汽車前照燈自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王文建+王鑫惠+金粵飛+黃志濤

摘 要：本文設(shè)計(jì)了汽車前照燈自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)車輛行駛狀態(tài)、速度變化以及天氣環(huán)境等因素，自動(dòng)控制前照燈進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的光照調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)前照燈自適應(yīng)照明，從而提供最佳道路照明效果，保障行車安全。汽車前照燈自適應(yīng)照明系統(tǒng)是利用傳感器，根據(jù)道路的狀況、時(shí)段以及天氣變化等因素，對(duì)車輛行駛中的任何變化，自動(dòng)做出反應(yīng)，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并采取有效措施，確保行車安全，控制系統(tǒng)從車內(nèi)的電子系統(tǒng)和傳感器獲得信息，由傳感器來辨識(shí)各種照明狀況。根據(jù)傳感器傳過來的信息可以對(duì)各種駕駛情況進(jìn)行反饋從而實(shí)現(xiàn)多種照明分布。

關(guān)鍵詞：汽車前照燈；自適應(yīng)控制系統(tǒng)；自適應(yīng)照明；亮度感應(yīng)調(diào)節(jié)

引言

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的安全、舒適和人性化要求越來越高，而傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)存在照明光光型單一、近距離照明效果不好、彎道照明有暗區(qū)、照明有炫光等問題，嚴(yán)重影響了行車的安全。隨著汽車的安全技術(shù)越來越受到人們的重視，而由于汽車的普通前照燈具有固定的照射范圍，當(dāng)駕駛者在夜間彎道行駛時(shí)，普通前照燈無法改變、調(diào)節(jié)照明角度的方向，常常會(huì)在彎道內(nèi)側(cè)出現(xiàn)盲區(qū)，駕駛者的視線被限制在大燈光束照射的直線范圍內(nèi)，這對(duì)于夜間彎道行駛非常危險(xiǎn)，極大地影響了夜間行車的安全性。汽車前照燈的亮度和照射方向?qū)τ谛熊嚢踩侵陵P(guān)重要的，前照燈的發(fā)光強(qiáng)度不足或者照射方向不合適，汽車前方的情況就不能清晰看見，存在安全隱患。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)安全的照明系統(tǒng)是有必要的，相對(duì)于傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)更能適應(yīng)道路的實(shí)際情況，運(yùn)行成本低，并能夠顯著提高駕駛者夜間行車的安全性和舒適性，能夠大大減少夜間眩目導(dǎo)致的交通事故，極大滿足了人們對(duì)行車安全駕駛和舒適性的要求，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，其功能將會(huì)越來越完善，影響也將會(huì)越來越深遠(yuǎn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)原理

汽車前照燈亮度感應(yīng)調(diào)節(jié)及遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)切換系統(tǒng)可在車燈開啟的情況下根據(jù)外界光線影響自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光，在車輛行駛過程中，駕駛者不再需要人為干預(yù)車輛燈光，自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光也不會(huì)對(duì)會(huì)車車輛駕駛員的視野造成影響，并且在遠(yuǎn)近光確定的情況下根據(jù)外界光線影響自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度。

根據(jù)道路環(huán)境狀況和車輛行駛狀態(tài)的變化而自動(dòng)進(jìn)行燈光調(diào)整的前照燈智能控制系統(tǒng)，能夠改善夜間和惡劣條件下的照明效果，提高行車的安全性，降低交通事故的發(fā)生率。汽車前照燈系統(tǒng)通過綜合利用各種傳感器技術(shù)，采集路面上的各種信息，以便感知駕駛員操作。根據(jù)車輛行駛狀態(tài)、速度變化以及天氣環(huán)境等因素，自動(dòng)控制前照燈進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的光照調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)前照燈自適應(yīng)照明，從而提供最佳道路照明效果，保障行車安全。汽車前照燈自適應(yīng)照明系統(tǒng)是利用傳感器，根據(jù)道路的狀況、時(shí)段以及天氣變化等因素，對(duì)車輛行駛中的任何變化，自動(dòng)做出反應(yīng)，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并采取有效措施，確保行車安全，控制系統(tǒng)從車內(nèi)的電子系統(tǒng)和傳感器獲得信息，由傳感器來辨識(shí)各種照明狀況。根據(jù)傳感器傳過來的信息可以對(duì)各種駕駛情況進(jìn)行反饋從而實(shí)現(xiàn)多種照明分布。

