니라 어댑티브 드라이빙 빔 렌즈의 크기와 형태의 변화를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Aiming wall(위) 및 인터랙티브 휘도/조도 시뮬레이션(아래)
사용자 정의 가능한 isolux 라인 및 영역(상단) 및 불편한 눈부심 시뮬레이션(하단)
Challenge 4: Simulating Night Driving Conditions
ADB 실행을 정확하게 테스트하기 위해 엔지니어는 야간 주행 중에 존재하는 모든 가능한 조명, 교통, 보행자 및 날씨 조건에서 성능을 테스트해야 합니다. 여기서 실시간 물리 기반 광학 시뮬레이션 기술에 액세스하는 것이 매우 중요합니다. 기술은 다음과 같아야 합니다.
Test Drivers-in-the-Loop 시뮬레이션 또는 품질 검토를 위한 몰입형 환경을 제공합니다.
자동차를 따라가거나 추월하거나 교차하는 것과 같은 시나리오를 생성하고 키보드, 스티어링 휠 또는 주행 시뮬레이터로 테스트합니다.
다양한 동작과 광원(할로겐, 크세논 또는 LED) 간의 비교를 용이하게 합니다.
낮은 빔 컷오프 영역에서 프로젝터 렌즈로 인해 발생하는 색수차를 시뮬레이션합니다.
상대 차량의 헤드램프에서 발생하는 눈부심의 불편함을 운전자의 관점에서 객관적으로 de Boer scale로 측정하고 눈부심의 영향을 그래픽으로 보여줍니다.
IIHS(Institute for Highway Safety) 테스트 트랙 또는 중국 보험 자동차 안전 지수(C-IASI) 트랙에 따라 헤드램프 등급을 가상으로 평가하고 최적화하는 것과 같은 지능형 조명 제어법을 고려합니다.
어댑티브 헤드라이트 기술의 미래
오늘날의 다이내믹 헤드램프 시장에서 어댑티브 하이 빔 및 픽셀 빔 기술과 같은 새로운 기능은 다양한 매개 변수에 걸쳐 테스트되어야 합니다. 개발은 빠른 속도로 진행되고 있으며, 첫 번째 물리적 프로토타입이 우수한 작동 상태에 있고, 차량 설치 전에 안전하고 효과적이며, 비용이 많이 드는 실제 야간 드라이브에 대한 의존도를 크게 줄일 수 있는 물리 기반 광학 시뮬레이션 솔루션에 대한 액세스가 필요합니다.
어댑티브 드라이빙 빔 시뮬레이션을 위한 Ansys 솔루션은 엔지니어가 프로세스의 모든 단계에서 설계 결정의 영향을 이해하는 데 도움이 됩니다.
Ansys 솔루션을 통해 자동차 회사가 맞춤형 테스트 트랙에서 ADB 야간 테스트 드라이브를 가상으로 수행하고 위험한 주행 상황을 안전하게 탐색하며 자동 하이 빔에서 픽셀 빔에 이르기까지 ADB를 효율적으로 설계하는 방법을 알아보시기 바랍니다.
The Future of Adaptive Headlights
ANSYS BLOG / OCTOBER 13, 2022
Author: Emmanuel Follin / Senior Manager Product Management, Ansys
https://www.ansys.com/ko-kr/blog/what-are-adaptive-headlights
어댑티브 헤드라이트의 미래
오토 드라이빙(AD)으로의 세계적인 전환이 계속됨에 따라, 어댑티브 헤드라이트, 즉 어댑티브 드라이빙 빔 헤드라이트(ADB)의 미래가 빠르게 주목받고 있습니다. 엔지니어와 설계자는 안전성과 가시성에 대한 운전자의 요구를 충족시키기 위한 최적의 구성 요소 조합을 식별하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.
그러나 실제 조건에 대한 설계 및 테스트는 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 들고 복잡합니다. 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)이 더 많은 자동차 기능에 침투하고 기능을 향상시킴에 따라 엔지니어는 물리적 테스트 및 검증을 어렵고 복잡한 프로세스로 만드는 점점 더 많은 시나리오를 고려해야 합니다.
물리 기반 광학 시뮬레이션 솔루션은 ADB 기술을 시장에 출시하는 프로세스를 가속화하고 비용이 많이 드는 제조 실수를 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
어댑티브 헤드라이트란 무엇이며 어댑티브 헤드라이트는 어떻게 작동할까요?
유럽, 캐나다, 일본, 그리고 최근 미국에서 승인된 어댑티브 드라이빙 빔은 헤드라이트가 주행 조건에 따라 빔 패턴을 조정할 수 있는 자동차 안전 기능입니다. 적용 기능은 차선 표시, 보행자, 다가오는 차량과 같은 중요한 물체를 드러내는 동시에 다가오는 운전자의 시야를 일시적으로 방해할 수 있는 상향 전조등 사용을 피하는 데 도움이 됩니다.
ADB 기능은 데이터를 수집하는 인식 시스템, 적절한 응답을 트리거하는 기본 소프트웨어 제어 및 명령을 수행하는 고급 헤드램프 광학 장치에 의존합니다. 이 시스템은 조건에 따라 헤드라이트의 각도와 강도를 변경하는 컴퓨터에 의해 제어되는 자동화된 빔포밍을 통해 카메라를 사용하여 다른 차량의 위치를 감지합니다. 기본적으로 헤드라이트는 실시간 상황에 맞게 조명 패턴을 생성하도록 "적용"합니다.
