CN101260981A - 多功能手/自动互补式前照灯变光器 - Google Patents

Abstract

一种根据前景视距、近光照距、停车视距、制动和超车等多种信息进行综合控制的手动和自动互补式机动车前照灯变光器，具有手自动和全手动两种变光模式，能根据制动和超车信息自动更正手动变光操作，使手动和自动变光模式达到功能互补。该装置还具有手/自动互补式开关灯、急减速自动远光+后雾灯、大雨自动小+前雾灯、离车延时照明、转向弯道照明、断路故障提醒、灯光应急替补、自复位式组合开关等附加功能，主要由微处理器及外围元件、驱动控制及功率负载、控制及功率电源、原车信息导出、断路故障诊断、操控组件及状态指示等电路组成，可适用于各类外部车灯的智能控制，有利于提高交通安全性和车辆操控性。

Description

多功能手/自动互补式前照灯变光器

所属技术领域

本发明涉及机动车外部灯光的一种多功能智能控制装置，尤其是根据前景视距、近光照距、停车视距、制动和超车等多种信息进行综合控制的手动和自动互补式前照灯变光器。

背景技术

根据<国家道路交通安全法>有关机动车前照灯的使用规定：1)机动车超车时，应当提前开启左转向灯、变换使用远、近光灯或者鸣喇叭；2)夜间会车应当在距相对方向来车150m以外改用近光灯，在窄路、窄桥与非机动车会车时应当使用近光灯；3)机动车在夜间没有路灯、照明不良或者遇有雾、雨、雪、沙尘、冰雹等低能见度情况下行驶时，应当开启前照灯、示廓灯和后位灯，但同方向行驶的后车与前车近距离行驶时，不得使用远光灯；4)机动车在夜间通过急弯、坡路、拱桥、人行横道或者没有交通信号灯控制的路口时，应当交替使用远近光灯示意；5)机动车在高速公路上行驶，遇有雾、雨、雪、沙尘、冰雹等能见度小于200m的气象条件时，应当开启雾灯、近光灯、示廓灯和前后位灯，车速不得超过60km/h，且与同车道前车保持100m以上距离。另据<安全行车指南>有关夜间行车的注意事项：1)在视线不良的情况下会车时，要降低车速，开近光灯，即使是在路面较宽的双车道，也应该慢车交会，防止碰撞前方右侧的行人和骑车人；2)当汽车在无路灯或照明不够的街道和公路上高速行驶时，要采用大灯远光照明，而低速行驶时，采用大灯近光；3)当通过有指挥灯信号控制的交叉路口时，应在距交叉路口100～30m时将大灯变换为近光；4)在雨雾中行车时，应使用防雾灯或大灯近光，不宜使用大灯远光，以免眩目妨碍视线；5)当遇到对方不关闭远光灯，应即减速，并连续用变光开关来示意对方关闭远光灯；6)夜间超车时，应在距前车400m时将大灯变换为远光，以便于看清前方道路和行车情况；然后在150m距离时再变换远光为近光，这样才有利于超车安全，不致使前车驾驶员因灯光而眩目。

驾驶人员的视觉特性表现为：视力(包括认知和确认距离)随亮度增大而增强，约在1～100cd/m²范围内，视力与亮度的对数成线性关系，超出范围则变缓并趋于饱和；目标物显示能力随路面平均亮度和亮度均匀度增大而增强，约在0.5～2cd/m²范围内，显示能力相对平均亮度变化较陡，超出范围则变缓并趋于饱和，驾驶员评价良好的路面平均亮度约在1.5～2cd/m²之间；当目标与背景的对比度为2时，视力最佳，且认知和确认距离差值随对比度增大而增加；产生立体感的物体最小尺寸随视距增加而增大，但视距超出1320m时，物体的远近将无法确定；视力随运动目标的角速度增大而降低，视认时间随照度提高而减小，视觉灵敏度通常在暗处比亮处高，眩光随光源面积和背景对比度增大而增强；照度的适宜程度与工作环境有关，合适照度的选取要兼顾工作效率和照明能耗。另外，随车速的提高，视野变窄、视点前移、周界感减少、动视力也降低，且高速行驶时视觉车速往往比实际车速要低。驾驶员视觉在夜间受强光晃眼后的暗适应期约为3～4s，在自然明亮的白天进入无路灯照明的隧道时的暗适应期至少为3s，出隧道时的亮适应期约为1s；这段视觉危害期如果处理不当，就很可能引发交通事故。造成视觉不舒适的心理性眩光主要由连续性路灯照明引起，而造成视觉失能的生理性眩光主要由间断性来车远光灯引起。

据资料统计：当视距小于100m时，事故率随视距减小而显著增加；当视距大于100m时，事故率下降幅度随视距增加而趋缓；当视距大于600m时，事故率基本不变。雨天交通事故的发生率约为平时的5倍，夜间重大交通事故的发生率约为白天的3倍，而近40％的夜间交通事故与驾驶员不正确使用灯光有关。夜间行车时经常变换远近光有利于：1)全面观察环境和路况，更易及时发现隐患；2)减轻视神经疲劳，提高驾驶人员的兴奋度；3)尽早引起其它车辆，特别是弯道另一侧来车的注意。目前妨碍夜间行车时正确变光的主要原因有：1)手动变光操作往往时间滞后，驾驶人员的视觉难免遭受强光刺激；2)夜间驾驶人员较易引起注意力分散或走神，从而忽视或延误了变光操作；3)夜间会车时，一些驾驶人员为较劲斗气，有意不关闭远光灯。机动车现有的外部车灯装置基本依赖于手动操控，难免会发生操作不当或误操作现象；因此，采用准确有效的智能车灯控制对安全行车具有重要的社会意义。