2 主電路設(shè)計(jì)

3 線性二自由度汽車模型

汽車在水平路面上等速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性主要是通過轉(zhuǎn)向盤角輸入或力輸人的響應(yīng)來研究，作為剛體它具有6個(gè)自由度。為了獲得滿意的計(jì)算精度，通常利用4、5個(gè)自由度非線性數(shù)學(xué)模型來模擬，即橫擺角速度、質(zhì)心的側(cè)偏角、車身側(cè)傾角、前輪轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為自由度，并考慮輪胎側(cè)偏的非線性特性。但是這樣的模擬計(jì)算特別復(fù)雜，為了便于理解，需要簡化模型，把多自由度簡化為只有橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的二自由度模型。對(duì)汽車模型做如下假設(shè)：第一、汽車只做平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)，無垂直方向運(yùn)動(dòng)，也無俯仰和側(cè)傾運(yùn)動(dòng)。第二、忽略懸架作用及轉(zhuǎn)向系影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入。第三、忽略左右輪輪胎由于載荷的變化而引起輪胎特性的變化以及輪胎回正力矩的作用。第四、汽車沿 軸方向做等速運(yùn)動(dòng)，不考慮地面切向力和空氣阻力作用。這樣實(shí)際汽車就簡化為兩輪摩托車模型。在上述情況下二自由度汽車模型精度足夠。

4 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)模型

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或線位移的執(zhí)行器，可以直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。它的機(jī)械角位移與輸入的數(shù)字脈沖信號(hào)有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系：即一個(gè)脈沖信號(hào)可以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)前進(jìn)一步，是一種比較理想的執(zhí)行元件。

在AFS系統(tǒng)中，MCU將采集到的車速信號(hào)、方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)和位置傳感器信號(hào)通過一定的公式計(jì)算，將計(jì)算出的角度通過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，然后通過總線傳送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，通過驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元將左右兩個(gè)彎道照明步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至相應(yīng)位置，以適應(yīng)彎道照明，可見建立步進(jìn)電機(jī)模型為AFS仿真奠定基礎(chǔ)。

5 參數(shù)設(shè)計(jì)

當(dāng)輸出電流較大時(shí)，轉(zhuǎn)換器工作在連續(xù)傳導(dǎo)模式，即電感電流連續(xù)，不會(huì)降至0。電感的取值會(huì)影響到電感電流的紋波，兩者之間的關(guān)系由下式確定。

結(jié)束語

該系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的行車環(huán)境自動(dòng)調(diào)整前照燈的角度和強(qiáng)度，從而不僅提高了汽車夜間駕駛的安全性，也提高了光源的利用率，這對(duì)現(xiàn)階段的汽車車燈智能控制系統(tǒng)的研究具有一定的參考價(jià)值。設(shè)計(jì)的汽車前照燈自適應(yīng)照明系統(tǒng)能夠商品化，相對(duì)于傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)更能適應(yīng)道路的實(shí)際情況，運(yùn)行成本低，并能夠顯著提高駕駛者夜間行車的安全性和舒適性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，項(xiàng)目的研究會(huì)產(chǎn)生不同程度的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

隨著汽車擁有量的增多，駕駛員不正確使用燈光或者長時(shí)間使用遠(yuǎn)光燈，會(huì)車時(shí)也不按規(guī)定轉(zhuǎn)換燈光，導(dǎo)致道路違法行為頻發(fā)所引發(fā)的交通事故呈上升趨勢。這是由于部分駕駛員根本不知道如何正確使用遠(yuǎn)近光燈；或者駕駛員的安全意識(shí)淡薄。而遠(yuǎn)光燈的光柱位置較高，與前車或?qū)γ鎭碥嚨囊暰€基本平齊，夜間行使時(shí)遇遠(yuǎn)光燈刺激，直接影響對(duì)面駕駛員的視線，造成短時(shí)視覺盲區(qū)，即造成眩光，極易引發(fā)交通事故。所設(shè)計(jì)的汽車前照燈自適應(yīng)照明系統(tǒng)能夠顯著提高駕駛者夜間行車的安全性和舒適性，能夠大大減少夜間眩目導(dǎo)致的交通事故。

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作者簡介：王文建（1973-），男，碩士，高級(jí)工程師，從事電子技術(shù)研究及教學(xué)。