汽車自適應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)的仿真及控制研究-優(yōu)秀畢業(yè)論文.pdf

分類號(hào):u46 10710-09122084 碩 士 學(xué) 位 論 文 汽車自適應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)的仿真及控制研究 賈培峰 導(dǎo)師姓名職稱 王生昌 教授 張新鋒 講師 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 工學(xué)碩士 學(xué)科專業(yè)名稱 載運(yùn)工具運(yùn)用工程 論文提交日期 2012年5月10日 論文答辯日期 2012 年 5 月 31 日 學(xué)位授予單位 長(zhǎng)安大學(xué) the simulation and research on control of automobile adaptive front-light system a dissertation submitted for the degree of master candidate：jia peifeng supervisor：prof. wang shengchang tutor. zhang xinfeng changan university, xian, china i 摘 要 隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展，人們對(duì)行車安全有了更高、更迫切的要求，汽車安 全的智能化逐漸受到世界各國(guó)汽車制造商的廣泛關(guān)注，并為此投入大量精力。為了提高 夜間行車的安全性，針對(duì)傳統(tǒng)汽車前照燈存在的照明不足，以及會(huì)車時(shí)給迎面行車駕駛 員帶來(lái)眩目等諸多問(wèn)題，圍繞汽車自適應(yīng)前照燈研究逐步被展開(kāi)，并受到了各界的高度 重視。 汽車自適應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛行駛狀況，以及所處的環(huán)境提供合理的照 明光束，為駕駛員提供最佳的視野范圍，減少交通事故的發(fā)生。論文主要研究了汽車夜 間行駛時(shí)的彎道照明、車身的俯仰照明，上坡時(shí)車燈的照明光束調(diào)整規(guī)律，以及汽車前 照燈智能化控制方面的內(nèi)容。 論文首先研究了汽車自適應(yīng)照明控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)， 根據(jù)前 照燈照明系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能要求， 以及目前的相關(guān)法律法規(guī)， 提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案， 對(duì)傳感器進(jìn)行了選擇； 然后依據(jù)車輛參數(shù)建立自適應(yīng)前照燈的水平偏轉(zhuǎn)以及俯仰調(diào)整的 數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用 labview 軟件對(duì)其進(jìn)行仿真分析，得到了車輛行駛參數(shù)與車燈偏轉(zhuǎn)角 的定量關(guān)系。 論文采用模糊控制理論詳細(xì)研究了汽車自適應(yīng)前照燈控制系統(tǒng)的控制策略。 對(duì)汽車 前照燈的水平偏轉(zhuǎn)以及俯仰高度調(diào)整采用了模糊控制策略， 并與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制策略 進(jìn)行了對(duì)比分析， 結(jié)果表明對(duì)汽車前照燈采用模糊控制策略能實(shí)現(xiàn)更有效的實(shí)時(shí)的控制 需求，控制的基理更符合人們對(duì)控制過(guò)程作用的直觀描述和思維邏輯。這一結(jié)論為以后 的進(jìn)一步深入研究汽車自適應(yīng)前照燈控制策略奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：汽車前照燈；智能照明；仿真分析；模糊控制 ii absract with the social progress and technological development, traffic safety has been higher and more urgent demands, therefore, the manufacturers of countries all over the world have con- centrated so much efforts on the intelligence research on automobile over the years. in order to improve the safety driving at night, based on the problems of traditional front-light system which is cant provide good lighting in time and bring dazzling to driver when the car passing . the research of automobile adaptive front-light system was the high valued. automobile adaptive front-light system can provides the reasonable lighting beams accord- ing to the vehicle status and its environment, it can provide a good the best view for the driver and prevent traffic accidents. this paper considers the adjustment of front-light when the veh- icle driving on the corner, meet slope and the car body pitch at night,as well as intelligent control aspects. this paper first study the current situation and development at home and abroad and the development trend of afs, according to the correlative legal basis and the function require- ment to puts forward the design of the whole system solutions and choice more important sensor which are used. then the paper set up the the mathematical model of horizontal deflection and the height adjustment of the adaptive front-light based on the vehicle parammeters, and with labview software to simulation analysis, the vehicle parameters and the lights deflection angle of the quantitative relationship. the paper detailed study of the control strategy of afs of automotive uses the fuzzy con- trol theory,the afs adopting the fuzzy control strategy, and compared with the traditional which depends on precise mathematical model. the fuzzy control strategy can help to achieve effective and more in line with of the intuitive control of the process of role descriptions. this conclusion laid the foundation for further research of afs. keywords: afs；simulation analysis；fuzzy control iii 目目 錄錄 第一章 緒論 . 