现有的机动车前照灯自动变光器能在一定路况下实现远/近光的自动变换，其控制方式主要分为：感光控制式、红外收发式、液晶开关式、转向控制式、车速控制式、以及它们的组合形式等。1)感光控制式变光器通过光敏元件检测来车灯光和路面照度，达到一定照度时进行自动变光，以实现夜间两机动车会车或明亮道路状况时，将远光自动切换为近光，其缺点是：与车灯亮度较弱(或无车灯)的非机动车(或行人)会车时无法实现自动变光，且易受外界其它光照的干扰而引起误操作；2)红外收发式变光器通过接收前方来车发射的红外线会车信号，实现夜间会车时将远光自动切换为近光，其缺点是：依赖于两会车车辆均需装配该变光器，且同样不适用机动车与非机动车(或行人)会车时的自动变光；3)液晶开关式防眩装置通过控制液晶眼镜(或挡光板)的开关频率和相位差，使外来直射和脉冲眩光减光，而不影响本车同频率同相位的脉冲氙灯照明，其缺点是：降低了道路环境光照的能见度，会给未装备该装置的来车和行人造成眩光，且加装后还可能会影响行车视野；4)转向控制式变光器通过与转向信号灯联动，实现夜间转向时将远光灯自动切换为近光灯，其缺点是：适用面窄，不能满足多数行车路况时的变光情形，特别是无会车自动变光功能；5)车速控制式变光器通过将车速传感器所测的车速信号与其门限值比较，自动实现高速时变为远光、低速时变为近光，其缺点是：车速门限随前景视距和路面状况雨变，手工难以预先准确选定，且对低速行驶时手动远光状态下的会车安全和高速跟车行驶时手动近光状态下的超车安全无自动保护功能；6)其它组合形式的自动变光器虽然功能有所增加，但同样或多或少存在上述缺陷，且实用性差、可靠性低、不便改装和推广。

发明内容

为弥补现有机动车前照灯自动变光器普遍存在的上述缺陷，本发明提供一种根据前景视距、近光照距、停车视距、制动和超车等多种信息进行综合控制的手动和自动互补式前照灯变光器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将车速v、前景亮度、前窗雨刮、路面类别、变光模式、变光开关、制动开关和油门全开等信号输入微处理器，对自动变光条件、超车加速度a(＝dv/dt)与其门限A、以及有无制动和油门全开信号等进行比较判断和逻辑处理后输出控制指令，再通过驱动功率电路对大灯(包括近光和远光)进行切换操作，从而实现大灯的手自动和全手动两种模式变光。另外，微处理器对小、大灯开关条件进行比较判断后，还能实现小、大灯的自动开关。其中，大灯变光的控制逻辑为：

1、开启手自动变光模式后，1)当满足开自动近光条件且有近光开关信号下降沿触发手动近光时，保持(或转入)自动变光状态；当满足开自动近光条件且有远光开关信号下降沿触发手动远光时，切换至远光直至有制动或满足开自动远光条件的信号上升沿后，解除手动远光触发，转入自动变光状态。2)当满足开自动远光条件且有远光开关信号下降沿触发手动远光时，保持(或转入)自动变光状态；当满足开自动远光条件且有近光开关信号下降沿触发手动近光时，切换至近光直至有a＞A、油门全开或满足开自动近光条件的信号上升沿后，解除手动近光触发，转入自动变光状态。

2、开启全手动变光模式后，当有近光开关信号下降沿时，手动近光触发，切换至(或保持)近光；当有远光开关信号下降沿时，手动远光触发，切换至(或保持)远光。

3、在手自动、全手动变光模式和关大灯状态下均能实现点动变光(即超车警示)功能，当有近光开关信号高电平时，点动远光有效，切换至(或保持)远光；当有远光开关信号高电平时，点动近光有效，切换至(或保持)近光。

4、在手自动、全手动变光模式下，关灯后重新开大灯时的初始状态均为近光。

①小灯开关条件：

当(e≤E_pon且Δt≥T_on)或(l≤L_pon且Δs≥S_on)时，开小灯；

当(e≥E_poff且Δt≥T_off)或(l≥L_poff且Δs≥S_off)时，关小灯。

②大灯开关条件：

当(e≤E_hon且Δt≥T_on)或(l≤L_hon且Δs≥S_on)时，开大灯；

当(e≥E_hoff且Δt≥T_off)或(l≥L_hoff且Δs≥S_off)时，关大灯。

③自动变光条件：

当s_fs＝ks_li≤s_ss[即

]且Δs≥S_d且(Δl≤-L_dd或Δv≥V_d)时，开自动远光(关自动近光)；

当s_fs＝ks_li＞s_ss[即

]且Δs≥S_d且(Δl≥L_dd或Δv≤-V_d)时，关自动远光(开自动近光)。

其中：s_fs≤s_li(即l≤L_d)时，k＝1；s_fs＞s_li(即l＞L_d)时， $k=\frac{1\mathrm{nl}}{1n{L}_d}.$

式中：s_fs-前景视距(行车前方路况的最远可视距离，主要与环境光照度、空气透射度、前窗玻璃洁净度、路面障碍对比度、驾驶员视觉灵敏度等有关；约在1～100cd/m²范围内，视距与亮度的对数成线性关系)；

s_li-近光照距(近光灯面到路面上明暗截止线水平分量的几何距离，主要与标准规定的车灯安装高度和下倾度有关；对未装悬架高度自动调中器或前照灯自动调平装置的车辆还与受装载量影响的车身俯仰角有关)；

s_ss-停车视距(车辆在正常行驶过程中，当驾驶员看到前方有障碍物后，从开始紧急制动至停车而不碰到障碍物所需的最短安全距离，其间忽略空气阻力的微小作用)；

e、E_pon、E_poff、E_hon、E_hoff-车辆上方的环境照度及其小、大灯开关门限(为减小本车上方路灯和来车远光灯引起的直射眩光干扰，e由面向道路前上方45°的照度传感器近似测得；为减小不可见光干扰，传感器须近似人眼反应；为防止在条件上下波动时频繁开、关灯，以及兼顾降低能耗、减少事故和避免干扰，应使E_hon＜E_hoff＜E_pon＜E_poff以利行车安全)；

