基于微傳感器的智能車燈調(diào)節(jié)系統(tǒng)（AFS）

王凡

摘 要 針對(duì)目前汽車前照大燈機(jī)械式的調(diào)光系統(tǒng)，AFS（adaptive Front—lighting System）提供了一種基于微米傳感器的智能汽車前照燈調(diào)節(jié)系統(tǒng)，核心器件為多個(gè)微米傳感器和兩組調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)。傳感器包括采集光強(qiáng)信息的CMOS光電傳感器、采集轉(zhuǎn)彎角度的轉(zhuǎn)彎傳感器、測(cè)量車輛上下坡角度的微陀螺儀和微速度計(jì)。安裝在左、右車燈上的調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)可控制大燈在水平和垂直兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)?；诖?，AFS可根據(jù)汽車行車環(huán)境及狀態(tài)的即時(shí)調(diào)整車燈作用范圍和光照強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)了車燈調(diào)節(jié)的智能化，大大降低了夜間行車的安全隱患。

關(guān)鍵詞 AFS微傳感器

中圖分類號(hào)：TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.07.068

Adaptive Front-lighting System （AFS） Based on Micro-sensors

WANG Fan

（School of Astronautics， Northwestern Polytechnical University， Xi'an， Shaanxi 710072）

Abstract Aiming at the former car headlamps mechanical dimming system， AFS （adaptive Front-lighting System） provides a sensor-based smart car headlights micron conditioning system， the core device for multiple micron sensors and two-step adjustment into the motor. Light intensity sensor includes collecting information CMOS optical sensor， turning angle of turn sensor capture， measure the angle of the vehicle downhill micro gyro and micro speedometer. Adjust the stepper motor is mounted on the left and right headlight headlight movement can be controlled in both horizontal and vertical. Based on this， AFS can instantly adjust the light intensity headlights scope and adjust the lights to achieve the intelligent car driving environment and according to the state， greatly reducing the security risks of driving at night.

Key words AFS; micro-sensors

0 引言

汽車行駛安全是當(dāng)今世界研究的一大主題，而夜間行車照明不佳是導(dǎo)致交通高事故率的重要原因。根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，夜間行車發(fā)生重大事故次數(shù)的比例約為白天的1.5倍，60%的事故發(fā)生在照明不佳的彎道處。汽車大燈作為一個(gè)照明裝置，與夜間開車或在不同環(huán)境下的安全駕駛有著緊密的聯(lián)系。汽車車燈系統(tǒng)中，前組合燈最為復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)，前組合燈主要由遠(yuǎn)光、近光、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、位置燈等組成。其中遠(yuǎn)光和近光的配光是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前我國(guó)的汽車大燈普遍使用HID氣體放電燈，通常又叫氙氣燈。氙氣燈具備更遠(yuǎn)的照射距離，但如果兩輛車迎面行駛，而且距離比較近的時(shí)候，就容易造成對(duì)方炫目，視線不清，存在安全隱患。對(duì)于夜間行車經(jīng)驗(yàn)不足、對(duì)需要變換遠(yuǎn)近燈光的操作尚不熟練的司機(jī)，或者夜間路面情況復(fù)雜多變不易察覺，打遠(yuǎn)光燈雖然可以增加照明亮度和視線距離，但極可能釀成車禍。

另一方面，目前機(jī)械式汽車車燈調(diào)節(jié)系統(tǒng)只能提供固定的光照范圍而不能根據(jù)汽車的行車環(huán)境和狀態(tài)改變車燈的光照范圍和強(qiáng)度，具有很大的局限性。AFS可在原有車燈機(jī)械調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)車燈的智能調(diào)節(jié)，降低了目前由于汽車大燈固定的照射范圍和光照強(qiáng)度給汽車夜間行車帶來(lái)的安全隱患，使駕駛者獲得更好的觀測(cè)效果，避免視覺盲區(qū)。

1 系統(tǒng)組成

該裝置包括安裝在汽車上的信息采集單元，主控ECU和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.1 信息采集單元

信息采集單元由多個(gè)傳感器組成，其核心元件包含：采集光強(qiáng)信息的CMOS光電傳感器;采集轉(zhuǎn)彎角度的轉(zhuǎn)彎傳感器;測(cè)量車輛上下坡角度信息的微陀螺儀以及微速度計(jì)。信息采集單元的輸出端與主控ECU連接。

1.2 主控ECU

ECU作為信息處理和控制元件，由微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及整形、驅(qū)動(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。ECU從輸入接口接收信息采集單元傳送來(lái)的信息，微處理器對(duì)信息加以分析并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出控制命令，通過輸出接口將命令信號(hào)傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收ECU發(fā)出的命令并作出相應(yīng)的調(diào)整措施：其核心器件為兩組可以帶動(dòng)車燈運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)，分別安裝在車的左、右燈上，兩個(gè)電機(jī)分別控制車燈的水平方向的運(yùn)動(dòng)和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)控制車燈的作用范圍和光照強(qiáng)度。