1 1.1 論文研究背景 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外前照燈相關(guān)法律法規(guī) . 2 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) . 3 1.3.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 3 1.3.2 發(fā)展趨勢(shì) . 6 1.4 論文研究的目的和意義 . 7 1.5 論文研究的主要內(nèi)容 . 7 第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 9 2.1 afs 系統(tǒng)的功能 . 9 2.1.1 基礎(chǔ)照明模式 . 9 2.1.2 高速公路照明模式 . 10 2.1.3 鄉(xiāng)村照明模式 11 2.1.4 城市照明模式 12 2.1.5 彎道照明模式 12 2.1.6 惡劣天氣照明模式 . 13 2.2 afs 系統(tǒng)的總體構(gòu)成 . 14 2.3 afs 的傳感器組 . 15 2.3.1 車速傳感器 15 2.3.2 轉(zhuǎn)向盤(pán)位置傳感器 16 2.3.3 車身高度傳感器 . 17 2.3.4 紅外測(cè)距傳感器 . 19 2.3.5 光檢測(cè)傳感器 . 19 2.4 傳輸電路 21 2.5 afs 電子控制單元 21 2.6 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 22 2.7 本章小結(jié) . 24 第三章 afs 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求及數(shù)學(xué)模型的建立 25 3.1 afs 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求 . 25 3.1.1 afs 的左右偏轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)需求 25 3.1.2 afs 的垂直偏轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)需求 26 iv 3.2 afs 數(shù)學(xué)模型的建立 26 3.2.1 汽車前照燈水平方向偏轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)模型 27 3.2.2 汽車前照燈垂直方向偏轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)模型 . 29 3.3 本章小結(jié) 33 第四章 afs 系統(tǒng)的仿真分析 34 4.1 汽車前照燈水平方向偏轉(zhuǎn)的仿真 34 4.2 垂直方向偏轉(zhuǎn)的仿真分析 38 4.2.1 車身俯仰時(shí)車燈垂直偏轉(zhuǎn) . 38 4.2.2 上坡時(shí)前照燈垂直方向偏轉(zhuǎn)仿真 . 39 4.3 本章小結(jié) 40 第五章 afs 系統(tǒng)控制策略的研究 41 5.1 模糊控制策略的選擇 41 5.2 模糊控制器的系統(tǒng)組成 42 5.3 汽車前照燈水平偏轉(zhuǎn)控制器的設(shè)計(jì) 42 5.3.1 確定輸入輸出變量以及量化因子 43 5.3.2 模糊集合和模糊控制隸屬函數(shù)的確定 44 5.3.3 模糊控制規(guī)則的建立 45 5.3.4 解模糊 . 47 5.4 汽車前照燈垂直方向控制策略 49 5.4.1 汽車車身俯仰車燈垂直輸出角控制策略的研究 49 5.4.2 汽車上坡時(shí)車燈垂直輸出角控制策略的研究 . 52 5.5 本章小結(jié) 53 結(jié)論與展望 54 參考文獻(xiàn) . 55 致 謝 58 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 第一章 緒論 1.1 論文研究背景 隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷擴(kuò)大，人均保有量的顯著增加，重大交通事故的頻繁發(fā)生，越 來(lái)越多的人們對(duì)汽車帶來(lái)的弊端產(chǎn)生了強(qiáng)烈的憂患意識(shí)，因此，汽車的交通安全成為當(dāng) 今世界最為關(guān)注的一大主題。 據(jù)公安部交通管理局的統(tǒng)計(jì)，2009 年，全國(guó)共發(fā)生道路交通事故 238351 起，造成 67759 人死亡、275125 人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失 9.1 億元，2010 年，全國(guó)共發(fā)生道路交通 事故 3906164 起，同比上升 35.9%。其中，涉及人員傷亡的道路交通事故 219521 起， 造成 65225 人死亡、254075 人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失 9.3 億元。2011 年，全國(guó)共接報(bào)涉及 人員傷亡的道路交通事故210812起， 共造成62387人死亡， 其中營(yíng)運(yùn)客貨車輛肇事50296 起，占 23.9%，造成 20648 人死亡，占 33.1%。全國(guó)共發(fā)生一次死亡 10 人以上的特大交 通事故 27 起，造成 451 人死亡，其中營(yíng)運(yùn)客貨車肇事的事故 23 起，造成 390 人死亡， 分別占 85.1和 86.51-3。研究表明，汽車在夜間發(fā)生交通事故大約是白天發(fā)生交通 事故的 1 .5 倍，而在夜間的交通事故分析中得出，80%的事故是由于傳統(tǒng)前照燈照明系 統(tǒng)存在的一些缺陷，如照明不足和彎道處存在的照明暗區(qū)，數(shù)據(jù)顯示其中 60%的事故發(fā) 生在照明不佳的彎道處4。 減少交通事故，是我國(guó)道路交通安全最為迫切的需求。而減少交通事故的首要問(wèn)題 是從主動(dòng)安全出發(fā)，因此，汽車本身的安全性能是汽車運(yùn)行的重要前提條件。作為汽車 安全的三大部件之一，汽車的照明系統(tǒng)是最主要的主動(dòng)安全裝置之一，它可以在夜間或 是陰雨天等能見(jiàn)度較低的環(huán)境下照亮道路，讓駕駛員看清路況并及時(shí)的做出反應(yīng)，是汽 車的重要安全部件5。然而，在實(shí)際的行車過(guò)程中，傳統(tǒng)的汽車前照燈照明系統(tǒng)已不能 滿足現(xiàn)代汽車智能化以及汽車行駛安全的發(fā)展需求，傳統(tǒng)前照燈系統(tǒng)存在著很多的問(wèn) 題，例如在行車轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車光束呈靜態(tài)分布，它的光束照射方向是與汽車車身的縱向 平面平行的， 只能照亮前方路面， 而不能對(duì)彎道內(nèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)較好的照明， 即存在照明暗區(qū)； 在環(huán)境、氣候惡劣的行車狀況下，對(duì)汽車的照明需求也有著較強(qiáng)的要求，例如，車輛在 雨天行駛時(shí)，路面存積的雨水會(huì)對(duì)車燈發(fā)出的光線產(chǎn)生反射，會(huì)車時(shí)，使對(duì)面駕駛員對(duì) 燈光產(chǎn)生眩光反應(yīng)。 針對(duì)現(xiàn)有汽車照明系統(tǒng)存在的照明不足以及眩光等問(wèn)題， 本論文研究了汽車自適應(yīng) 第一章 緒論 2 前照燈控制系統(tǒng)，它的功能是根據(jù)車輛的行駛狀況以及所處的環(huán)境提供合理的照明光 束，為駕駛員提供最佳的視野范圍，是一個(gè)和行車安全息息相關(guān)的主動(dòng)式安全系統(tǒng)，同 時(shí)也是未來(lái)汽車照明系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。 1.2 國(guó)內(nèi)外前照燈相關(guān)法律法規(guī) 汽車前照燈燈光的設(shè)計(jì)和研究程序都需依據(jù)一定的法規(guī)基礎(chǔ)， 目前關(guān)于前照燈照明 系統(tǒng)較為完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是歐洲標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。 