夜間車輛遠(yuǎn)近燈光強(qiáng)制切換設(shè)計(jì)

莫舒玥，張浩雨

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530021)

在夜間行車時(shí)，司機(jī)為了給自己帶來更好的視線以及更安全的心理感受，往往長(zhǎng)時(shí)間開啟遠(yuǎn)光燈。遠(yuǎn)光燈照射的光柱位置較高，可以給駕駛員更遠(yuǎn)的視線距離，提高行車安全。但是更高的照射位置，卻剛好平直地照射到前方或?qū)ο蜍囕v駕駛員的眼中，這樣的遠(yuǎn)光刺激，將直接影響駕駛員的視線，造成眩目、短時(shí)視覺盲區(qū)。近年來，隨著氙氣燈等高亮度大燈的流行，因遠(yuǎn)光燈造成的夜間交通事故時(shí)有發(fā)生。

當(dāng)前絕大多數(shù)汽車前大燈遠(yuǎn)近燈光控制采用的是手動(dòng)控制方式，在行駛過程如遇會(huì)車司機(jī)要頻繁操作進(jìn)行遠(yuǎn)近光切換。我國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例要求機(jī)動(dòng)車夜間會(huì)車須距對(duì)面來車150 m外互閉遠(yuǎn)光燈，改用近光燈。但很多駕駛員夜間行車時(shí)開啟遠(yuǎn)光燈，遇到會(huì)車時(shí)，不執(zhí)行交通法規(guī)要求的關(guān)閉遠(yuǎn)光、開啟近光的規(guī)定，對(duì)方車輛駕駛員進(jìn)行遠(yuǎn)近光交互閃爍提醒時(shí)，也大多視而不見，而且目前這種交通違法行為很難監(jiān)管，完全靠駕駛員自覺。究其原因，一方面與駕駛員的道德素質(zhì)有關(guān)；另一方面，部分駕駛員認(rèn)為，頻繁的變光操作使得駕駛過程中增加負(fù)擔(dān)，另外在進(jìn)行切換近光時(shí)有可能引起方向不穩(wěn)造成交通隱患。

近來各地交警部門紛紛針對(duì)亂開遠(yuǎn)光燈的行為對(duì)駕駛員進(jìn)行教育，深圳交警最先開始對(duì)亂開遠(yuǎn)光燈的行為進(jìn)行處罰。其對(duì)于不正確使用遠(yuǎn)光燈的行為進(jìn)行了“體驗(yàn)式”懲罰，一晚處罰932人。對(duì)于駕駛員行車過程中應(yīng)使用近光燈卻開啟遠(yuǎn)光燈的行為的懲罰是，要求駕駛員靠邊停車，然后坐在“遠(yuǎn)光燈體驗(yàn)專用椅”，看遠(yuǎn)光燈一分鐘，同時(shí)按照《深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)道路交通安全違法行為處罰條例》和《機(jī)動(dòng)車駕駛證申領(lǐng)和使用規(guī)定》，對(duì)于不正確使用遠(yuǎn)光燈的司機(jī)處以罰款300元、記1分的處罰。

由此可見，合理使用遠(yuǎn)近燈光，不但是行車安全的保障，也是駕駛員文明的表現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)一套汽車前大燈遠(yuǎn)近燈光強(qiáng)制切換系統(tǒng)，要求會(huì)車時(shí)自動(dòng)切換成近光，會(huì)車結(jié)束后再切換成遠(yuǎn)光，保證夜間行車安全具有重要的意義。

1 設(shè)計(jì)思路

前大燈遠(yuǎn)/近光切換電路應(yīng)能保證在設(shè)定的距離內(nèi)只要對(duì)向有人或車遠(yuǎn)光要一直關(guān)閉，同時(shí)開啟近光模式。為此，采用光照強(qiáng)度傳感器及激光測(cè)距傳感器來檢測(cè)距離和光強(qiáng)度。將光照強(qiáng)度傳感器的光強(qiáng)值設(shè)定在50 lx，光照強(qiáng)度傳感器檢測(cè)到光照強(qiáng)度≥50 lx，關(guān)閉遠(yuǎn)光，開啟近光；將激光測(cè)距傳感器的范圍設(shè)定在0～150 m，在此距離內(nèi)，測(cè)距系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)關(guān)閉遠(yuǎn)燈，接通近燈，超出0～150 m的范圍，即對(duì)向來車距離超過150 m，或者會(huì)車結(jié)束，測(cè)距系統(tǒng)電信號(hào)消失，關(guān)閉近燈，接通遠(yuǎn)燈。兩者滿足其一即執(zhí)行關(guān)遠(yuǎn)光開近光的操作。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)近強(qiáng)制切換控制系統(tǒng)組成圖