附圖說(shuō)明：

圖 1

圖2

圖1表示本實(shí)用新型裝置智能調(diào)光系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)示意圖;圖2表示本實(shí)用新型裝置智能調(diào)光系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

2 工作原理

該設(shè)計(jì)是一個(gè)由信息采集系統(tǒng)（傳感器組）、主控ECU和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的系統(tǒng)。由于需要對(duì)多種車輛行駛狀態(tài)做出綜臺(tái)判斷，客觀上決定了這是一個(gè)多輸入多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)。

汽車的行車環(huán)境和狀態(tài)包括：周圍環(huán)境的光亮程度，汽車的轉(zhuǎn)彎角度、上下坡角度以及車速。汽車要獲取這些信息，需要依靠于各種傳感器。根據(jù)實(shí)際情況，在該設(shè)計(jì)中使用了采集光強(qiáng)信號(hào)的CMOS光電傳感器，采集上下坡信息的微陀螺儀，采集轉(zhuǎn)彎信息的轉(zhuǎn)彎傳感器以及采集速度信息的微速度計(jì)。信息的處理則依賴于“車載電腦”即主控ECU。而對(duì)于燈光調(diào)節(jié)的具體實(shí)現(xiàn)則是依賴于四個(gè)電動(dòng)機(jī)，分別控制水平、垂直方向車燈的調(diào)節(jié)。

2.1 傳感器組

CMOS光電傳感器的工作過程以照相機(jī)成像技術(shù)為基礎(chǔ)，具體工作過程如下：當(dāng)對(duì)面一定距離內(nèi)有車輛行駛過來(lái)時(shí)，CMOS可捕獲一定范圍內(nèi)光照最強(qiáng)點(diǎn)，最弱點(diǎn)，光強(qiáng)差和平均光強(qiáng)。捕獲到的光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號(hào)，傳送給主控ECU，ECU根據(jù)傳遞過來(lái)的電信號(hào)做出判斷調(diào)整燈光作用范圍和光照強(qiáng)度，避免由于車燈燈光過強(qiáng)而給對(duì)方車輛造成眩光。

采集轉(zhuǎn)彎角度的轉(zhuǎn)彎傳感器安裝在車輪上，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)彎傳感器通過測(cè)量車輪與車身之間的夾角確定轉(zhuǎn)彎角度并將數(shù)據(jù)傳送給ECU;微陀螺儀用來(lái)測(cè)量車輛上下坡的行車角度，微速度計(jì)則采集速度信息。主控ECU分析采集到的信息同時(shí)控制電機(jī)調(diào)整車燈作用范圍，降低因轉(zhuǎn)彎和上下坡造成的視野盲區(qū)而給行車帶來(lái)安全隱患。

根據(jù)不同的行車狀態(tài)，車燈的調(diào)節(jié)角度存在差異：前輪偏轉(zhuǎn)角小時(shí)，頭燈轉(zhuǎn)角要小;前輪偏轉(zhuǎn)角大時(shí)，頭燈轉(zhuǎn)角也要大。當(dāng)車速較高時(shí)，駕駛員相對(duì)注重遠(yuǎn)視距的路面情況，頭燈轉(zhuǎn)角相對(duì)大一些;車速較低時(shí)，駕駛員相對(duì)注重較近視距的路面情況，頭燈轉(zhuǎn)角相對(duì)小一點(diǎn)。具體參數(shù)如表1。

2.2 電動(dòng)機(jī)組

電動(dòng)機(jī)分為左右兩組，每組各有兩個(gè)內(nèi)置式調(diào)節(jié)式電動(dòng)機(jī)，分別為水平調(diào)節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和垂直調(diào)節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，分別安裝在前照燈的左、右燈上，控制左、右燈的水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)多采用小功率直線型調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)。

表1

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微納米技術(shù)逐漸走進(jìn)我們的生活，其體積小、造價(jià)便宜、使用方便等特點(diǎn)使得微納米元件具有很好的市場(chǎng)前景。微納米技術(shù)與智能技術(shù)的結(jié)合更是適應(yīng)了當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展。就目前的汽車市場(chǎng)來(lái)看，我國(guó)的智能車燈的發(fā)展才剛剛起步，擁有前照燈亮度感應(yīng)調(diào)節(jié)及遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)切換功能的車型較少，只限于配置要求較高的高檔轎車，我們的研究應(yīng)遵循低成本的宗旨，使得我們的研究成果可以適應(yīng)于廣泛的普通車型以便于廣泛的推廣。其次，我們?cè)诖搜芯砍晒幕A(chǔ)上仍然保留了汽車原有的機(jī)械式操作的功能，使得汽車的行車安全性更為可靠。

參考文獻(xiàn)

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