而我國(guó)的汽車車燈法規(guī)在綜合考慮我 國(guó)道路復(fù)雜的基礎(chǔ)上，借鑒了歐洲標(biāo)準(zhǔn)而制定的，且正在不斷修訂其完善程度。 目前， 歐洲標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)兩種不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由于各國(guó)的道路狀況存在著一定的 差別，因此在其規(guī)定上主要的側(cè)重點(diǎn)有所不同。例如，美國(guó)由于道路比較寬廣，因此對(duì) 眩光的要求相對(duì)較低；而歐洲標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其道路特點(diǎn)，對(duì)會(huì)車時(shí)給對(duì)面駕駛員帶來(lái)的眩光 則嚴(yán)格控制，它要求前照燈在配光上存在 15 的明暗截止線，由于目前汽車行業(yè)的迅速 發(fā)展，生產(chǎn)廠商迫切的要求能夠建立一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)6。經(jīng)過(guò)不斷的協(xié)調(diào)與研究， 建立了一個(gè)包括多種功能的智能前照燈行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 1994 年， 歐洲開(kāi)始了 eu1403 （eureka project） 計(jì)劃， 歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì) ece(economic commission for europe)聯(lián)合許多家研究智能照明系統(tǒng)的廠商共同研究其相對(duì)應(yīng)的汽車 車燈照明法規(guī)，到目前為止 ece 在其下屬的內(nèi)陸運(yùn)輸委員會(huì)、道路交通分委會(huì)專門成 立的車輛結(jié)構(gòu)工作組wp29 共制定 126 項(xiàng) ece 汽車技術(shù)法規(guī)， 其中包括汽車前照燈相 關(guān)法規(guī)的有：ece r112 法規(guī)，發(fā)射不對(duì)稱遠(yuǎn)光和近光裝有白熾燈泡的機(jī)動(dòng)車前照燈的 統(tǒng)一規(guī)定； ece r98 法規(guī)， 關(guān)于批準(zhǔn)裝用氣體放電光源的機(jī)動(dòng)車前照燈的統(tǒng)一規(guī)定； ece r123 法規(guī)，即針對(duì)自適應(yīng)前照燈的技術(shù)法規(guī)6-826。其中 ece r123關(guān)于機(jī)動(dòng)車自適 應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)（afs）認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定法規(guī)，源于 1994 的 eu1403 計(jì)劃，經(jīng)過(guò)十 多年的努力研究，于 2007 年正式發(fā)布，這一法規(guī)對(duì) afs 智能照明系統(tǒng)進(jìn)行了明確的定 義以及要求，并正式認(rèn)證了 afs 這類燈具。 afs 系統(tǒng)相應(yīng)法規(guī) ece r123 很多條款與傳統(tǒng)前照燈 ece r98 法規(guī)基本相同， 但與 傳統(tǒng)前照燈相比，afs 系統(tǒng)的智能程度更高，功能模式更強(qiáng)大和環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)，因 此，與之相應(yīng)的 ece r123 法規(guī)也更全面一些，該法規(guī)定義了 afs 系統(tǒng)的各種照明模式 以及對(duì)應(yīng)于各種不同模式的配光要求，并對(duì)于燈具的材料尤其是配光材料提出試驗(yàn)規(guī) 定。 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 在 ece r123 發(fā)布后，ece r48/02 即關(guān)于照明和光信號(hào)裝置安裝方面對(duì)機(jī)動(dòng)車輛 認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定取消了 ece r48/01 法規(guī)中規(guī)定的近光燈不應(yīng)隨轉(zhuǎn)向角度轉(zhuǎn)動(dòng)的這一 規(guī)定，也相應(yīng)的增加了 afs 條款6-822。ece r48 法規(guī)規(guī)定了各類燈具在汽車上安裝位 置，安裝布局、可見(jiàn)度、電路布置等多方面要求，并涉及了 afs 系統(tǒng)的配備要求，各 種照明模式的開(kāi)啟條件等。 世界大部分汽車生產(chǎn)廠均采用歐洲 ece 體系，我國(guó)關(guān)于前照燈照明系統(tǒng)的法規(guī)制 定相對(duì)于歐洲以及美國(guó)較晚些，而且大部分都是借鑒歐洲標(biāo)準(zhǔn)制定的。目前，我國(guó)的汽 車前照燈國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要包括 gb4599 和 gb212599-11。其中，gb4599-94汽車及掛車 外部照明信號(hào)裝置的數(shù)量、位置和光色是參照聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì) ece r48/01 法 規(guī)而制定的，同時(shí)隨著 ece r48/02 法規(guī)的修改，國(guó)標(biāo)也進(jìn)行了相應(yīng)的修訂，增加了彎 道照明即可以改變近光燈的照明方向等。gb4599-2007汽車用燈絲燈泡前照燈參照 聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì) ece r112 法規(guī)而制定的11。同時(shí)在 2007 年，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化 管理委員會(huì)（sac）發(fā)布通報(bào)，制定 gb21259-2007汽車用汽體放電光源前照燈和 gb21260-2007汽車用前照燈清洗器標(biāo)準(zhǔn)。其中，gb21259-2007汽車用氣體放電 光源前照燈對(duì)應(yīng)于聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì) ece r98 法規(guī)。雖然在 2007 年完成了 gb4599-2007汽車用燈絲燈泡和 gb21259-2007汽車用氣體放電光源前照燈標(biāo)準(zhǔn) 的制定工作，但從其內(nèi)容上來(lái)說(shuō)均屬于普通前照燈的范疇。因此，我國(guó)的 afs 智能前 照燈的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定仍處在不斷的研究過(guò)程中。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 汽車智能前照燈的發(fā)展歷程最先興起于歐洲、 美國(guó)、 日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家， 早在 2003 年度，具有體積小，壽命長(zhǎng)，環(huán)保，聚焦距離短優(yōu)勢(shì)的 led 燈受到了普遍的關(guān)注。但 是 led 燈只能工作在一種模式下，只能在一種固定的光型下工作，由于道路狀況和氣 候環(huán)境的復(fù)雜多變， 使得汽車生產(chǎn)廠商不斷的在尋求著一種能夠跟隨外界道路狀況和氣 候環(huán)境的變化，自適應(yīng)的來(lái)調(diào)節(jié)車燈的偏轉(zhuǎn)以及光型的變化的一種智能照明系統(tǒng)，來(lái)滿 足汽車智能化的發(fā)展需求。 國(guó)外歐洲、美國(guó)、日本的一些公司研發(fā)的自適應(yīng)前照燈控制系統(tǒng)的技術(shù)較為成熟， 早在 2003 年意大利一家被稱作瑪涅蒂瑪瑞利的車燈公司首次在汽車上安裝隨動(dòng)照明車 燈，為自適應(yīng)車燈的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。