Δt、T_on、T_off-达到开、关灯条件的持续时间及其门限(防止慢速行车或停车时因短时间明暗干扰而误动作，应使T_on＜T_off以利行车安全；为兼顾隧道照明经济性，T_on和T_off分别可取3～6s)；

Δs、S_on、S_off、S_d-达到开、关灯和自动变光条件的持续路程及其门限(防止快速行车时因短距离明暗干扰而误动作，Δs由车速脉冲信号计数得到，应使S_d＜S_on＜S_off以利行车安全；为兼顾隧道照明经济性，S_on和S_off分别可取25～50m)；

l、L_pon、L_poff、L_hon、L_hoff、L_d-前方路段的前景亮度及其小、大灯开关和自动变光门限(为减小前方非截光型路灯和来车远光灯引起的直射眩光干扰，l由面向道路正前方且具一定圆锥视角的亮度传感器近似测得，该视角可取前窗顶标准屏蔽角20°的2倍；为减小不可见光干扰，传感器须近似人眼反应；为防止在条件上下波动时频繁开、关灯，以及兼顾降低能耗、减少事故和避免干扰，应使L_d＜L_hon＜L_hoff＜L_pon＜L_poff以利行车安全)；

Δl、L_dd-达到自动变光条件时的前景亮度偏差及其门限(防止在条件上下波动时频繁变光，L_dd预先由亮度传感器在不同路况下综合测得)；

v-车速(车辆当前的行驶速度，由车速传感器测得)；

Δv、V_d-达到自动变光条件时的车速偏差及其门限(防止在条件上下波动时频繁变光，在稳定的交通流状况下，人工控制车速的偏差范围为±1.5m/s)；

k-前景视距与近光照距之比(为简化控制律，当l＞L_d时，也可保持关自动远光、开自动近光状态)；

h-近光灯的安装高度(近光反射镜中心距地面的静态高度，标准规定在0.5～1.2m之间)；

i_l-近光灯的安装下倾度(近光光轴相对路面的静态下倾度，按标准规定：当h≤1.0m时，极限为0.5～2.5％，初始照准为1.0～1.5％；当h≥0.8m时，极限为1.0～3.0％，初始照准为1.5～2.0％；一般可取制造厂确定的初始调整值)；

t_rd-驾驶员反应时间(驾驶员从看到不可预知的紧急制动信号起到踩着制动踏板所需的选择反应时间，主要与驾驶人员的技能、年龄、性别、体质和心态，以及制动信号的识别难度等有关，故因人因时因地而异；t_rd接近对数正态分布，其中50～95％的概率落在1.18～2.45s内，一般可取高值以利安全)；

t_rb-制动系反应时间(消除制动器中蹄与鼓或盘的间隙所需时间，取决于制动系结构形式和驾驶员踩踏速度；液压制动系约为0.015～0.03s，气压制动系约为0.05～0.06s)；

t_gb-制动力增长时间(制动力从零增加至最大值所需时间，取决于制动系结构形式和驾驶员踩踏力度；液压制动系约为0.15～0.3s，气压制动系约为0.3～0.8s)；

-轮胎与路面的附着系数(主要与路面种类及状况、轮胎类型及状态、车辆行驶速度、紧急制动滑移率等有关；采用防抱死制动器时，紧急制动滑移率一般为15～20％，

为平均峰值附着系数，

受路面类别的影响较大，干路面上

受v的影响较小，干路面上

随胎面磨旧反而提高，v较低时

与湿路面的水膜厚度无关；在标准规定的胎压范围和胎面花纹磨损极限深度内，所用子午线轮胎在各类路面上的平均峰值附着系数可通过实车路试取得，一般为0.8～0.2；为兼顾计算精度和方便手调，可分段选取路面类别；降雨时沥青/混凝土路面的附着系数可根据前窗雨刮器的开关信号来自动更正，其它降雨路面的附着损失可忽略)；

