汽車(chē)遠(yuǎn)近光燈智能切換系統(tǒng)的研究

李俐

【摘 要】針對(duì)駕駛員在夜間會(huì)車(chē)過(guò)程中不當(dāng)或違規(guī)使用汽車(chē)前照燈，從而導(dǎo)致夜間公路交通事故頻發(fā)的問(wèn)題，通過(guò)智能切換系統(tǒng)智能、及時(shí)的變換燈光，在一定程度上能夠有效避免交通事故。經(jīng)過(guò)對(duì)遠(yuǎn)光燈引發(fā)交通事故的原因分析，設(shè)計(jì)了一種由信號(hào)發(fā)射器、DSP芯片、光敏傳感器、毫米波雷達(dá)、速度傳感器等組成的系統(tǒng)感知分析對(duì)面車(chē)輛情況的智能切換遠(yuǎn)近光燈的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能代替駕駛過(guò)程中人切換遠(yuǎn)近光燈的行為，從而避免夜間會(huì)車(chē)時(shí)的人主觀的判斷失誤或不當(dāng)操作，減少因此造成的交通事故。

【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)近光燈；毫米波雷達(dá)；信號(hào)發(fā)射器；智能切換系統(tǒng)；傳感器；交通安全

0 前言

隨著時(shí)代發(fā)展，汽車(chē)已成為人民生活中極其常見(jiàn)且重要的代步工具。但因遠(yuǎn)、近光燈不及時(shí)切換而干擾駕駛員視線引發(fā)的交通事故時(shí)有發(fā)生，約占夜間事故總數(shù)的30%，且成上升趨勢(shì)。另外，駕駛員頻繁切換遠(yuǎn)近光燈容易導(dǎo)致疲勞和注意力不集中，且是否及時(shí)變換燈光與駕駛員素質(zhì)緊密相關(guān)，手動(dòng)切換還是會(huì)帶來(lái)不便和安全隱患。為了避免上述原因引發(fā)的交通事故，設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)近光燈和遠(yuǎn)光燈的智能切換系統(tǒng)。該系統(tǒng)還采用了手動(dòng)操作優(yōu)先于自動(dòng)操作的模式，提高了安全系數(shù)。

目前，有很多研究機(jī)構(gòu)對(duì)汽車(chē)遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)切換進(jìn)行了研究，有如下方案：

1）利用簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)燈光自動(dòng)切換。但行車(chē)過(guò)程中外界干擾因素較多，難以考慮全面，且電路工作的穩(wěn)定性較差。

2）利用偏振光防炫目。但由于偏振片性能有待提高，尚未達(dá)到實(shí)用化程度；

3）紅外夜視系統(tǒng)。但不能完全解決遠(yuǎn)光危害問(wèn)題，且成本較高。

4）單色光防眩。通過(guò)利用單色光的遠(yuǎn)光燈來(lái)照明。但僅利用一段較窄波長(zhǎng)范圍的黃光，照射效率低，視野較暗，效果不理想。

5）利用光敏傳感器探測(cè)外界光照強(qiáng)度的液晶變光裝置。但系統(tǒng)的造價(jià)高，液晶面板的耐溫特性差，此技術(shù)尚不成熟。

6）利用傳感裝置感測(cè)前方光源的智能變光汽車(chē)前照燈。迎面來(lái)車(chē)時(shí)會(huì)自動(dòng)降低前照燈的光照度，會(huì)車(chē)畢又恢復(fù)強(qiáng)光。但因光照度變化十分柔和，存在一定的危險(xiǎn)，且成本價(jià)稍高。

通過(guò)對(duì)上述技術(shù)方案的分析，可以發(fā)現(xiàn)解決方案可分為兩種：1.輔助改變燈光的物理特性。但改變燈光的物理特性很難達(dá)到理想效果；2.從根本上調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近光燈狀態(tài)。但這種方案易受現(xiàn)有技術(shù)的制約，要考慮的因素較多。大部分研究是通過(guò)感應(yīng)外界光照強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近光燈狀態(tài)，但復(fù)雜且易變化的外界環(huán)境對(duì)解決方案的執(zhí)行效果有一定的干擾。

通過(guò)總結(jié)和參考以前的研究，本文提出了一種利用信號(hào)發(fā)射器發(fā)射和采集的系統(tǒng)來(lái)控制遠(yuǎn)近光燈的切換的方案，從而避免了外界復(fù)雜的照明環(huán)境的干擾。

1 智能切換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 工作原理

系統(tǒng)主要提供自動(dòng)開(kāi)啟和手動(dòng)開(kāi)啟兩種系統(tǒng)啟動(dòng)模式。自動(dòng)模式下，通過(guò)光敏傳感器和時(shí)間限制共同決定何時(shí)開(kāi)啟本系統(tǒng)，手動(dòng)模式下，當(dāng)駕駛員按下“切換模式”后，智能切換系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)，否則不啟動(dòng)。

若自車(chē)的燈光狀態(tài)為近光燈，則信號(hào)發(fā)射器發(fā)射信號(hào)“1”。若自車(chē)的燈光狀態(tài)為遠(yuǎn)光燈，則信號(hào)發(fā)射器發(fā)射信號(hào)“2”，若自車(chē)的燈光狀態(tài)為近光燈和遠(yuǎn)光燈交替切換，則信號(hào)發(fā)射器發(fā)射信號(hào)“3”。

當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)光敏傳感器來(lái)感應(yīng)外界光線是否充足，若充足，則開(kāi)啟近光燈，信號(hào)發(fā)射器散發(fā)信號(hào)“1”，否則開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈，散發(fā)信號(hào)“2”。