之后包括福特汽車公司，海拉公司等汽車生產(chǎn)廠 第一章 緒論 4 相繼開(kāi)始推出了自己的智能車燈控制系統(tǒng)， 這些公司的智能前照大燈雖然在實(shí)現(xiàn)上有著 一定的差別， 但均改善了傳統(tǒng)前照大燈的照明缺陷。 2005 年意大利瑪涅蒂瑪瑞利車燈公 司生產(chǎn)了大量的發(fā)光二極管后車燈，鑒于其光效高，體積小，壽命長(zhǎng)，節(jié)能等優(yōu)勢(shì)該公 司不斷對(duì)其進(jìn)行研發(fā)，并且隨著歐盟委員會(huì)頒布的 ece no.48/02 法規(guī)的出現(xiàn)，在 2006 年該公司開(kāi)始投放自適應(yīng)前照大燈的生產(chǎn)。 目前，德國(guó) hella 公司雙氙氣前照燈的研發(fā)較為成熟，它的工作原理是運(yùn)用高壓氣 體放電集成遠(yuǎn)光，依據(jù)此技術(shù)，該公司已經(jīng)新開(kāi)發(fā)出動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎車燈，他們正不斷的考慮 如何讓車燈在各種復(fù)雜路段并已初步實(shí)現(xiàn)了 afs 的各種功能，惡劣氣候下為駕駛員提 供更好的照明13。目前，一種被稱作 varili（variables intelligent light-system）的多功 能可變智能燈光系統(tǒng)新技術(shù)即將誕生， 它能更好的體現(xiàn)智能照明系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)的所有功 能，它不僅能在彎道處，調(diào)節(jié)車燈水平偏轉(zhuǎn)，而且還具備了“斜視”和“拓寬”等被稱為“動(dòng) 態(tài)城市照明”的功能13-15。其利用光源和透鏡之間的可旋轉(zhuǎn)柱體的不同表面形狀而產(chǎn)生 五種不同分布的光型來(lái)適應(yīng)不同的路況和惡劣氣候。如鄉(xiāng)間，城市，高速，彎道，惡劣 氣候等，見(jiàn)下圖所示可提供的不同照明模型。 圖 1.1 afs 城市道路照明 fig 1.1 town passing beam of afs 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 圖 1.2 afs 高速公路照明 fig 1.2 motor-way passing beam of afs 圖 1.3 afs 彎道照明 fig 1.3 the passing beam beading of afs 圖 1.4 afs 惡劣天氣照明 fig 1.4 wet road passing beam of afs 另外， 日本的 denso 公司， 法國(guó)的 valeo 公司在 2003 年也相繼推出了自己的 afs 系統(tǒng)，其研發(fā)改進(jìn)技術(shù)也不斷完善17,18。 第一章 緒論 6 近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)飛速發(fā)展，并通過(guò)引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，afs 系 統(tǒng)的開(kāi)發(fā)備受關(guān)注， 而且在一些汽車生產(chǎn)廠以及燈具商公司中智能照明系統(tǒng)研發(fā)方面已 經(jīng)取得了一定的成果。目前，我國(guó)正在自主研發(fā)的公司包括上海小系車燈有限公司，沈 陽(yáng)北方汽車大燈自動(dòng)轉(zhuǎn)向器廠以及北京恒潤(rùn)科技有限公司等。其中，北京恒潤(rùn)科技有限 公司對(duì)智能前照燈控制系統(tǒng)的研究處于領(lǐng)先地位，恒潤(rùn)科技作為本領(lǐng)土先進(jìn)的 afs 控 制系統(tǒng)供貨商，與國(guó)內(nèi)知名燈具廠合作，已經(jīng)成功為包括通用（gm） 、上海通用（sgm） 在內(nèi)的多家國(guó)內(nèi)外客戶進(jìn)行了 afs/als/dhl 控制系統(tǒng)的配套，其智能以及安全性均得 以體現(xiàn)，是第一家實(shí)現(xiàn) afs 控制系統(tǒng)出口的自主企業(yè)，其產(chǎn)品新君越的 bi-xenon 隨動(dòng) 轉(zhuǎn)向氙氣前照燈的具體功能體現(xiàn)在可以隨動(dòng)的調(diào)節(jié)光照角度， 并能實(shí)現(xiàn)智能調(diào)光照的功 能19。國(guó)內(nèi)的一些中高級(jí)轎車已經(jīng)配置了智能隨動(dòng)控制系統(tǒng)，例如，寶馬 530li，寶馬 330i，奔馳 e 級(jí)轎車，奧迪 a8，廣州豐田凱美瑞，一汽大眾邁騰，豐田銳志以及東風(fēng) 日產(chǎn)新天籟等。但仍然存在著一些缺點(diǎn)，例如奔馳公司研發(fā)的 afs 系統(tǒng)，其控制車燈 的偏轉(zhuǎn)角度基本與車輪旋轉(zhuǎn)角度相等的限制；而奧迪公司的智能控制車燈，只有在速度 高達(dá) 70km/h 時(shí)才能自動(dòng)調(diào)節(jié)車燈偏轉(zhuǎn)角度。由此可知國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的智能照明系統(tǒng)只 取得了階段性成果，依然處在一個(gè)初級(jí)階段，若要使 afs 智能控制系統(tǒng)更加市場(chǎng)化， 依然存在著很多的問(wèn)題。但其發(fā)展前景受到了汽車生產(chǎn)廠以及許多研究院的重大關(guān)注。 基于目前國(guó)內(nèi)各界人士的關(guān)注，國(guó)內(nèi) afs 系統(tǒng)方面的研究發(fā)展較為迅速，但是由 于國(guó)內(nèi)道路狀況較為復(fù)雜，導(dǎo)致 afs 系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用顯得較為不靈活，仍有許多方 面需要進(jìn)一步完善。 1.3.2 發(fā)展趨勢(shì) 縱觀目前國(guó)內(nèi)外智能照明系統(tǒng)的發(fā)展情況，智能前照燈控制技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，其 應(yīng)用范圍從最初的奧迪 a8，寶馬 5 系等高級(jí)轎車發(fā)展到現(xiàn)在的長(zhǎng)安福特等一些中級(jí)轎 車，具有很多方面的優(yōu)勢(shì)，而且隨著廣泛地應(yīng)用，也得到了駕駛員的肯定，自適應(yīng)前照 燈在汽車行車安全方面起著絕對(duì)的作用，其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)圍繞著更安全、更環(huán)保、更 舒適的發(fā)展需求。具體體現(xiàn)在： （1）預(yù)瞄型afs 與gps導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合使用，根據(jù)導(dǎo)航信息，識(shí)別車輛行駛所處的地理位置，依據(jù)地 理位置預(yù)測(cè)可能存在的道路狀況，并在可以預(yù)測(cè)的行駛路線范圍內(nèi)，依據(jù)車速傳感器以 及相應(yīng)的算法模塊計(jì)算出行駛路線的最可能彎曲度， 然后根據(jù)需要驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)整燈 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 光照射范圍， 為駕駛員提供更寬更合理的視野范圍， 使得汽車的行車安全更加有保障20 （2）高性能led大燈 隨著led技術(shù)不斷發(fā)展，全球各大汽車車展中，都能看到以led作為汽車前照燈的 概念車型，即研究一種和氙氣大燈一樣的多片式led大燈。與傳統(tǒng)前照燈相比，led大 燈節(jié)能的優(yōu)勢(shì)非常明顯，燈具壽命可達(dá)到10000h，可與整車同壽命21，擁有低的維修費(fèi) 用，可靠性更為突出并且更環(huán)保。同時(shí)，led大燈運(yùn)用在afs系統(tǒng)中，對(duì)多個(gè)led車燈 采取不同的控制模式，即可實(shí)現(xiàn)afs各種功能所需的不同光型，為行車安全駕駛提供保 障。