汽车智能LED前照灯照明系统控制设计

汽车智能LED前照灯照明系统控制设计孟昭军;李月;周振超；朱海【摘要】自适应前照灯系统(AFS)是一种新型的、智能化的调整前照灯位置，该系统分为两个子系统:水平方向上前照灯偏转控制和垂直方向上对前照灯偏转控制系统.在水平方向上，系统实现近光灯的左顾右盼，即车辆在弯道中行驶时车灯随弯道转向.而在垂直方向，系统完成车灯的上下调整，即车辆在上坡或者下坡时选择对远近光的调节.汽车自适应前照灯控制系统(AFS)极大改善了汽车照明问题，对于汽车的安全驾驶有很大意义.【期刊名称】《辽宁科技学院学报》【年(卷)，期】2014(016)004【总页数】3页(P1-3)【关键词】汽车AFS;LED前照灯;控制设计【作者】孟昭军;李月;周振超;朱海【作者单位】辽宁科技学院电气与信息工程学院，辽宁本溪117004;辽宁科技学院电气与信息工程学院，辽宁本溪117004;辽宁科技学院电气与信息工程学院，辽宁本溪117004;辽宁科技学院电气与信息工程学院，辽宁本溪117004【正文语种】中文【中图分类】U463随着汽车技术的迅速发展，人们对前照灯的要求越来越高。现代汽车车灯实现了整体车型美、行驶安全、可靠性和智能化。传统的汽车前照灯在夜间转弯时存在照明盲区〔1-5〕。当夜间汽车在弯道上行驶，由于传统的前照灯无法及时调节照明角度，常常会在弯道内侧出现〃盲区”，极大地威胁了驾驶员夜间的安全驾车〔6-10〕。汽车前照灯智能照明系统，就是通过采集方向盘转动的角度信号、扭矩信号、车速信号，对大灯进行动态调节，从而调整了两侧前照灯的照射范围，尽可能为驾驶员提供足够有效的照明，这就弥补了传统前照灯的缺陷，为安全驾驶提高了强有力的保障。1系统总体方案设计汽车前照灯智能控制系统的总体框架主要包括:传感器、信号调理电路、AFS控制器、CAN总线，驱动电路和直流电机等。图1系统的总体框架结构系统的整体控制方案如图1所示。各类传感器通过调理电路将信号发送到CAN总线，AFS从CAN总线中采集到传感器发送的信号并根据这些信号判断汽车的当前行驶状况，并发送对应的信号控制驱动电路驱动直流电机对车灯进行相应的调整，以实现系统功能。2车灯调整原理系统利用车速传感器来检测汽车行驶的车速来进行对前照灯的上下方向的调整，同时利用方向盘转角传感器和车速传感器共同对前照灯进行左右方向的相应调整。控制过程:当车辆转弯时，随着方向盘的转动，控制系统检测转角的大小以及转弯时的车速，综合判定前照灯需要转动的角度。然后控制相应电机使前照灯向转弯方向转动，以尽可能的照亮转角处的面积，保证驾驶人的视觉清晰。转弯时如图2所示。当汽车后座有人乘坐、后备箱放置重物或车辆加减速时，前照灯的照射角度会上下改变。为了使前照灯保持在正确的高度，以避免对来车或前车造成眩光，同时又确保驾驶者有适当的照明视野，控制系统根据车速和车轴距地面高度的变化量，经相应的算法给出一个照射角度，然后控制前照灯的电机上下转动以使车辆前照灯的照射方向和角度合适，以控制照射距离，保证有效的刹车距离内的照明。图2汽车转弯时转角示意图3系统硬件设计3.1传感器车速传感器这里选用霍尔式车速传感器，用于测量变速器输出轴的转速。车身高度检测传感器这里选用光电式车身高度传感器，检测汽车前后身高的位移变化。即检测地面的平整程度。方向盘转角传感器选择绝对式光电转角传感器，检测方向盘的转角位置信息；光敏传感器光敏传感器检测夕卜界光照强度信息。3.2传感器CAN总线节点设计CAN（ControllerAreaNetwork，控制局域网）属于工业现场总线，是德国Bosch公司20世纪80年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。本系统的传感器节点硬件设计模块采用AT89C51单片机作为处理核心，采用SJA1000作为CAN总线控制器，PCA82C250作为CAN总线收发器。AT89C51单片机是ATMEL公司生产的低功耗、高性能8位单片机，与51系列单片机的指令集完全兼容。对传感器输出的开关信号的采集利用AT89C51的P1口。CAN总线的通信协议主要是通过CAN控制器来完成，由PHILIPS公司生产的SJA1000芯片是应用于汽车和一般工业环境的独立的CAN总线控制器，其集成CAN通信协议所要求的全部功能，只需要简单的总线连接即可完成CAN总线物理层和数据链路层的全部功能。