i_r-路面纵向坡度(上坡为+，下坡为-，平坡为0；为简化控制律，一般取0)；

g-重力加速度(物理常量，取9.8m/s²)；

S_s-停车安全距离(紧急制动停车位置与前方障碍物的距离，按车身长度一般取5～10m)；

a、A-超车加速度及其门限(A为高速跟车行驶后非紧急超车时的平均期望加速度，载客汽车一般取1m/s²)。

本发明的有益效果是：具有手自动和全手动两种变光模式，全手动变光模式与现有手动变光器的操作功能相同；手自动变光模式在不同前景视距下不仅符合会车、转弯或恶劣路况等减速慢行时和超车、直行或良好路况等加速快行时的变光规则，而且对手动远光状态下的会车安全和手动近光状态下的超车安全起自动保护作用；这有助于驾驶员妥善处理紧急突发事件，使其不自觉地遵守<国家道路交通安全法>和<安全行车指南>对外部车灯的使用规定和注意事项，显著提高了夜间行车的交通安全性和车辆操控性。由于采用机动车原有车速传感器、前窗雨刮器、制动灯开关、节气门开度传感器、前景亮度传感器等的输出信号来控制前照灯的自动变光，不依赖于来车照明装备情况，在多数路况下均能准确无误地实现自动变光；同时也不影响其它诸如超车和警示等变光信号的手动操作，使手动和自动变光模式达到功能互补。此外，为进一步提高交通安全性和车辆操控性，使其升级为外部车灯智能控制系统，在此控制电路的基础上，还可同时实现手/自动互补式开关灯(根据环境照度、持续时间、持续路程和前景亮度等信息来开关小灯和大灯，具有手自动和全手动两种开关模式，使手动和自动开关模式达到功能互补)、急减速自动远光+后雾灯(根据环境照度和行车减速度等信息来开关远光灯和后雾灯，使紧急制动和意外碰撞时的前后灯光警示不局限于手动和制动操作)、大雨自动小+前雾灯(根据控制模式、雨刮频率和持续时间等信息来开关小灯和前雾灯，使大雨行车时的前后灯光警示不局限于手动操作)、离车延时照明(根据控制模式、环境照度、转向角度、熄火和停车等信息来延时关小灯、大灯和左/右转向照明灯，以提供离车道路照明和减轻电池负荷)、转向弯道照明(根据大灯开启、转向角度和倒车等信息来开关左/右转向照明灯，以提供转向时的弯道照明)、断路故障提醒(根据电源电压、负载电流和开灯等信息来诊断和提醒外部车灯的断路故障，以及时发现灯光故障、采取补救措施)、灯光应急替补(车灯断路并开启时自动开启其它车灯进行灯光替补，以及通过多重冗余电路进行手动应急操作，以提高系统可靠性)、自复位式组合开关(采用自复位开关和电平触发方式实现灯光选择和大灯变光的手动操作，以提高车辆操控性)等附加功能。因此，该装置兼具多功能、易改装、适用面广等特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1和2是本发明中大灯两种变光模式的控制流程图。

图3是本发明中多功能电子控制系统的电路原理图。

图4、5、6和7是本发明中控制器及其附件的功能结构图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步描述。

1.在图1和2所示实施例中，本发明中大灯两种变光模式的控制流程主要由：手自动(图1)和全手动(图2)变光模式组成，通过控制模式开关切换。微处理器根据预先设定的路面附着系数

、驾驶员反应时间t_rd、以及车速v、前景亮度、前窗雨刮、变光开关、制动开关和油门全开等输入信号，对自动变光条件、超车加速度a(＝dv/dt)与其门限A、以及有无制动和油门全开信号等进行比较判断和逻辑处理后输出控制指令：1)开启手自动变光模式后，①当满足开自动近光条件且有近光开关信号下降沿触发手动近光时，保持(或转入)自动变光状态；当满足开自动近光条件且有远光开关信号下降沿触发手动远光时，切换至远光直至有制动或满足开自动远光条件的信号上升沿后，解除手动远光触发，转入自动变光状态。②当满足开自动远光条件且有远光开关信号下降沿触发手动远光时，保持(或转入)自动变光状态；当满足开自动远光条件且有近光开关信号下降沿触发手动近光时，切换至近光直至有a＞A、油门全开或满足开自动近光条件的信号上升沿后，解除手动近光触发，转入自动变光状态。2)开启全手动变光模式后，当有近光开关信号下降沿时，手动近光触发，切换至(或保持)近光；当有远光开关信号下降沿时，手动远光触发，切换至(或保持)远光。3)在手自动、全手动变光模式和关大灯状态下均能实现点动变光(即超车警示)功能，当有近光开关信号高电平时，点动远光有效，切换至(或保持)远光；当有远光开关信号高电平时，点动近光有效，切换至(或保持)近光。4)在手自动、全手动变光模式下，关灯后重新开大灯时的初始状态均为近光。

2.在图3所示实施例中，本发明中多功能电子控制系统的总体电路主要由：微处理器及外围元件、驱动控制及功率负载、控制及功率电源、原车信息导出、断路故障诊断、操控组件及状态指示等电路部分组成，其电路原理是：将原车信息导出电路、操控组件电路、断路故障诊断电路所得开关电平、脉冲数字或电压模拟信号输入微处理器，经控制逻辑处理后输出控制指令，再通过功率开关驱动功率负载和状态指示电路工作，期间分别由控制电源和功率电源向信号及驱动控制电路和功率负载电路供电。此外，原车信息导出也可由微处理器的CAN接口通过CAN收发器与原车CAN总线(控制器局域网)进行数据传输取得，且同时还可取得原车信息的故障诊断信号，以便及时将相关的自动功能转入手动方式。

微处理器及外围元件的结构特征是：主要由单片微机、模拟电源电路、外部晶振电路等组件构成。其中：单片微机(MCU)选用内置模数转换器、模拟比较器、CAN控制器(原车装备CAN总线时选配)、看门狗定时器、上电复位电路、上拉电阻及二极管钳位保护(对电源Ucc至搭铁GND)端口电路、且具有休眠省电模式和宽电源电压范围的8位CMOS机型，以提高系统可靠性、降低功耗及成本；模拟电源电路由滤波电感(L)和电容(C3)构成的低通滤波器组成，Ucc经低通滤波后输出至MCU的模拟电源引脚(AVCC)，以降低模拟噪声干扰；外部晶振电路由晶体谐振器(OSC)和谐振电容(C4和C5)组成，外部晶振电路与MCU的晶振引脚(X1和X2)相联，为MCU提供所需的时钟周期；为防止电源电压瞬时过冲、去除电源毛刺影响、减少电源环路辐射，在MCU的电源引脚(VCC)和接地引脚(GND)间加去耦电容(C6)；为降低系统能耗，可设置MCU在熄火、停车且关灯时进入休眠状态，而在点火、行车或开灯时进入唤醒状态。