光照強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱照度。

照度表示物體表面積被照明程度的量。一個(gè)被光線照射的表面上的照度(illumination/illuminance)定義為照射在單位面積上的光通量。設(shè)面元dS上的光通量為d，則此面元上的照度E為：E=d/dS。照度的單位為lx(勒克斯)，也有用lux的，1 lx=1 lm/m2。

2 控制方法

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近燈光自動(dòng)切換功能，由光線強(qiáng)度傳感器、激光測(cè)距傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)、CAN收發(fā)器、切換開關(guān)組成。

本系統(tǒng)通過光照強(qiáng)度傳感器，采集到對(duì)向車輛燈光照射過來的光線強(qiáng)度，光強(qiáng)大于一定值(50 lx)，通過激光測(cè)距傳感器，分析可以間接估算對(duì)向車輛與本車之間的距離，到距離小于設(shè)定值(150 m)，已經(jīng)影響到駕駛員安全時(shí)，本系統(tǒng)通過發(fā)送CAN數(shù)據(jù)幀到汽車的CAN網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)車輛燈光控制單元接收到該關(guān)閉遠(yuǎn)光燈開啟近光燈的CAN數(shù)據(jù)指令，則執(zhí)行關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，開啟近光燈的動(dòng)作，完成遠(yuǎn)近燈光的切換。

光敏檢測(cè)模塊檢測(cè)主要由光線強(qiáng)度傳感器、單片機(jī)STM32F103VET6等組成。夜間行車時(shí)，如果對(duì)向有車輛靠近，光線強(qiáng)度傳感器接收的對(duì)向車輛光信號(hào)有變化，該模塊利用光線強(qiáng)度傳感器光敏電阻的特性感應(yīng)環(huán)境中的光線變化，入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。當(dāng)電阻值變化時(shí)，光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，光敏檢測(cè)模塊即進(jìn)行光信號(hào)處理并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送往單片機(jī)。

光線強(qiáng)度傳感器由光感元件、放大器、濾波電路構(gòu)成，光線強(qiáng)度傳感器主要采集車輛前方直射過來的光線的發(fā)光強(qiáng)度(發(fā)光強(qiáng)度的衡量單位為照度單位)，并把光線的發(fā)光強(qiáng)度信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。

激光測(cè)距模塊主要部件為激光測(cè)距傳感器和單片機(jī)STM32F103VET6。激光測(cè)距傳感器發(fā)射的激光具有高方向性、高單色性和高功率等優(yōu)點(diǎn)，這些對(duì)于測(cè)遠(yuǎn)距離、判定目標(biāo)方位、提高接收系統(tǒng)的信噪比、保證測(cè)量精度等都是很關(guān)鍵的。激光測(cè)距傳感器中激光發(fā)射管發(fā)射的激光碰到對(duì)向或同向車輛后發(fā)生反射，部分反射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，它的原理與無(wú)線電雷達(dá)相同，將激光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射出去后，測(cè)量它的往返時(shí)間，并被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的高低電平輸出到單片機(jī)STM32F103VET6進(jìn)行處理，即可測(cè)定目標(biāo)距離。

單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部件，當(dāng)車輛在夜間行駛時(shí)，單片機(jī)分析由光線強(qiáng)度傳感器傳輸過來的光線強(qiáng)度信息，由于光線強(qiáng)度傳感器安裝在車內(nèi)后視鏡上方，因此光線強(qiáng)度傳感器采集的是車輛前方的光線強(qiáng)度信息。單片機(jī)系統(tǒng)通過分析該光線強(qiáng)度強(qiáng)弱，就可以判斷前方是否有車輛即將會(huì)車，如果有即將會(huì)車情況，單片機(jī)將發(fā)送CAN協(xié)議下的關(guān)閉遠(yuǎn)光燈的指令，本指令完全按照原車的指令格式編寫，該指令經(jīng)過CAN收發(fā)器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后傳送到汽車的車載網(wǎng)絡(luò)中，該車的車身燈光控制單元接收到控制指令后關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，實(shí)現(xiàn)夜間會(huì)車能夠自動(dòng)關(guān)閉遠(yuǎn)光燈的目的。當(dāng)單片機(jī)從光線強(qiáng)度傳感器采集的車輛前方的光線強(qiáng)度變?nèi)鹾?，可以判斷?huì)車已經(jīng)結(jié)束，因此再通過CAN收發(fā)器把開遠(yuǎn)燈的指令傳送到CAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開遠(yuǎn)燈的目的。

CAN收發(fā)器是一個(gè)連接單片機(jī)系統(tǒng)和車載CAN網(wǎng)絡(luò)的橋梁，負(fù)責(zé)把單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制指令信號(hào)傳輸?shù)狡囀孢m系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)中，從而實(shí)現(xiàn)控制汽車遠(yuǎn)近燈光切換的目的。