因此，afs智能照明系統(tǒng)中運(yùn)用高性能led大燈是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 1.4 論文研究的目的和意義 目前，汽車安全、環(huán)保和節(jié)能是汽車發(fā)展的三大主題，交通安全作為三大研究課題 之一，是目前人們最為關(guān)注的研究主題，從主動(dòng)安全出發(fā)是汽車行業(yè)立足之本，而車燈 作為汽車的三大主動(dòng)安全裝置之一，對(duì)行車的安全起著至關(guān)重要的作用22。作為照明系 統(tǒng)應(yīng)該具備的基本條件為：能夠?yàn)轳{駛者提供前方路段足夠的視野范圍，以便駕駛員有 時(shí)間做出相應(yīng)的措施來(lái)避免交通事故的發(fā)生；駕駛員獲取外界視野信息時(shí)，不帶來(lái)巨大 的疲勞感；駕駛員獲取景象信息及時(shí)、準(zhǔn)確，不造成其它行車的麻煩，也盡可能少的保 證駕駛員判斷失誤。根據(jù)歐洲汽車照明研究機(jī)構(gòu)曾經(jīng)做過(guò)的專項(xiàng)調(diào)查，歐洲司機(jī)們最希 望改變的是陰雨天氣積水路面的照明模式，排在第二位的是鄉(xiāng)村公路照明模式，其次是 彎道照明模式24。 智能照明系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛駕駛員的操縱狀況、行駛狀況，不同道路的路況來(lái)自動(dòng) 的調(diào)節(jié)前照燈的水平和高度偏轉(zhuǎn)，為駕駛員提供良好的視野范圍，對(duì)汽車的行車安全具 有極其重要的意義。尤其在我國(guó)汽車保有量不斷增加，而交通事故居世界前列這樣的國(guó) 情下，智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用顯得更加重要，對(duì)提高行車安全，保障國(guó)民的生命財(cái)產(chǎn)安全 和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定，尤其是對(duì)我國(guó)的交通事業(yè)發(fā)展具有極為重要的意義。 1.5 論文研究的主要內(nèi)容 本論文根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外對(duì) afs 系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，分析了 afs 存在的一些問(wèn)題。借鑒 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在這方面的技術(shù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)思想，建立了 afs 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行 了仿真分析，并進(jìn)一步分析了控制策略，以便汽車前照燈能提供更合理的照明光束，為 第一章 緒論 8 夜間行車安全提供保障。論文的主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： （1）介紹了智能前照燈系統(tǒng)的基本功能以及總體構(gòu)成，并詳細(xì)分析了工作原理以 及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 （2）針對(duì)智能前照燈系統(tǒng)基本功能的實(shí)現(xiàn)，研究智能前照燈系統(tǒng)所需的各種傳感 器工作原理，并選擇了適用于本系統(tǒng)的重要傳感器以及 mc 912xepmal 單片機(jī)作為 afs 電子控制單元，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)對(duì)前照燈進(jìn)行控制。 （3）建立了智能前照燈水平偏轉(zhuǎn)以及垂直偏轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用 labview 仿真軟 件進(jìn)行了系統(tǒng)仿真分析。 （4）根據(jù) labview 軟件環(huán)境下仿真分析結(jié)果，研究智能前照燈的控制策略，確定了 模糊控制策略隸屬函數(shù)以及控制規(guī)則，并與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制策略做了簡(jiǎn)單的對(duì)比分析。 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 9 第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 2.1 afs 系統(tǒng)的功能 afs（adaptive front-light system）自適應(yīng)照明系統(tǒng)，它的功能是根據(jù)車輛的行駛環(huán) 境， 不同道路的路況來(lái)主動(dòng)的改變前照燈光線射向以適應(yīng)車輛行駛條件變化的一種智能 照明系統(tǒng)，是一個(gè)和行車安全息息相關(guān)的主動(dòng)式安全系統(tǒng)，同時(shí)也是未來(lái)汽車照明系統(tǒng) 的主要發(fā)展方向。 afs 系統(tǒng)主要是根據(jù)車速傳感器，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器，車軸高度傳感器，懸架壓縮 傳感器，光檢測(cè)傳感器等來(lái)檢測(cè)車輛的行駛狀況，把檢測(cè)到得信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳給 電子控制單元進(jìn)行處理判斷，電子控制單元根據(jù)相應(yīng)的控制策略，來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)或調(diào) 高電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)使得車燈實(shí)現(xiàn)左右水平偏轉(zhuǎn)或高度調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)車燈的自動(dòng)控制。 與傳統(tǒng)的汽車照明系統(tǒng)相比，afs 系統(tǒng)依據(jù)道路狀況以及氣候環(huán)境的變化，具體采 用著不同的照明模式，體現(xiàn)著相應(yīng)的 afs 功能。 2.1.1 基礎(chǔ)照明模式 車輛在行駛過(guò)程中，當(dāng)?shù)缆窢顩r及環(huán)境氣候均處于正常狀況時(shí)，前照燈的工作模式 相當(dāng)于傳統(tǒng)的汽車照明系統(tǒng)，其照明模式為基礎(chǔ)照明模式。 在這種模式下， afs 的功能體現(xiàn)在它根據(jù)光檢測(cè)傳感器所感知的光線變化而自動(dòng)的 打開(kāi)或關(guān)閉前照燈以提供最佳的照明光束。如當(dāng)車輛在隧道中行駛時(shí)，由于光檢測(cè)傳感 器所感知光線強(qiáng)度的下降， afs 中前照燈將會(huì)自動(dòng)打開(kāi)并根據(jù)所感知的光線強(qiáng)度來(lái)適時(shí) 的補(bǔ)充光強(qiáng)度；而在傳出隧道時(shí)，則同理依據(jù)光檢測(cè)傳感器感知的光線強(qiáng)度的增強(qiáng)，自 動(dòng)關(guān)閉前照燈。 當(dāng)車輛在道路狀況正常以及周圍環(huán)境氣候正常行駛時(shí)， 汽車本身由于載重或汽車加 速時(shí)加速度變化的原因，汽車車身會(huì)傾斜，汽車車身的傾斜勢(shì)必會(huì)造成前照燈俯仰角度 的變化，如圖 2.1 所示： 第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 10 圖 2.1 汽車傾斜時(shí)車燈照明狀況 如圖 2.1 中所示：當(dāng)汽車前傾時(shí)，車燈垂直照明高度則會(huì)下降，照明范圍不足，這 樣將會(huì)使駕駛員視覺(jué)范圍不夠?qū)挸?，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)迎面而來(lái)的車輛以及行人，嚴(yán)重影響 行車安全。 在這種基準(zhǔn)模式下， afs 的功能體現(xiàn)在會(huì)根據(jù)汽車前后軸高度傳感器檢測(cè)前軸和 后軸高度差的變化量，然后根據(jù)軸距計(jì)算出車身縱傾角的變化量，從而進(jìn)一步自動(dòng)地調(diào) 整前照燈垂直方向輸出的俯仰角度，盡可能地使前照燈光軸回復(fù)到原先設(shè)定的水平位 置，以能提供最佳的照明模式，達(dá)到最好的照明效果。