驱动控制及功率负载电路的结构特征是：主要由小灯、近/远光灯、前/后雾灯、左/右转向照明灯、左/右转向信号灯驱动功率电路等组件构成。其中：1)小灯(由位置灯、示廓灯、牌照灯、仪表灯等并联而成)驱动功率电路主要由驱动模块(DM5)、电磁继电器(Kp)、熔断器(Fp)、小灯(Ep)等元件构成，其电路原理是：由MCU控制输出的小灯开关电平通过DM5来驱动控制Kp线圈的通电或断电，使Kp有弹性返回的动合触点闭合或断开，从而实现开/关Ep的功能，Fp起过载保护作用。2)近光灯驱动功率电路主要由驱动模块(DM6)、电磁继电器(Khl)、熔断器(Fhl)、近光灯(Ehl)等元件构成，其电路原理同上。3)远光灯驱动功率电路主要由驱动模块(DM7)、电磁继电器(Khh)、熔断器(Fhh)、远光灯(Ehh)等元件构成，其电路原理同上。4)前雾灯驱动功率电路主要由驱动模块(DM8)、电磁继电器(Kff)、熔断器(Fff)、前雾灯(Eff)等元件构成，其电路原理同上。5)后雾灯驱动功率电路主要由驱动模块(DM9)、电磁继电器(Kfr)、熔断器(Ffr)、后雾灯(Efr)等元件构成，其电路原理同上。6)左转向照明灯驱动功率电路主要由驱动模块(DM10)、电磁继电器(Ktl)、熔断器(Ftl)、左转向照明灯(Etl)等元件构成，其电路原理同上。7)右转向照明灯驱动功率电路主要由驱动模块(DM11)、电磁继电器(Ktr)、熔断器(Ftr)、右转向照明灯(Etr)等元件构成，其电路原理同上。8)左/右转向信号灯驱动功率电路主要由驱动模块(DM12)、电磁继电器(Kts)、熔断器(Fts)、左/右转向信号灯(Esl和Esr)等元件构成，其电路原理同上。为简化电路、提高可靠性，驱动模块可选用具有负荷突降、双电压加压启动、电源接反、抗静电放电等保护功能的电感负载驱动器，也可选用具有直接驱动能力(无须继电器驱动)且带断路诊断功能的智能功率开关；为抑制继电器线圈断开时产生的电压尖峰，应选用带续流二极管(或释放电阻)保护的电磁继电器。另外，除采用远/近光双丝卤素灯泡(H4)时不能同时开启远/近光外(以免缩短灯泡寿命)，远光灯开启的同时可保持近光灯也开启。

车载及控制电源电路的结构特征是：主要由车载电源和控制电源电路等组件构成。其中：1)车载电源电路主要由蓄电池及能量管理器(SBEM)、交流发电机及电压调节器(AGVA)、熔断器(Fi、F1、Fw和Fc)、点火开关(Sig)等原车部件构成，其电路原理是：SBEM(停车状态下发生蓄电池亏电时，能量管理器将切断电源，以防蓄电池不可恢复性损坏)与AGVA并联，第一路经Fi过载保护、Sig减负荷起动(在接通起动机前切断大功率负载电源，以减轻蓄电池的放电负荷，使发动机能顺利起动)、Fw过载保护后输出至大功率负载(大灯、雾灯和转向灯)的继电器线圈，第二路经F1过载保护后输出至大功率负载的继电器触点，第三路经Fl和Fc过载保护后输出至小功率负载(小灯)的继电器线圈、以及状态指示和控制电源电路。2)控制电源电路主要由集成稳压器(VR)、滤波电容(C1和C2)、隔离二极管(VD1)、电源/应急开关(Sse)、发光二极管(Hs)和分压电阻(R1)等元件构成，其电路原理是：控制电源经Sse(无弹性返回的三联三位滑动开关，遇MCU故障时使系统断电关灯、上电复位或应急开小+近光灯)、VD1(反向隔离)、C1(改善纹波特性)、VR(线性稳压)、C2(提高瞬态响应)后输出至R1及Hs(电源通断指示)、MCU和断路故障诊断等电路。另外，车载电源在发电机启动前/后的额定电压分别为Ub和Ug；为简化电路、提高可靠性、减小管压降，VR可选用具有防电源接反、抗静电放电等保护功能的三端固定式低压差集成稳压器，VD1可选用低正向压降的肖特基二极管。

