汽車前照燈自適應控制系統設計

王文建+王鑫惠+金粵飛+黃志濤

摘 要：本文設計了汽車前照燈自適應控制系統，該系統根據車輛行駛狀態、速度變化以及天氣環境等因素，自動控制前照燈進行實時動態的光照調節，實現前照燈自適應照明，從而提供最佳道路照明效果，保障行車安全。汽車前照燈自適應照明系統是利用傳感器，根據道路的狀況、時段以及天氣變化等因素，對車輛行駛中的任何變化，自動做出反應，進行自動調節，并采取有效措施，確保行車安全，控制系統從車內的電子系統和傳感器獲得信息，由傳感器來辨識各種照明狀況。根據傳感器傳過來的信息可以對各種駕駛情況進行反饋從而實現多種照明分布。

關鍵詞：汽車前照燈；自適應控制系統；自適應照明；亮度感應調節

引言

隨著汽車電子技術的發展，人們對汽車的安全、舒適和人性化要求越來越高，而傳統的前照燈系統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、照明有炫光等問題，嚴重影響了行車的安全。隨著汽車的安全技術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，當駕駛者在夜間彎道行駛時，普通前照燈無法改變、調節照明角度的方向，常常會在彎道內側出現盲區，駕駛者的視線被限制在大燈光束照射的直線范圍內，這對于夜間彎道行駛非常危險，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對于行車安全是至關重要的，前照燈的發光強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。在此基礎上，設計安全的照明系統是有必要的，相對于傳統的前照燈系統更能適應道路的實際情況，運行成本低，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致的交通事故，極大滿足了人們對行車安全駕駛和舒適性的要求，隨著汽車工業的發展，其功能將會越來越完善，影響也將會越來越深遠，具有重要的現實意義。

1 系統原理

汽車前照燈亮度感應調節及遠近光燈自動切換系統可在車燈開啟的情況下根據外界光線影響自動切換遠近光，在車輛行駛過程中，駕駛者不再需要人為干預車輛燈光，自動切換遠近光也不會對會車車輛駕駛員的視野造成影響，并且在遠近光確定的情況下根據外界光線影響自動調節燈光亮度。

根據道路環境狀況和車輛行駛狀態的變化而自動進行燈光調整的前照燈智能控制系統，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，降低交通事故的發生率。汽車前照燈系統通過綜合利用各種傳感器技術，采集路面上的各種信息，以便感知駕駛員操作。根據車輛行駛狀態、速度變化以及天氣環境等因素，自動控制前照燈進行實時動態的光照調節，實現前照燈自適應照明，從而提供最佳道路照明效果，保障行車安全。汽車前照燈自適應照明系統是利用傳感器，根據道路的狀況、時段以及天氣變化等因素，對車輛行駛中的任何變化，自動做出反應，進行自動調節，并采取有效措施，確保行車安全，控制系統從車內的電子系統和傳感器獲得信息，由傳感器來辨識各種照明狀況。根據傳感器傳過來的信息可以對各種駕駛情況進行反饋從而實現多種照明分布。

2 主電路設計

3 線性二自由度汽車模型

汽車在水平路面上等速行駛時的操縱穩定性主要是通過轉向盤角輸入或力輸人的響應來研究，作為剛體它具有6個自由度。為了獲得滿意的計算精度，通常利用4、5個自由度非線性數學模型來模擬，即橫擺角速度、質心的側偏角、車身側傾角、前輪轉角和轉向盤轉角為自由度，并考慮輪胎側偏的非線性特性。但是這樣的模擬計算特別復雜，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心側偏角的二自由度模型。對汽車模型做如下假設：第一、汽車只做平行于地面的平面運動，無垂直方向運動，也無俯仰和側傾運動。第二、忽略懸架作用及轉向系影響，直接以前輪轉角作為輸入。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 軸方向做等速運動，不考慮地面切向力和空氣阻力作用。這樣實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 兩相混合式步進電機模型

步進電機是一種將電脈沖信號轉換為相應角位移或線位移的執行器，可以直接實現數字控制。它的機械角位移與輸入的數字脈沖信號有著嚴格的對應關系：即一個脈沖信號可以使步進電動機前進一步，是一種比較理想的執行元件。

在AFS系統中，MCU將采集到的車速信號、方向盤轉角信號和位置傳感器信號通過一定的公式計算，將計算出的角度通過A/D轉換，轉換成脈沖信號，然后通過總線傳送到步進電機驅動執行單元，通過驅動執行單元將左右兩個彎道照明步進電機轉動至相應位置，以適應彎道照明，可見建立步進電機模型為AFS仿真奠定基礎。

5 參數設計

當輸出電流較大時，轉換器工作在連續傳導模式，即電感電流連續，不會降至0。電感的取值會影響到電感電流的紋波，兩者之間的關系由下式確定。

結束語

該系統能夠根據不同的行車環境自動調整前照燈的角度和強度，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，這對現階段的汽車車燈智能控制系統的研究具有一定的參考價值。設計的汽車前照燈自適應照明系統能夠商品化，相對于傳統的前照燈系統更能適應道路的實際情況，運行成本低，并能夠顯著提高駕駛者夜間行車的安全性和舒適性，具有重要的現實意義，項目的研究會產生不同程度的經濟效益和社會效益。

隨著汽車擁有量的增多，駕駛員不正確使用燈光或者長時間使用遠光燈，會車時也不按規定轉換燈光，導致道路違法行為頻發所引發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近光燈；或者駕駛員的安全意識淡薄。而遠光燈的光柱位置較高，與前車或對面來車的視線基本平齊，夜間行使時遇遠光燈刺激，直接影響對面駕駛員的視線，造成短時視覺盲區，即造成眩光，極易引發交通事故。所設計的汽車前照燈自適應照明系統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致的交通事故。

參考文獻

[1]張昌錢，李宏建，徐仁伯.一種基于APFC的大功率LED驅動電路的研究[J].宇航計測技術，2013（4）：45-49.

[2]白晨光，楊茜，劉宗昂.有源功率因數校正技術在AC/DC恒流源中的應用[J].信息技術，2010（8）：204-206.

[3]孟凡菲.一種功率因數校正電路的研究與設計[D].沈陽工業大學，2013.

[4]段建華.照明用大功率LED恒流驅動技術研究[D].哈爾濱工業大學，2010.

[5]方宇.高功率因數可逆PWM變換器及其數字控制研究[D].南京航空航天大學，2008.

[6]楊倩.單級功率因數校正AC/DC變換器的研究[D].貴州大學，2008.

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