CAN总线接口原理框图如图3所示。SJA1000的地址/数据复用总线同AT89C51的P0口相连，MODE弓|脚接高电平时选择Intel模式，AT89C51的时钟信号由CLKOUT提供。为了提高总线的驱动能力，在SJA1000与CAN总线之间加PCA82C250总线驱动芯片，82C250是SJA1000与物理总线间的接口。对传感器输出的模拟信号的采样用ADC0832。ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片；最高分辨可达256级;逐次逼近型，基准电压为5V;5V单电源供电;输入模拟信号电压范围为0~5V;输入和输出电平与TTL和CMOS兼容;在250KHZ时钟频率时，转换时间为32us;具有两个可供选择的模拟输入通道;功耗低，15mW。性能价格比较高，适宜在袖珍式的智能仪器仪表中使用。3.3AFS控制器本系统采用PHILIPS半导体公司的P87C591单片机。P87C591单片机是一个单片8位高性能微控制器，具有片内CAN控制器，由80C51单片机派生而来。它采用了强大的80C51指令集并成功地包含了PHILIPS半导体SJA1000CAN控制其强大的PeliCAN功能。其主要参数如下:基于8051全兼容CMOS控制器，片内CAN(SJA1000),10位ADC,WDT,32条I/O引脚，3个定时/计数器，15个中断源，4个优先级，I2C总线，16KBEPROM，片内RAM,256Byte附加的AUXRAM。图3CAN总线接口原理图3.4驱动电路本设计选用L298N作为电机驱动模块。L298N为SGS-THOMSONMicroelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片(DualFull-Bridge?Driver),L298N内部集成有两个桥式电路的电机驱动专用芯片，可以用来驱动直流电动机和步进电动机等感性负载。L298N可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接两个电机，引脚SENSA和SENSB接地，IN1，IN2，IN3，IN4脚接输入控制电位来控制电机的正反转。L298N功能逻辑如表3.1所示。表3.1L298N的逻辑真值表ENAIN1IN2运转状态10正传101反转0XX快速停止011停止000停止图4电机驱动电路图5程序流程图电机驱动电路如图4所示。由于电机具有较大的感性，电流不能突变，若突然将电流切断，将在功率管两端产生很高的电压，易损坏功L298N芯片。因此我们在此电路中应用的是二极管来续流。利用二极管的单向导通性，当直流电机A正转时，若突然掉电，D1、D4导通，D2、D3截止;当电机反转时，突然掉电D2、D3导通，D1、D4截止。直流电机B原理同A。4软件设计本文的软件采用模块化的设计思想，按照功能分为不同的程序模块，各模块间相对独立，以完成特定的功能。前照灯水平转动模块、前照灯上下转动模块，这2个模块是智能前照灯系统根据不同的行驶环境来控制前照灯的照射方向和开关状态以辅助驾驶者完成驾驶任务，其主程序流程图如下图5所示。结论本文主要研究了汽车智能LED前照灯照明系统硬件结构的设计，模拟的是硬件结构的设计对汽车智能LED前照灯的控制。在模拟实验过程中，通过调节两个电位计值的大小，使两台直流电机发生正反转。通过模拟汽车在行驶时的变化验证了系统的可行性和所要达到的期望效果。该系统具有四个主要功能，可以根据不同的行车环境自动调整前照灯的角度和强度，从而不仅提高了汽车夜间驾驶的安全性，也提高了光源的利用率。参考文献【相关文献】〔1〕房旭，姚勇，刘军，等.智能汽车前照灯系统研究〔J〕.汽车技术.2004(5):42-43.〔2〕雷雨海.前照灯智能化控制〔J〕.交通科技与技术,2004(5):42-43.〔3〕李新良，迟永斌.汽车AFS头灯随动转向规律研究〔J〕.汽车技术，2011(08):36-39.⑷陈建林，吴青等.汽车AFS系统车灯转角动态模型研究〔J〕.汽车技术，2010:45-47.〔5〕戎辉，龚进峰.AFS系统关键技术研究〔J〕.汽车电器，2008(5):15-18.〔6〕李详兵.汽车自适应前大灯系统仿真实验平台研究〔D〕.武汉理工大学,2010.〔7〕卫修明，张晓玲.随动转向汽车前大灯定位