原车信息导出电路的结构特征是：主要由环境照度、前景亮度、熄火、车速、降雨、制动、倒车、油门全开、转向角度信号导出电路等组件构成。其中：1)环境照度信号导出电路主要由隔离二极管(VD2)、步进电位器(Rp1)、分压电阻(R2)和低通滤波器(R9和C10)等部件构成，其电路原理是：环境光照传感器(ALS)安装在前窗玻璃内侧的内后视镜底座上，环境照度信号由ALS的照度信号端引出，经VD2反向隔离、R2和Rp1(微调环境照度门限)电压采样和低通滤波(滤除高频干扰信号)后输出至MCU的模拟口(内置模数转换器使能)。2)前景亮度信号由ALS的亮度信号端引出，其电路结构及原理与环境照度信号相同。3)熄火信号导出电路主要由隔离二极管(VD3)和低通滤波器(R10和C11)等部件构成，其电路原理是：机油压力开关(OPS)安装在发动机机油滤清器壳体上，为有弹性返回的动断膜片开关(低压指示用)，发动机正常起动后OPS使搭铁电路断开；熄火信号由OPS的油压指示灯联接端引出，经反向隔离和低通滤波后输出至MCU的数字口(内置上拉电阻使能，信号低电平有效)。另外熄火信号也可通过油泵控制(OPC)信号得到，其信号导出电路主要由隔离二极管和低通滤波器等部件构成，其电路原理是：OPC由发动机电控输出端引出，经反向隔离和低通滤波后输出至MCU的数字口(内置上拉电阻使能，信号低电平有效)。4)车速信号导出电路主要由隔离二极管(VD5)和低通滤波器(R13和C13)等部件构成，其电路原理是：车速传感器(VSS)安装在变速箱主传动输出端，所得脉冲数字信号经整形放大后，通过三极管集电极输出；其后经反向隔离和低通滤波后输出至MCU的数字口(内置上拉电阻和模拟比较器使能，车速由单位时长内的脉冲计数换算得到，其分辨率和计算时滞取决于传感器速比和单位时长)。5)降雨信号导出电路主要由隔离二极管(VD6)和低通滤波器(R14和C14)等部件构成，其电路原理是：前窗雨刮器的自动复位装置(SRS)安装在永磁三刷式电动机的轴伸端，降雨信号由SRS的脉冲信号端引出，经反向隔离和低通滤波后输出至MCU的数字口(内置上拉电阻使能，为防止因清洗或除雾刮水而误动作，当(N_max+1)×T_max时间内的脉冲数≥N_max+1时降雨信号有效，当(N_max+1)×T_min时间内的脉冲数≥N_max+1时大雨信号有效，N_max为清洗或除雾过程中的最大刮水次数，T_max和T_min分别为最大和最小间歇刮水周期)。6)制动信号导出电路主要由隔离二极管(VD7)和低通滤波器(R15和C15)等部件构成，其电路原理是：制动灯开关(BLS)安装在制动踏板托架上，为有弹性返回的动合顶杆开关，踩下制动踏板时BLS使制动灯电路接通电源Ubg；制动信号由BLS的制动灯联接端引出，经反向隔离和低通滤波后输出至MCU的数字口(内置上拉电阻使能，信号上升沿有效)。另外，制动信号也可通过制动踏板开度传感器(BPS)输出的最小开度信息得到，其信号导出电路主要由保护电阻、箝位二极管、电压跟随器和低通滤波器等部件构成，其电路原理是：BPS安装在制动踏板总成顶部，为电位器式位置传感器，所得模拟电压信号经过压箝位(误接电源保护)、电压跟随(避免对原信号电压的影响，可选用单电源轨到轨输入/输出型集成运放)和低通滤波后输出至MCU的模拟口(内置模数转换器使能，开度≥10％的信号上升沿有效)。7)倒车信号导出电路主要由隔离二极管(VD7)和低通滤波器(R16和C16)等部件构成，其电路原理是：倒车灯开关(RLS)安装在变速器倒档上，为有弹性返回的动合顶杆开关，挂倒档时BLS使倒车灯电路接通电源Ubg；倒车信号由RLS的倒车灯联接端引出，经反向隔离和低通滤波后输出至MCU的数字口(内置上拉电阻使能，信号高电平有效)。8)油门全开信号导出电路主要由保护电阻(R20)、箝位二极管(ZD4)、电压跟随器(OA3)和低通滤波器(R17和C17)等部件构成，其电路原理是：节气门(或油门踏板)开度传感器(TPS或APS)安装在电喷发动机舱内的节气门体总成中(或油门踏板总成顶部)，为电位器式位置传感器，所得模拟电压信号经过压箝位、电压跟随和低通滤波后输出至MCU的模拟口(内置模数转换器使能，开度≥90％的信号上升沿有效)。另外，油门全开信号也可通过强制降档开关(CDS)信号得到，其信号导出电路主要由隔离二极管和低通滤波器等部件构成，其电路原理是：CDS安装在油门踏板下方、节气门拉索端部或节气门阀体中，为有弹性返回的动合顶杆开关，踩下油门踏板到底时CDS使搭铁电路接通；油门全开信号由CDS的自动变速控制器联接端引出，经二极管隔离和低通滤波后输出至MCU的数字口(内置上拉电阻使能，信号下降沿有效)。9)转向角度信号导出电路主要由保护电阻(R21、R22)、箝位二极管(ZD5、ZD6)、电压跟随器(OA4、OA5)和低通滤波器(R18和C18、R19和C19)等部件构成，其电路原理是：通过用于电子稳定程序、电动助力转向或主动车身控制等的转向角度传感器(SAS)输出的中位两侧某一对称角度信息分别得到左/右转向照明灯开/关信号(点火或行车状态下，大灯开启且|θ|≥Φ时，开同侧(倒车时反侧)转向照明灯，否则关转向照明灯；由于转向角度的操作误差率约为±9％，为防止在条件上下波动时频繁开/关灯，在开/关灯切换时，还须满足|Δθ|≥Φ×9％；其中：θ、Φ、Δθ分别为转向角度及其门限和偏差)，SAS安装在方向盘或转向管柱底座上，为电位器式、磁电式或光电式位置传感器，所得两路(SAS1/SAS2)互成一定夹角的模拟电压信号分别经过压箝位、电压跟随和低通滤波后输出至MCU的两模拟口(内置模数转换器使能，满足开灯条件的信号高电平有效)。另外，超车加速度和紧急减速度由单位时长内的车速偏差得到，其分辨率和计算时滞取决于传感器速比和单位时长；紧急减速是指车辆因紧急制动或意外碰撞引起的急剧减速，根据前述的路面附着系数，可得减速度门限