確保駕駛員能夠準(zhǔn)確及時(shí)的了解 判斷前方路況及行車行人信息，及時(shí)躲避危險(xiǎn)，避免事故的發(fā)生。 2.1.2 高速公路照明模式 當(dāng)車輛行駛在高速公路路況時(shí)，相對(duì)行駛在一般道路時(shí)，其行駛特點(diǎn)是：速度大， 行車密度低，側(cè)向干擾也比較少。因此，與普通前照燈照明光線相比，afs 的功能是根 據(jù)車速以及實(shí)際行駛狀況調(diào)節(jié)照明光線，使得其車燈的照明光線窄而長(zhǎng)，照明距離足夠 的遠(yuǎn)，以保證在汽車制動(dòng)距離內(nèi)能夠獲得足夠的視野來(lái)做出適時(shí)而準(zhǔn)確的判斷。在實(shí)際 行車過(guò)程中， 汽車的制動(dòng)距離不論是駕駛員反應(yīng)時(shí)間還是踩下汽車制動(dòng)器踏板開(kāi)始制動(dòng) 的時(shí)候均與汽車行駛速度有關(guān)， 因此， 當(dāng)汽車行駛速度越高， 則要求其前照燈光型越長(zhǎng)。 當(dāng)車輛行駛在高速公路，afs 由車速傳感器檢測(cè)到其行駛速度大于 70krn/h，并根 據(jù) gps 判斷其為高速行駛模式時(shí)，即根據(jù)需求調(diào)節(jié)車燈輸出角度，使其光型呈高速公 路所需的長(zhǎng)而窄的照明模式，提供具有足夠的照明深度及視線距離的照明光線，增 強(qiáng)駕駛員對(duì)前方路況的預(yù)判力，提前發(fā)現(xiàn)前方行駛路況或障礙物，提高駕駛安全 系數(shù)，避免交通事故的發(fā)生。圖 2.2（b）為汽車行駛在高速公路時(shí)的照明光線， 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 11 與普通照明系統(tǒng)相比，afs 為駕駛員提供的照明光線窄而長(zhǎng)，照明距離較遠(yuǎn)，其 照明效果明顯強(qiáng)于普通照明模式。 圖 2.2（a）傳統(tǒng)前照燈高速公路照明模式 圖 2.2（b） afs 高速公路照明模式 2.1.3 鄉(xiāng)村照明模式 當(dāng)車輛行駛在鄉(xiāng)村公路路況時(shí)，相對(duì)行駛在城市道路時(shí)，其行駛道路特點(diǎn)是：路況 復(fù)雜多變，路口、岔路較多；路段普遍狹窄，且交易出現(xiàn)凹凸不平、溝溝壑壑、起伏不 定的路面。這些鄉(xiāng)村道路特點(diǎn)使得其傳統(tǒng)前照燈的照明顯得尤為不足，不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn) 路況特點(diǎn)以及其周圍障礙物。如夜晚行車時(shí)，突然在岔路口出現(xiàn)行車或行人時(shí)，由于其 光線狹窄，照明范圍不足，交通事故的發(fā)生將是難以避免。 與傳統(tǒng)前照燈照明光線相比，afs 的功能是根據(jù)光監(jiān)測(cè)傳感器、車身傳感器以及 gps 判斷是否進(jìn)入鄉(xiāng)村行車模式， 并根據(jù)車速傳感器判斷其實(shí)際行駛狀況， 輸出足夠的 照明亮度及視線寬度的照明光線，以確保光線能夠照射到足夠?qū)拸V的邊緣路面， 提高駕駛安全系數(shù)，盡可能的避免交通事故的發(fā)生。 當(dāng)車輛行駛在鄉(xiāng)村道路時(shí)，afs 根據(jù)車身傳感器、車速傳感器、光檢測(cè)傳感器確 定其行駛實(shí)際狀況時(shí)，afs 將控制左右近光燈的驅(qū)動(dòng)功率，使其有所增大，從而 進(jìn)一步增加照明亮度來(lái)補(bǔ)充照明。在我國(guó)車輛均依據(jù)右行交通法規(guī)，因此當(dāng)車輛 行駛在鄉(xiāng)村道路時(shí)，afs 將驅(qū)動(dòng)右燈的左右偏轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)使得偏轉(zhuǎn)一定角度，使 得其照射到足夠?qū)掗煹倪吘壜访?。其照明光線如圖 2.3（b）所示： 第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 12 圖 2.3(a) 傳統(tǒng)前照燈鄉(xiāng)村道路照明模式 圖 2.3(b) afs 鄉(xiāng)村道路照明模式 2.1.4 城市照明模式 當(dāng)車輛行駛在城市公路路況時(shí)，相對(duì)行駛在其它道路時(shí)，其行駛特點(diǎn)是：道路狀況 較好，十字路口多，但行車密度大，人流也較多。這樣的行駛特點(diǎn)即要求照明時(shí)盡可能 小的產(chǎn)生直接眩光，不為行人以及對(duì)面行車產(chǎn)生交通障礙。一般要求會(huì)車時(shí)車燈的照明 強(qiáng)度不能超過(guò) 1000cd 而射向迎面而來(lái)的光照強(qiáng)度。 當(dāng)車輛行駛在城市道路時(shí)，afs 根據(jù)車速傳感器、光檢測(cè)傳感器以及 gps 確定 其行駛狀況時(shí)，識(shí)別車輛是否進(jìn)入城市照明模式，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定值，并且車速 不超過(guò) 60km/h 時(shí)，afs 將控制左右近光燈的驅(qū)動(dòng)功率，使其有所減小，降低照明 亮度，且驅(qū)動(dòng)高度調(diào)節(jié)電機(jī)使得前照燈在垂直方向上向下偏轉(zhuǎn)一些，從而進(jìn)一步 降低直接眩光強(qiáng)度，以防止對(duì)迎面行車司機(jī)造成眩目困擾。 2.1.5 彎道照明模式 當(dāng)車輛在彎道處行駛時(shí)，由于傳統(tǒng)前照燈的光線同車輛前進(jìn)方向一致，所以在彎道 處照明不足，形成照明暗區(qū)，使得駕駛員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)彎道處的路況特點(diǎn)以及障礙物， 使得行車存在著很大的安全隱患25。 afs 根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器或者是 gps 判斷其行駛實(shí)際狀況時(shí)， 確定車輛是否行使在彎道處。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角超過(guò) 12 ，速度超過(guò) 30km/h 時(shí)，afs 將根據(jù)電子控制單元內(nèi)置控制模塊，計(jì)算出車燈所需的偏轉(zhuǎn)角度，驅(qū)動(dòng)左右偏轉(zhuǎn)步進(jìn)電 機(jī)控制車燈偏轉(zhuǎn)一定的角度，使得車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)的照明范圍更寬廣一些。并且使得 外側(cè)要亮度大些，而內(nèi)側(cè)車燈要暗些，防止使對(duì)面司機(jī)眩目。如圖 2.4（b）所示： 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 13 圖 2.4(a) 傳統(tǒng)前照燈彎道照明模式 圖 2.4(b) afs 彎道照明模式 當(dāng)車輛右轉(zhuǎn)彎時(shí)，afs 驅(qū)動(dòng)右前照燈的左右偏轉(zhuǎn)電機(jī)使得車燈向右側(cè)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)， 若根據(jù)車身高度傳感器檢測(cè)到車身側(cè)傾角較大時(shí)， afs 驅(qū)動(dòng)車燈垂直方向上調(diào)高電機(jī)使 得左側(cè)前照燈向上偏轉(zhuǎn)一定的角度，右側(cè)前照燈向下偏轉(zhuǎn)一定角度。同時(shí)，左右兩側(cè)的 近光燈最大調(diào)節(jié)角度也存在著一定的差異。在我國(guó)車輛均依據(jù)右行交通法規(guī)，因此， 當(dāng)車輛行駛在彎道處時(shí)，afs 電子控制系統(tǒng)外側(cè)燈光變化可以 15 度偏轉(zhuǎn)，內(nèi)側(cè)燈光 可以實(shí)現(xiàn) 7 度的水平偏轉(zhuǎn)19。為了確保行車安全， afs 彎道照明模式應(yīng)盡可能的保證照 明距離大于安全剎車距離，依據(jù)此計(jì)算出車燈所需偏轉(zhuǎn)的角度。 2.1.6 惡劣天氣照明模式 汽車在行駛過(guò)程中， 難免會(huì)遇到各種惡劣天氣，如陰雨天、可見(jiàn)度較低的放霧天 氣或者是沙塵暴，在這樣的行駛環(huán)境中，傳統(tǒng)的前照燈無(wú)法滿足駕駛員對(duì)光線的需求， 會(huì)產(chǎn)生各種不良的視覺(jué)以及心理反應(yīng)。