다른 조명 및 반사광과 비교하여 다가오는 헤드라이트를 해석할 때 비정상적으로 작동할 수 있는 자동 상향등과 달리 어댑티브 드라이빙 빔은 중앙 빔을 유지하여 뛰어난 시야를 제공하는 동시에 빔의 끝을 흐리게 하여 다가오는 차량이 눈이 멀어지는 것을 방지합니다.
이 기술은 또한 차선 변경에 대비하여 빔을 다른 차선으로 넓힐 수 있고 스티어링 휠이 회전할 때 커브를 비추는 데 도움이 되도록 코너 주변의 빛을 구부릴 수 있습니다.
어댑티브 헤드라이트 설계 및 도로 주행 테스트에서 엔지니어가 직면한 과제는 무엇일까요?
어댑티브 헤드램프는 안전에 중요한 환경에서 작동하며, 폐쇄 루프 감지-제어-조명 프로세스의 실수는 비참한 결과를 초래할 수 있습니다. 헤드라이트 가시성, 내구성 및 신뢰성에 대한 지역 교통부, 유엔 유럽 경제 위원회(ECE), NHTSA 연방 자동차 안전 표준(FMVSS) #108 및 자동차 공학회(SAE) 표준을 충족해야 합니다. 그렇기 때문에 상업적으로 출시되기 전에, 그들이 마주칠 모든 가능한 실제 상황에 정확하게 대응할 수 있도록 철저하게 테스트되고 입증되어야 합니다.
그러나 엔지니어가 여러 센서-소프트웨어-광학 프로토타입을 만들고 여러 차량에 설치하고 다른 도로, 하루 중 다른 시간 및 가능한 모든 날씨 조건에서 물리적으로 테스트하는 것은 실현 가능하지 않습니다. 이것이 물리적으로 가능하다고 해도, 그것은 수백만 달러와 수천 마일의 도로를 투자하는 것을 의미할 것입니다.
빠른 물리 기반 시뮬레이션은 높은 예측 정확도로 물리적 세계를 구현하여 엔지니어가 이러한 문제를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 엔지니어는 렌즈의 광학 설계, 렌즈의 열 분석, 렌즈 주변의 기계적 하우징 설계 및 야간 주행 조건 시뮬레이션을 포함하여 어댑티브 헤드라이트 설계를 시뮬레이션할 때 네 가지 과제를 고려해야 합니다.
Challenge 1: Simulating the Optical Design of the Lenses
어댑티브 드라이빙 빔 렌즈의 광학 설계를 시뮬레이션하기 위해, 기술적으로 다가오는 운전자의 거리와 높이, 도로 표면의 반사율, 심지어 대기 조건까지 고려해야 합니다. 이러한 유형의 복잡성을 고려할 때 가상 설계 공간은 다음과 같습니다.
Challenge 2: Conducting Thermal Analysis of the Lens
렌즈 디자인은 차량의 속도와 주행 환경에 따라 달라질 수 있습니다. 렌즈가 너무 뜨거워지면 빛의 모양이 왜곡되어 적응 시스템이 오작동할 수 있습니다. 시뮬레이션 기술은 설계된 렌즈를 기준으로 빛의 세기와 모양을 측정해야 적응 기능이 올바르게 작동합니다.
Challenge 3: Designing the Mechanical Housing Around the Lens
DFM(제조용 설계), 통계적 공차 분석, Monte Carlo 시뮬레이션 및 FEA(유한 요소 분석)와 같은 기계적 공차 및 최적화 도구는 적응형 구동 빔 렌즈가 하우징과 올바르게 정렬되도록 보장하는 데 필요합니다. 이러한 도구는 하우징의 크기와 형태의 변화뿐만 아니라 어댑티브 드라이빙 빔 렌즈의 크기와 형태의 변화를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Aiming wall(위) 및 인터랙티브 휘도/조도 시뮬레이션(아래)
사용자 정의 가능한 isolux 라인 및 영역(상단) 및 불편한 눈부심 시뮬레이션(하단)
Challenge 4: Simulating Night Driving Conditions
ADB 실행을 정확하게 테스트하기 위해 엔지니어는 야간 주행 중에 존재하는 모든 가능한 조명, 교통, 보행자 및 날씨 조건에서 성능을 테스트해야 합니다. 여기서 실시간 물리 기반 광학 시뮬레이션 기술에 액세스하는 것이 매우 중요합니다. 기술은 다음과 같아야 합니다.
어댑티브 헤드라이트 기술의 미래
오늘날의 다이내믹 헤드램프 시장에서 어댑티브 하이 빔 및 픽셀 빔 기술과 같은 새로운 기능은 다양한 매개 변수에 걸쳐 테스트되어야 합니다. 개발은 빠른 속도로 진행되고 있으며, 첫 번째 물리적 프로토타입이 우수한 작동 상태에 있고, 차량 설치 전에 안전하고 효과적이며, 비용이 많이 드는 실제 야간 드라이브에 대한 의존도를 크게 줄일 수 있는 물리 기반 광학 시뮬레이션 솔루션에 대한 액세스가 필요합니다.
어댑티브 드라이빙 빔 시뮬레이션을 위한 Ansys 솔루션은 엔지니어가 프로세스의 모든 단계에서 설계 결정의 영향을 이해하는 데 도움이 됩니다.
Ansys 솔루션을 통해 자동차 회사가 맞춤형 테스트 트랙에서 ADB 야간 테스트 드라이브를 가상으로 수행하고 위험한 주행 상황을 안전하게 탐색하며 자동 하이 빔에서 픽셀 빔에 이르기까지 ADB를 효율적으로 설계하는 방법을 알아보시기 바랍니다.
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