(n为安全系数)。

断路故障诊断电路的结构特征是：主要由车载电源电压采样电路、小功率和大功率负载电流采样电路等组件构成。其中：1)车载电源电压采样电路主要由分压电阻(R4和R5)、滤波电容(C7)和箝位二极管(ZD1)等部件构成，其电路原理是：车载电源电压信号经电阻分压、低通滤波和过压保护后输出至MCU的模拟口(内置模数转换器使能)。2)小功率负载电流采样电路主要由保护电阻(R6)、箝位二极管(ZD2)、电压跟随器(OA1)和低通滤波器(R8和C8)等部件构成，其电路原理是：小电流单电源型霍尔电流传感器(HCSl)安装在经Fl和Fc输出的第三路电源电路上(Bl)，通过HCSl实时检测小功率负载(小灯)的输入电流，所得模拟电压信号经经过压箝位、电压跟随和低通滤波后输出至MCU的模拟口(内置模数转换器使能)。另外，小功率负载电流采样也可采用电流采样电阻和电流/电压转换芯片；为减小对电路带载能力的影响，电流采样电阻采用阻抗低、漂移小、热稳定性好的康铜丝。3)大功率负载电流采样电路主要由保护电阻(R7)、箝位二极管(ZD3)、电压跟随器(OA2)和低通滤波器(R9和C9)等部件构成，其电路原理是：大电流单电源型霍尔电流传感器(HCSh)安装在经Fl输出的第二路电源电路上(Bh)，通过HCSh实时检测大功率负载(大、雾、制动、倒车和转向灯)的输入电流，所得模拟电压信号经经过压箝位、电压跟随和低通滤波后输出至MCU的模拟口(内置模数转换器使能)。断路故障处理程序为：MCU分别将小功率和大功率负载电流的实际值与正常值范围(补偿由车载电源电压波动和灯丝电阻温度漂移引起的测量误差)进行比较，如超出范围，则保存故障信息，并通过状态指示电路进行故障提醒。制动和倒车信号故障诊断程序为：制动(或倒车)时，制动(或倒车)信号应为高电平，否则信号输出点的正端有断路故障；无制动(或倒车)时，制动(或倒车)信号应为低电平，否则信号输出点的负端有断路故障。灯光应急替补程序为：当近光灯(或前雾灯)断路并开启时，自动开启前雾灯(或近光灯)进行灯光替补；当制动灯(或倒车灯)断路并开启时，自动开启后雾灯进行灯光替补。

操控组件及状态指示电路的结构特征是：主要由操控组件和状态指示电路等组件构成。其中：1)操控组件电路主要由三位无复位式滑动开关(Sr)、三位无复位式推拉/旋转开关(Sm)、三位动合自复位式旋转开关(Sl)、三位动合自复位式拨杆开关(Sd)、三位无复位式拨杆开关(St)、双联二位无复位式按钮开关(Sa)、一位自复位+三位无复位式旋转开关(Si)、隔离二极管(VD9、VD10、VD11、VD12、VD13、VD14、VD15、VD16、VD17和VD18)等元件构成，其功能分类详见表1；其电路原理是：Sr、Sm、Sl、Sd、St和Sa的动触点均搭铁，Sr的一静触点悬空(公路档)、其余二静触点(土路档和冰雪档)分别经反向隔离后接至MCU的二数字口(内置上拉电阻使能，信号低电平有效，否则默认公路信号有效)，Sm的一静触点(全手动档)悬空、其余二静触点(半自动档和全自动档)分别经反向隔离后接至MCU的二数字口(内置上拉电阻使能，信号低电平有效，否则默认全手动信号有效)，Sl的二个静触点分别经反向隔离后接至MCU的两数字口(内置上拉电阻使能，开灯和关灯信号分别为上升沿和长时低电平有效)，Sd的二个静触点分别经反向隔离后接至MCU的两数字口(内置上拉电阻使能，点动和手动远/近光信号分别为低电平和上升沿有效；为使点动近/远光功能不受MCU或断路故障影响，Sd可增加一联作为冗余电路，其二个静触点分别接至DM6和DM7的漏极)，St的二个静触点、Sa的二个静触点、以及Esl和Esr相互并接后分别经反向隔离接至MCU的二数字口(内置上拉电阻使能，信号低电平有效)，Si(为原车附件)的电路原理详见车载及控制电源电路。2)状态指示电路主要由有源式蜂鸣器(Hb)、发光二极管(Hd、Hhl、Hhh、Hff、Hfr、Hsl和Hsr)、驱动模块(DM1、DM2、DM3、DM4、DM8、DM9和DM12)、限流电阻(R23、R24、R25、R26、R27、R28和R29)等元件构成，其信息分类详见表2；其电路原理是：由MCU控制输出的蜂鸣、诊断、近光、远光、前雾、后雾、转向信号灯状态指示电平分别通过驱动模块来驱动控制上拉至控制电源的Hb、R23及Hd、R24及Hl、R25及Hh、R26及Hff、R27及Hfr、R28及Hsl、R29及Hsr的通/断，从而通过声光形式来指示当前的系统状态。

表1操控组件功能分类

表2状态指示信息分类

3.在图4、5、6和7所示实施例中，本发明中控制器及其附件的功能结构主要由控制器面/背板(图4)、状态信息指示(图5)、组合开关旋钮(图6)和组合开关拨杆(图7)等部件组成。其中：1)控制器设置在汽车仪表台内，其面板主要由旋转步进式环境照度门限旋钮、旋转步进式前景亮度门限旋钮、三位滑动无复位式路面类别开关、三位滑动无复位式电源/应急开关等元件构成，其背板主要由电源指示灯、I/O接线端子(包括驱动控制/状态指示信号输出、原车信息/故障诊断/组合开关信号输入)等元件构成；2)状态信息指示设置在汽车仪表板上(为原车附件)，主要由远光、近光、前雾灯、后雾灯、左转向信号、右转向信号、诊断等指示灯和有源式蜂鸣器等元件构成；3)组合开关旋钮设置在汽车仪表台上(为原车附件改装)，由三位旋转自复位式灯光选择开关和三位推拉无复位式控制模式开关组装而成；4)组合开关拨杆安装在转向管柱上(为原车附件改装)，由三位拨动自复位式大灯变光开关和三位拨动无复位式转向信号开关组装而成；为方便安装和集中操作，也可取消组合开关旋钮，将灯光选择和控制模式旋钮依次设置在组合开关拨杆的里端和外端。