如當(dāng)汽車行駛在陰雨天氣時(shí)，地面的積水將行駛 車輛車燈射出的照明光線反射，這種反射眩光使得迎面而來(lái)行車駕駛員眩目，如圖 2.5 （a）所示： 圖 2.5(a)雨天積水反射的 afs 光線（側(cè)視） 圖 2.5(b)雨天積水對(duì) afs 光線的反射（俯視） 第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 14 在陰雨天氣下行駛的車輛，afs 根據(jù)檢測(cè)路面濕度、輪胎滑移以及雨量傳感器 判斷系統(tǒng)狀態(tài)為雨天模式，afs 驅(qū)動(dòng)垂直調(diào)高電機(jī)，降低前照燈垂直輸出角，并 調(diào)節(jié)其照射強(qiáng)度，避免反射眩光在 60m 范圍內(nèi)對(duì)迎面行車駕駛員造成眩目，如圖 2.5（b）所示，提高駕駛員行車舒適性26。 當(dāng)車輛行駛在霧天或者是沙塵暴天氣時(shí)， 相應(yīng)的 afs 根據(jù)感知霧、 風(fēng)速傳感器、 顆粒物傳感器以及光敏檢測(cè)傳感器感知光線強(qiáng)弱，判斷是否遇到霧天或是沙塵暴天氣， 從而驅(qū)動(dòng)垂直調(diào)高電機(jī)，增大前照燈垂直輸出角，使得照明光線有所提升，同時(shí)， 開(kāi)啟車燈清醒裝置，盡可能的使駕駛員獲得較好的視覺(jué)，可以安全的行駛在可見(jiàn) 度較低的惡劣天氣中。 2.2 afs 系統(tǒng)的總體構(gòu)成 afs 智能控制系統(tǒng)主要由四大部分組成，即傳感器組、傳輸電路；afs 電子控制單 元、 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 其中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括左右旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)和調(diào)高電機(jī)。 基本工作原理是： afs 系統(tǒng)主要是根據(jù)車速傳感器，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器，車身高度傳感器，懸架壓縮傳感器， 光檢測(cè)傳感器等來(lái)檢測(cè)車輛的行駛道路狀況，把檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)傳輸 通路傳給 afs 電子控制單元進(jìn)行處理判斷，電子控制單元根據(jù)相應(yīng)的算法以及控制策 略，來(lái)控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)或調(diào)高電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使得車燈實(shí)現(xiàn)左右水平偏轉(zhuǎn)或高度調(diào)整， 從而實(shí)現(xiàn)車燈的自動(dòng)控制。afs 控制器會(huì)自動(dòng)控制遠(yuǎn)光或近光燈的開(kāi)啟與關(guān)閉，目的是 為了實(shí)現(xiàn)汽車在不同行駛工況下給駕駛員提供更加良好的照明環(huán)境， 實(shí)現(xiàn)操縱方面和視 野舒適的效果達(dá)到行車安全的目的。afs 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 2.6 所示： 轉(zhuǎn)角傳感器 后軸高度傳感器 前軸高度傳感器 車速傳感器 左右步進(jìn)電機(jī) 傳 輸 電 路 高度步進(jìn)電機(jī) 左轉(zhuǎn)向燈位置傳感器 afs 控 制 器 右大燈 右轉(zhuǎn)向燈位置傳感器 傳感器組 左右步進(jìn)電機(jī) 高度步進(jìn)電機(jī) 左大燈 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖 2.6 afs 的控制框圖 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 15 2.3 afs 的傳感器組 afs 傳感器組中所包括的傳感器主要有車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、車身高度 傳感器、紅外測(cè)距器、車燈位置傳感器、光檢測(cè)傳感器以及雨量傳感器等一些能夠判斷 車輛行駛狀況的傳感器， 下面分析 afs 中所涉及到的主要傳感器的工作原理， 并對(duì) afs 系統(tǒng)中關(guān)鍵傳感器進(jìn)行選取。 2.3.1 車速傳感器 車速傳感器主要是用來(lái)檢測(cè)車輛行駛速度的傳感器，主要組成元件是永磁鐵、鐵心 及線圈，一般安裝在汽車變速器輸出軸上，檢測(cè)變速輸出軸轉(zhuǎn)速，并將計(jì)算測(cè)得車輛行 駛車速。 車速傳感器安裝在變速軸輸出軸上， 其頂端靠近帶齒的轉(zhuǎn)子處， 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 感應(yīng)轉(zhuǎn)子就會(huì)切割永久磁鐵周圍的磁感應(yīng)線，傳感器與轉(zhuǎn)子之間的磁通量就會(huì)變化，所 以線圈上就會(huì)產(chǎn)生交流信號(hào)。 車速傳感器將這種交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電壓信號(hào)傳給電子控 制單元，電子控制單元將根據(jù)接受到的電壓脈沖信號(hào)計(jì)算出此刻行駛的車速。 目前，最常見(jiàn)的車速傳感器有電磁感應(yīng)式傳感器、光電式和霍爾式車速傳感器27。 afs 系統(tǒng)中通常采用電磁感應(yīng)式車速傳感器， 這種傳感器上采用了元件電阻隨磁場(chǎng)而變 化的磁阻元件， 通過(guò)磁阻元件來(lái)檢測(cè)車速。 其性能穩(wěn)定， 可以同時(shí)輸出磁電和霍爾信號(hào)， 而且適用國(guó)內(nèi)外各種車型。 電磁感應(yīng)式車速傳感器由永久磁鐵和電磁感應(yīng)線圈組成， 安裝在自動(dòng)變速器輸出軸 殼體上。如圖2.7所示： 1輸出軸；2停車鎖止齒輪；3車速傳感器 圖 2.7 電磁感應(yīng)式車速傳感器的安裝位置 第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 16 當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)轉(zhuǎn)子的突齒不斷靠近或離開(kāi)車速傳感器，如圖所示：當(dāng)齒輪 旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于齒輪赤峰和齒谷與永久磁鐵之間的氣隙不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致通過(guò)線圈的磁 力線發(fā)生變化，導(dǎo)致通過(guò)線圈的磁力線發(fā)生變化，在線圈中就會(huì)產(chǎn)生圖 2.8（b）的感應(yīng) 電壓，并以交流形式輸出27,28。 1輪轂；2車速傳感器；3永久磁鐵；4磁感應(yīng)線圈；5電控組件 圖 2.8 車速傳感器的工作原理 2.3.2 轉(zhuǎn)向盤(pán)位置傳感器 轉(zhuǎn)向盤(pán)位置傳感器的主要功能是用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并將采 集到的機(jī)械幾何位移量通過(guò)光電轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量。根據(jù)輸出信號(hào)和應(yīng)用方式，轉(zhuǎn)向 盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)可以分為絕對(duì)值轉(zhuǎn)角傳感器和相對(duì)值轉(zhuǎn)角傳感器29。 絕對(duì)值方向盤(pán)傳感器即 可以將絕對(duì)的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角輸入 ecu，但其信號(hào)處理比較復(fù)雜，安裝要求高，并且價(jià)格昂 貴。 目前， 常見(jiàn)的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器一般為相對(duì)轉(zhuǎn)角傳感器， 包括有光電式轉(zhuǎn)向傳感器， 電磁感應(yīng)式傳感器和霍爾式傳感器。 