基于角度传感器感知的静态智能随动前照灯系统设计-第1篇

1、 基于角度传感器感知的静态智能随动前照灯系统设计 马晓晨 张志威 李晓艳 王典摘 要：对随动转向照明系统（AFS）的概况、系统组成和静态智能前照灯系统进行了分析，在此基础上提出了一种基于角度传感器感知的静态智能随动前照灯系统。该系统综合了低成本和高质量的优势，运用汽车总线技术，挂接传感器模块，采集方向盘转角信息作为AFS 系统的输入，智能控制头灯里面的具有特殊角度的小灯泡来实现灯光补偿，并对系统软硬件设计进行了阐述。Key：AFS系统；角度传感器；随动补偿1 AFS概况随动转向照明系统，亦称为自适应前照灯系统（adaptive front-lighting system，AFS），智能前照灯照

2、明系统（advanced front- lightingsystems）1，是当今社会中高端轿车中配备的车辆安全辅助驾驶系统，该系统能够根据不同的夜间行驶情况，如方向盘转角、行驶速度、车辆偏转率等因素对大灯进行动态调节，以适应当前的转向角，从而实现灯光方向与汽车当前行驶方向一致，消除视觉盲区，增强驾驶员在不利环境下对环境的感知能力，辅助驾驶人员安全行车。2 AFS系统的组成辅助照明系统AFS系统主要由传感器组件、电控单元（亦称为大灯照程调节控制单元）、执行器（动态灯光调节电机等）三大部分组成。（1）传感器组件：AFS用到的传感器主要由方向盘转角传感器、车身倾斜传感器、车速传感器、光敏传感器等等

3、。（2）电控单元：AFS系统的控制芯片亦称为大灯照程调节控制单元，可分为执行算法的主芯片和执行控制动作的副芯片，主芯片接收来自车载总线中传递过来的信号，诸如方向盘转角、车速、车身倾角等等，经过算法处理判断、传递执行命令至副芯片，副芯片执行命令控制执行元件如灯光调节电机等等元件做出反应动作。（3）执行器：AFS系统的执行器包括灯具总成和相应的动静态执行元件。灯具总成包括一个近光/远光随动转向前照灯以及侧向灯光补偿前照灯，动静态执行元件包括用于控制水平方向和垂直方向调节的点击电子卡以及电子镇流器等。3 静态智能前照灯系统静态智能前照灯系统又称为辅助照明系统，与随动转向的水平和垂直方向的动态调整不同

4、，静态智能前照灯系统并非利用灯具转动来实现灯光补偿，而是通过在前照灯侧向安装几个不同倾角的侧向补偿灯具，在方向盘转动到特定的角度范围来激活侧向补偿灯具的开启，从而实现侧向灯光来补偿转弯过程中存在的视觉盲区，因此，辅助照明系统主要是通过多个灯泡实现不同角度近光灯照明功能1。辅助照明对AFS 起到了补充作用，对于辅助照明系统来说，其最大的优势就是低成本，不需要太復杂的技术。4 基于角度传感器感知的静态智能随动前照灯系统设计4.1 基于角度传感器感知的静态智能随动前照灯系统设计的优势基于角度传感器感知的静态智能随动前照灯系统设计是在CAN/LIN车载总线的基础上进行的，包括系统硬件和软件两方面。基于

5、角度传感器感知的优点在于，利用角度传感器进行方向盘转角的模拟量测量，在汽车转向的过程中实时将所测得的角度模拟量传递给控制模块，控制模块中的处理器对数据进行模数转换，并利用算法控制侧向小灯的亮与灭，从而在转向的过程实现侧向随动灯具的亮灭来实现灯光的补偿，进而消除夜间行车过程中存在的视觉盲区，相比于随动转向的水平和垂直方向的动态调整而实现的灯具偏转来实现灯光补偿而言，静态智能随动前照灯系统具有更低的成本，只需要在车载总线中挂接一套角度传感器模块作为输入元件和一套具有一定偏角的补偿灯具作为执行元件即可实现灯光补偿。同时静态智能随动前照灯系统亦能高质量的保证灯光补偿的效果，静态智能随动前照灯系统在主前

6、照灯的侧向安装有多盏角度不同的补偿灯具来实现在不同转弯情况下的灯光补偿。由于在夜间行车过程中，视觉盲区的大小与汽车转弯半径成负相关关系，即转弯半径越大，即转弯越平缓时视觉盲区越小，在这种情况下汽车方向盘的转角较小，通过算法处理控制侧向小灯亮的盏数少即可满足光线的补偿；转弯半径越小，即转弯越急时，视觉盲区越大，在这种情况下汽车方向盘的转角越大，通过算法处理控制侧向灯具亮的盏数多才可满足光线的补偿。4.2 汽车前照灯随动转向模型的计算与确立汽车前照灯随动转向模型的确立通常情况下考虑两点因素，一为转弯道路的曲率；二为转弯过程中车辆的行驶车速、曲率大小与盲区大小成正相关关系，曲率较小的情况下照明范围可

7、以覆盖盲区，可以不进行随动转向，而当曲率较大的情况下，盲区的范围会增加，此时需要随动转向来进行灯光补偿；速度与随动转向角度成负相关关系，汽车车速越高，随动装向角度越小，反之则越大。故而汽车前照灯随动转向模型主要有2自由度、4自由度、7自由度三种自由度情况，其中2自由度忽略转向系统的影响，以前轮转角作为输入，忽略悬架的作用，认为汽车车厢只作平行于地面的平面运动，4自由度考虑方向盘转角、车身侧倾角、质心侧偏角、以及航向角，7自由度在4自由度的基础上还考虑了悬架和车身转动惯量等的影响，对于普通情况下，2自由度基本可以满足基本的精度要求，故文章设计的系统以2自由度为主，忽略转向系统的影响，认为汽车做平

8、行于地面的平面运动，采集方向盘转角作为系统的输入。4.3 硬件设计角度传感器选择ADXL345传感器，ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高（13位），测量范围达 16g，可通过SPI（3线或4线）或I2C数字接口访问；ADXL345测量方向盘转角，通过总线传递到AFS 控制模块，对于CAN 总线使用总线拓补结构，通过对数据算法处理来实现对前照灯侧向灯具的控制3。4.4 软件设计软件设计主要是指系统的控制策略，通常情况下，采取模块化编程的方法，将整个系统软件按照一定的规则和功能分解为单独的模块进行设计。图1为控制算法中主要模块的代码及解释。（见图1所示）5 结束语对AFS 的发展概况做了介绍，通过对AFS的结构和系统组成的分析，提出了一种新的基于角度传感器感知的静态智能随动前照灯系统，对硬件构成、软件执行和随动转向模型做了分析，由于加入了对方向盘角度参数的计算，具有更加智能、安全性更高的特点。Reference1于晓良.汽车自适应照明控制系统的研究D.大连理工大学，2009.2黄仁忠.汽车自适应照明系统开发D.大连理工大学，2008.3郑志军.带CAN总线的汽车智能前照灯系统设计D.上海交通大学，2007.科技创新与应用2016年7期科技创新与应用的其它文章印