Claims (8)

1.一种多功能手/自动互补式前照灯变光器，其特征是：根据前景视距、近光照距、停车视距、制动和超车信息进行综合控制，具有手自动和全手动两种变光模式，能根据制动和超车信息自动更正手动变光操作，使手动和自动变光模式达到功能互补；也即将车速、前景亮度、前窗雨刮、路面类别、变光模式、变光开关、制动开关和油门全开信号输入微处理器，对自动变光条件、超车加速度a与其门限A、以及有无制动和油门全开信号进行比较判断和逻辑处理后输出控制指令，再通过驱动功率电路对大灯近/远光进行切换操作。

2.根据权利要求1所述的多功能手/自动互补式前照灯变光器，其特征是：开启手自动变光模式后，①当满足开自动近光条件且有近光开关信号下降沿触发手动近光时，保持或转入自动变光状态；当满足开自动近光条件且有远光开关信号下降沿触发手动远光时，切换至远光直至有制动或满足开自动远光条件的信号上升沿后，解除手动远光触发，转入自动变光状态；②当满足开自动远光条件且有远光开关信号下降沿触发手动远光时，保持或转入自动变光状态；当满足开自动远光条件且有近光开关信号下降沿触发手动近光时，切换至近光直至有a＞A、油门全开或满足开自动近光条件的信号上升沿后，解除手动近光触发，转入自动变光状态。

3.根据权利要求1所述的多功能手/自动互补式前照灯变光器，其特征是：开启全手动变光模式后，当有近光开关信号下降沿时，手动近光触发，保持或切换至近光；当有远光开关信号下降沿时，手动远光触发，保持或切换至远光。

4.根据权利要求1所述的多功能手/自动互补式前照灯变光器，其特征是：在手自动、全手动变光模式和关大灯状态下均能实现点动变光功能，当有近光开关信号高电平时，点动远光有效，保持或切换至远光；当有远光开关信号高电平时，点动近光有效，保持或切换至近光。

5.根据权利要求1所述的多功能手/自动互补式前照灯变光器，其特征是：在手自动、全手动变光模式下，关灯后重新开大灯时的初始状态均为近光。

6.根据权利要求1所述的多功能手/自动互补式前照灯变光器，其特征是：还具有手/自动互补式开关灯、急减速自动远光+后雾灯、大雨自动小+前雾灯、离车延时照明、转向弯道照明、断路故障提醒、灯光应急替补、自复位式组合开关之附加功能，①手/自动互补式开关灯即根据环境照度、持续时间、持续路程和前景亮度信息来开关小灯和大灯，具有手自动和全手动两种开关模式，使手动和自动开关模式达到功能互补；②急减速自动远光+后雾灯即根据环境照度和行车减速度信息来开关远光灯和后雾灯；③大雨自动小+前雾灯即根据控制模式、雨刮频率和持续时间信息来开关小灯和前雾灯；④离车延时照明即根据控制模式、环境照度、转向角度、熄火和停车信息来延时关小灯、大灯和左/右转向照明灯；⑤转向弯道照明即根据大灯开启、转向角度和倒车信息来开关左/右转向照明灯；⑥断路故障提醒即根据电源电压、负载电流和开灯信息来诊断和提醒外部车灯的断路故障；⑦灯光应急替补即车灯断路并开启时自动开启其它车灯进行灯光替补，以及通过多重冗余电路进行手动应急操作；⑧自复位式组合开关即采用自复位开关和电平触发方式实现灯光选择和大灯变光的手动操作。

7.根据权利要求1所述的多功能手/自动互补式前照灯变光器，其特征是：多功能电子控制系统的总体电路主要由微处理器及外围元件、驱动控制及功率负载、控制及功率电源、原车信息导出、断路故障诊断、操控组件及状态指示电路组成，其电路原理是：将原车信息导出电路、操控组件电路、断路故障诊断电路所得开关电平、脉冲数字或电压模拟信号输入微控制器，经控制逻辑处理后输出控制指令，再通过功率开关驱动功率负载和状态指示电路工作，期间分别由控制电源和功率电源向信号及驱动控制电路和功率负载电路供电；此外，原车信息导出也可由微处理器的CAN接口通过CAN收发器与原车CAN总线进行数据传输取得，且同时还可取得原车信息的故障诊断信号，以便及时将相关的自动功能转入手动方式。

8.根据权利要求1所述的多功能手/自动互补式前照灯变光器，其特征是：控制器面/背板主要由环境照度门限旋钮、前景亮度门限旋钮、路面类别开关、电源/应急开关、电源指示灯、I/O接线端子构成；状态信息指示主要由远光、近光、前雾灯、后雾灯、左转向信号、右转向信号、诊断指示灯和蜂鸣器构成；组合开关旋钮由旋转自复位式灯光选择开关和推拉无复位式控制模式开关组装而成；组合开关拨杆由拨动自复位式大灯变光开关和拨动无复位式转向信号开关组装而成；为方便安装和集中操作，也可取消组合开关旋钮，将灯光选择和控制模式旋钮依次设置在组合开关拨杆的里端和外端。

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