afs 系統(tǒng)中通常采用光電式轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器，它安裝在轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱上，其重要 組成元件是發(fā)光二極管以及光敏晶體管。 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)遮光盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)， 遮光 盤(pán)的作用，發(fā)光二極管導(dǎo)通或截止光敏晶體管，經(jīng)過(guò)整形電路產(chǎn)生相位差為 90 的電壓 信號(hào)27-29。 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器輸出電壓信號(hào)與方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角的輸出關(guān)系如圖 2.9 所示，是成線 性比例關(guān)系。 圖 2.9 中， 1 p和 2 p代表該轉(zhuǎn)向盤(pán)傳感器的輸出信號(hào)，均為電壓量，縱坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)向 盤(pán)轉(zhuǎn)角輸出電壓量占輸入電壓的比例，當(dāng)所占比例為 100%時(shí)，即表明輸出信號(hào)電壓為 其電源供電電壓28,32。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 1 p和 2 p的電壓值的不斷變化，顯示出其轉(zhuǎn)向 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 17 盤(pán)轉(zhuǎn)角的變化，其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與 1 p和 2 p的電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖中所示。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)沒(méi) 有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角相應(yīng)地處于正中位置，即以 0 表示其正中位置；當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)順 時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角為負(fù)值；當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角為正值。例如當(dāng) 傳感器供電電壓為 5v，轉(zhuǎn)向盤(pán)傳感器的輸出信號(hào) 1 p為 5v， 2 p為 2.5v 時(shí)，可知其轉(zhuǎn)向 盤(pán)是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)了 180 。 圖 2.9 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器輸出信號(hào) 本論文采用的光電式方向盤(pán)傳感器，非接觸式，其性能相對(duì)穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，抗干擾 性能強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。 2.3.3 車身高度傳感器 車身高度傳感器的主要功能是用來(lái)檢測(cè)車身前后軸高度變化,它裝在車輛前后懸架 與車體之間，感知懸架振動(dòng)的幅度，反應(yīng)了前后懸架與車體間相對(duì)于車架的移動(dòng)角度 27。將車輛行駛時(shí)由于道路、車速和車輛裝載的變化，引起的車身高度的變化旋轉(zhuǎn)信號(hào) 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出， 電控單元根據(jù)車身高度傳感器傳來(lái)的電信號(hào)來(lái)確定車身的高度變 化，當(dāng)計(jì)算的車身高度差超過(guò) afs 控制器設(shè)定值時(shí)，afs 控制器就驅(qū)動(dòng)調(diào)高步進(jìn)電機(jī) 調(diào)整前照燈垂直輸出角，確保車輛行駛時(shí)的照明距離。目前，常見(jiàn)的車身高度傳感器有 光電式車身高度傳感器、電感式高度傳感器和霍爾式高度傳感器27,28。 光電車軸高度傳感器把車高變換成傳感器軸的旋轉(zhuǎn)信號(hào)， 并將旋轉(zhuǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓 信號(hào)，輸送到電控單元來(lái)確定車身高度的變化。這種傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 2.10（a）所示。 其主要工作原理遮光盤(pán)或者遮光或者透光其兩側(cè)的光電耦合元件， 使得光敏三極管或者 導(dǎo)通或者截止，這樣將會(huì)輸出高低電平，將此信號(hào)輸入到 afs 控制器就會(huì)檢測(cè)出圓盤(pán) 轉(zhuǎn)動(dòng)角度。如圖 2.10（b）所示利用這四組光電耦合元件導(dǎo)通與截止的組合，就可以把 第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)第二章 afs 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 18 車高的變化范圍分多個(gè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)19。 圖 2.10(a) 車身高度傳感器結(jié)構(gòu)安裝位置 圖 2.10(b) 車身高度傳感器的工作狀況 車輛在行駛過(guò)程中懸架總是在振動(dòng)狀態(tài)，尤其是遇到了道路狀況極差的路面（如凹 坑路面），所以必須采用有源抗干擾，非接觸理論壽命無(wú)限的傳感器。為了避免 afs 控制器不斷的發(fā)出調(diào)整車燈垂直輸出角信號(hào)，afs 電控單元需要每隔一段時(shí)間檢測(cè)，并 且將這段時(shí)間內(nèi)所檢測(cè)到得車身高度變化信號(hào)取平均值， 以此來(lái)判斷此時(shí)汽車行駛時(shí)的 車身高度變化，當(dāng)計(jì)算的車前后軸高度差超過(guò) afs 控制器設(shè)定值時(shí)，afs 控制器就驅(qū) 動(dòng)調(diào)高步進(jìn)電機(jī)調(diào)整前照燈垂直輸出角。確保車輛行駛時(shí)的照明距離。 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文 19 2.3.4 紅外測(cè)距傳感器 將不可見(jiàn)的紅外輻射光探測(cè)出并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的信號(hào)的技術(shù)就是紅外探測(cè)技 術(shù)。紅外探測(cè)器與雷達(dá)和激光探測(cè)器相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如安全和保密性強(qiáng)，不易被 干擾，安裝所需空間不大，重量輕，功耗低，但其需要冷卻及成本較高。作為紅外整機(jī) 系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件，紅外探測(cè)器的研究始終是紅外物理與技術(shù)發(fā)展的中心27。 afs 系統(tǒng)選用紅外測(cè)距傳感器來(lái)測(cè)量距離。它的工作原理是測(cè)定在被測(cè)距離上電 磁波（光波）在空氣中的往返傳播時(shí)間，根據(jù)其已知的光波傳播速度和測(cè)得的往返傳播 時(shí)間來(lái)求得其距離值，具體計(jì)算方法為： 1 2 lct，其中c為光波在空氣中的傳播速度， t為光波的往返傳播時(shí)間。 根據(jù)以上的紅外探測(cè)距離原理，目前主要采用的測(cè)距方法有相位差法、脈沖法和變 頻法三種，最常用的、精度較高的紅外測(cè)距方法是相位差法，它是通過(guò)測(cè)定調(diào)制波往返 與被測(cè)距離上的相位差，來(lái)間接計(jì)算距離31,