在行車(chē)過(guò)程中，若感應(yīng)到對(duì)方來(lái)車(chē)的單一信號(hào)時(shí)，收到的信號(hào)為“1”或“3”時(shí)，則開(kāi)啟近光燈，并散發(fā)信號(hào)“1”；若收到信號(hào)“2”，也開(kāi)啟近光燈，散發(fā)信號(hào)“1”。在收到信號(hào)“2”的情況下通過(guò)感應(yīng)3s內(nèi)對(duì)方發(fā)射的信號(hào)是否仍為“2”，若是則燈光狀態(tài)變?yōu)檫h(yuǎn)近光燈交替，提醒對(duì)方車(chē)輛變換近光燈。否則不變換燈光狀態(tài)。

若感應(yīng)到多種信號(hào)或未收到信號(hào)，控制系統(tǒng)對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)數(shù)據(jù)不作處理。通過(guò)分析速度傳感器和毫米波雷達(dá)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，比較自己車(chē)速和與其他物體的相對(duì)速度的大小來(lái)調(diào)節(jié)燈光的狀態(tài)，并散發(fā)相應(yīng)的信號(hào)。

1.2 總體設(shè)計(jì)

1.2.1 智能切換系統(tǒng)的功能

1）會(huì)車(chē)變光。當(dāng)相向行駛的車(chē)輛安裝有信號(hào)發(fā)射器時(shí)，可直接通過(guò)感應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)近光燈的智能切換。當(dāng)雙方車(chē)輛中有車(chē)沒(méi)有安裝信號(hào)發(fā)射器時(shí)，則可通過(guò)測(cè)量?jī)绍?chē)間距和車(chē)速來(lái)判斷是否進(jìn)行遠(yuǎn)近光燈的切換。

2）模式選擇。駕駛員按下“夜間模式”后車(chē)輛啟動(dòng)智能切換系統(tǒng)，若駕駛員想進(jìn)行手動(dòng)操作，可直接切換，且手動(dòng)始終優(yōu)先于自動(dòng)，為駕駛員提供雙重保障。

3）距離測(cè)量。毫米波發(fā)射器向某一方向發(fā)射毫米波， 同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)， 在途中碰到障礙物立即返回， 毫米波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。毫米波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t， 則可算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離（s） ， 即：s=340t/2。

4）行駛方向判斷。通過(guò)毫米波雷達(dá)判斷兩個(gè)車(chē)是快速接近的，在此前提下，測(cè)出兩車(chē)的間距，通過(guò)光傳感器判斷是會(huì)車(chē)還是跟隨駕駛。

1.2.2 系統(tǒng)組成

汽車(chē)遠(yuǎn)近光燈智能切換系統(tǒng)由以下部分組成：光傳感器、毫米波雷達(dá)、速度傳感器、DSP芯片、信號(hào)發(fā)射器、電磁開(kāi)關(guān)燈。

光傳感器主要是在會(huì)車(chē)時(shí)感知外界光照強(qiáng)度，并傳輸給系統(tǒng)，進(jìn)而判斷對(duì)方是否由遠(yuǎn)光燈變成近光燈狀態(tài)。

車(chē)速傳感器用于采集自車(chē)的行駛速度，信號(hào)輸出端與控制器連接，傳輸數(shù)據(jù)。

DSP芯片作為智能切換系統(tǒng)的控制器，對(duì)輸入端（毫米波雷達(dá)、信號(hào)發(fā)射器、速度傳感器）傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后控制輸出端，進(jìn)行相應(yīng)燈光狀態(tài)的自動(dòng)切換。

智能切換系統(tǒng)工作過(guò)程如下：

當(dāng)自車(chē)收到對(duì)方車(chē)輛散發(fā)的單一信號(hào)時(shí)，控制器對(duì)所采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，切換成相應(yīng)的燈光狀態(tài)；若沒(méi)有采集到對(duì)方車(chē)輛信號(hào)或采集到多輛車(chē)輛信號(hào)時(shí)，則控制器對(duì)所采集到的信號(hào)不做處理，隨后分析處理毫米波雷達(dá)和速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，切換相應(yīng)燈光狀態(tài)。

2 總結(jié)

本系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)發(fā)射器的信號(hào)發(fā)射和采集以及利用相對(duì)速度來(lái)判斷是否會(huì)車(chē)來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)、近光燈的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確切換，有效地避免了行車(chē)環(huán)境變化導(dǎo)致光照強(qiáng)度不同對(duì)智能系統(tǒng)的判斷干擾的問(wèn)題。同時(shí)自動(dòng)控制與手動(dòng)控制自由、自動(dòng)轉(zhuǎn)換，既提高了控制的準(zhǔn)確性，又減少了駕駛員的壓力和操作負(fù)擔(dān)。在一定程度上能有效地避免因前照燈轉(zhuǎn)換不當(dāng)或違規(guī)使用的現(xiàn)象，有利于構(gòu)建和諧的駕駛環(huán)境。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉振洲.汽車(chē)遠(yuǎn)光傳感與控制系統(tǒng)研究[D].黑龍江碩士學(xué)位論文，2009.

[2]呂光輝，張忍.基于單片機(jī)技術(shù)的汽車(chē)遠(yuǎn)近光自動(dòng)切換裝置的研究[J].汽車(chē)與配件，2013（35）.

[3]高巖，舒強(qiáng)，鄭楚清.汽車(chē)遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2012（4）.

[4]陳海寧.基于DSP的車(chē)載防撞雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[P].江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

[5]魏培敏，閆新明，栗炳燦.汽車(chē)智能燈光系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)[C]//.河南省汽車(chē)工程學(xué)會(huì)第二屆科研學(xué)術(shù)研討會(huì)，2005.

[6]戚金鳳.汽車(chē)燈光智能控制系統(tǒng)的研究[J].科技咨詢，2014（18）.

[責(zé)任編輯：侯天宇]