切換開關(guān)主要是進(jìn)行功能的切換和參數(shù)的設(shè)置。

3 創(chuàng)新之處

(1)無(wú)需對(duì)車輛原有線路及車輛原有部件進(jìn)行改裝，即可實(shí)現(xiàn)加裝本系統(tǒng)。

本系統(tǒng)由單片機(jī)、CAN收發(fā)器、晶振電路、電源電路、光照強(qiáng)度傳感器和激光測(cè)距傳感器組成，控制系統(tǒng)經(jīng)過車載OBD診斷接頭連接到車身舒適控制系統(tǒng)，光照強(qiáng)度傳感器和激光測(cè)距傳感器安裝在車內(nèi)后視鏡處，用夾子固定即可，因此無(wú)需對(duì)車輛原有線路及車輛原有部件進(jìn)行改裝。具體位置如圖2、圖3所示。圖2為系統(tǒng)與車輛連接位置，圖3為傳感器在車上的安裝位置。

(2)增加一個(gè)激光測(cè)距傳感器，提高遠(yuǎn)近光強(qiáng)制切換系統(tǒng)控制準(zhǔn)確性。

圖2 系統(tǒng)與車輛連接位置示意圖

圖3 傳感器在車上的安裝位置示意圖

研發(fā)一套遠(yuǎn)近光強(qiáng)制切換系統(tǒng)用于解決目前市場(chǎng)上多數(shù)民用車未配備夜間會(huì)車遠(yuǎn)近光自動(dòng)切換的問題；同時(shí)為提高系統(tǒng)可靠性，在目前僅在采用光敏傳感器采光收集信號(hào)的模式上增加一個(gè)激光測(cè)距傳感器共同檢測(cè)。

針對(duì)目前市場(chǎng)上研發(fā)的汽車遠(yuǎn)近燈強(qiáng)制切換系統(tǒng)，多數(shù)使用光敏電阻檢測(cè)光線變化。但是光敏電阻接收光線信號(hào)存在一定的局限性：①如果在有路燈的道路上行駛，光敏電阻也會(huì)接收路燈的光線，受到干擾，容易造成誤判；②如果對(duì)向車輛沒有開燈或者燈光亮度低于正常值，則檢測(cè)不到光信號(hào)或者檢測(cè)率下降，造成準(zhǔn)確率下降；③光敏電阻傳感器初衷是檢測(cè)對(duì)向來車燈光開啟、車燈亮度正常且遠(yuǎn)光燈開啟都成立的狀態(tài)，如對(duì)向?yàn)樾腥?、非機(jī)動(dòng)車以及摩托車等其他對(duì)象時(shí)，光敏電阻傳感器則無(wú)法發(fā)揮作用，在對(duì)道路交通事故的調(diào)查分析中得知，這部分群體也是夜間交通事故產(chǎn)生的原因。

因此增加一個(gè)激光傳感器檢測(cè)物體，彌補(bǔ)光敏電阻的不足，采用光線強(qiáng)度傳感器和激光測(cè)距傳感器共同檢測(cè)，判斷對(duì)向光線強(qiáng)度和障礙物與本車的距離，兩種情況一起檢測(cè)可有效提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，提高系統(tǒng)可靠性。遠(yuǎn)近燈光強(qiáng)制切換系統(tǒng)控制程序流程圖如圖4所示：

圖4 遠(yuǎn)近燈光強(qiáng)制切換系統(tǒng)控制程序流程圖

距離(m)光照強(qiáng)度(lx)遠(yuǎn)近燈光開啟情況≥150<6遠(yuǎn)光燈開<150≥6近光燈開

光線強(qiáng)度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度是否≥6 lx，如果超過則執(zhí)行關(guān)遠(yuǎn)光開近光指令，如果低于該數(shù)值則繼續(xù)檢測(cè)與障礙物的距離是否<150 m，如果低于則執(zhí)行關(guān)遠(yuǎn)光開近光指令，如表1所示，兩者條件滿足其一，均必須向執(zhí)行器發(fā)送關(guān)閉遠(yuǎn)光燈、開啟近光燈的指令，切換開關(guān)立即進(jìn)行相應(yīng)操作。如果兩者條件均不滿足，則保持遠(yuǎn)光燈開啟模式。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的車輛遠(yuǎn)近燈光強(qiáng)制切換系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料成本較低，對(duì)車輛無(wú)需進(jìn)行鉆孔安裝零件，也無(wú)需對(duì)車輛原有線路進(jìn)行改動(dòng)，確保了車輛的安全。系統(tǒng)控制車輛燈光控制系統(tǒng)通過車載OBD診斷接頭進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的情況進(jìn)行遠(yuǎn)近燈光的自動(dòng)切換。經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論，響應(yīng)較快，準(zhǔn)確率較高，但是道路轉(zhuǎn)彎角度>35°時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定的誤判率，激光測(cè)距傳感器會(huì)對(duì)道路外的路標(biāo)或樹木進(jìn)行檢測(cè)，執(zhí)行近光的切換，因此后續(xù)的研究中，應(yīng)該針對(duì)這一情況進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，解決這一問題。

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