车前灯及其照明方向偏转控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆的车前灯,特别是涉及一种其照明方向可以偏转的车前灯,以及其照明方向偏转的控制方法。
背景技术
为了使驾驶者可以更清楚地看到前方对象以增加行驶安全,车辆的车前灯的照明方向通常需要根据汽车行驶状态进行调整。目前,市场上存在多种包括左右和上下动力转动执行机构的车前灯,其以不同的方式实现车前灯照明方向的转动。这些转动执行机构包括:齿轮链传动机构、蜗轮蜗杆机构或连杆机构(例如,柔性连杆机构)等。为了使这些转动执行机构能够有效地实施转动动作,就要求这些机构能够提供位置自锁、尽可能小的传动间隙以及转动角度精确等功能。
然而,现有的转动执行机构是不能同时提供上述功能的。例如,齿轮链传动机构不能做到位置自锁,还会存在较大的传动间隙;蜗轮蜗杆机构在保证传动间隙方面有难度;连杆机构也存在较大的传动间隙;而柔性连杆机构存在额外的功率损耗。另外,这些转动执行机构由于结构较为复杂,需要较高的制造成本。此外,这些转动执行机构都需要配备复杂和精密的电子回馈信号装置,才能保证转动角精度的可控性。这样不但增加了制造成本,同时也难以保证其使用的可靠性。
一些智能车前灯系统一般采用步进电机作为转动执行机构,以转动车前灯的照明方向。在这些智能车前灯系统工作之前需要进行初始化操作,即确定车前灯照明方向的绝对位置,然后将车前灯转动至默认位置,这样才可以保证正确的转动车前灯照明方向。一般控制方法包括以下两种:
其一,驱动步进电机至其行程的极限位置,然后侦测对步进电机施加的驱动电流。倘若驱动电流比正常工作范围内的电流大时,则表示步进电机已经到达极限位置。微电脑程序根据这个位置资料,再把步进电机驱动至预先设定的初始位置。
这种做法需要侦测步进电机的电流,由于步进电机到达行程极限位置时受阻,对步进电机以及相关的机械部件可能会造成结构上的不良影响。长时间使用后,机械部件或步进电机较易损坏,使产品可靠性大打折扣。
另外,在系统运作过程中,步进电机无可避免地会丢失一些步级。如果这种情况发生,车前灯照明方向位置会出现偏差,系统就需要重新初始化,才能继续可靠地工作。
其二,在机械活动组件的转动全程中包含位置反馈信号,车前灯在所有照明方向位置上都会有相应的模拟电压信号输出。系统控制微电脑会跟据输出的模拟电压信号把步进电机驱动至预先设定的初始位置。
这种做法能在任何时间都能知道车前灯的照明方向,有利控制系统编程。但是,采用这类反馈传感器引起空间过大和成本过高等问题,不是所有厂家或使用者可以接受的。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于能够在智能照明装置内提供一种简易可靠的转动执行机构,实现同时提供位置自锁、传动间隙小及转动角精度可控性高等优点。在弥补上述同类产品存在的局限性同时,可使该类产品以更低廉成本制造出来。
由此,本发明提出了一种车前灯,其可以包括外壳;第一微调器和第二微调器,其沿着同一水平线固定于外壳上;主框架,其枢转地连接于第一和第二微调器,以悬挂于外壳内;近光灯,其枢转地设置于主框架上;远光灯,其固定地设置于主框架上;第一直线驱动电机,其固定于外壳并包括耦合于主框架的第一输出轴,以通过第一输出轴的伸缩运动来推动主框架绕第一、第二微调器与主框架的连接点形成的中心线进行转动;和微处理单元,其电连接于第一直线驱动电机,以根据行车状态数据指令第一直线驱动电机在所需的方向上使第一输出轴移动所需的步长。
优选地,该车前灯还可以包括第一传感装置,其包括固定于第一输出轴的第一触发片和其位置相对于第一直线驱动电机壳体固定的第一传感器,第一触发片跟随第一输出轴移动,并在与第一传感器对齐的位置触发第一传感器发出开关信号;其中该微处理单元电连接于第一传感装置,以根据来自第一传感装置的开关信号校正第一输出轴的位置偏差。
优选地,第一微调器可以包括固定在外壳上的第一共点微调单元、啮合于第一共点微调单元中且其前端为第一悬挂头的第一螺旋杆和固定在主框架上以承载第一悬挂头的第一悬挂座,第一悬挂头形成球头以可自由转动地承载于形成于第一悬挂座中的球形窝座中;第二微调器包括固定在外壳上的第二共点微调单元、啮合于第二共点微调单元中的第二螺旋杆、可枢转地连接于第二螺旋杆前端且其前端为第二悬挂头的枢转杆、和固定在主框架上以承载第二悬挂头的第二悬挂座,第二悬挂头形成球头以可自由转动地承载于形成于第二悬挂座中的球形窝座中,其中旋转第一和第二螺旋杆可使得主框架沿外壳前后方向移动。第一和第二悬挂座可以沿近光灯在车前灯左右方向上的水平中心线固定在主框架上。优选地,第一和第二悬挂座可以设置于近光灯两侧。
另外,主框架上可以固定地设置有浮动铰接机构且浮动铰接机构中设置有圆形槽,第一输出轴前端形成球头,第一输出轴的球头滑动配合地设置于浮动铰接机构的圆形槽中。
优选地,近光灯与主框架可以通过上枢纽和下枢纽枢转地连接,上枢纽包括固定于主框架的第一上固定架、固定于近光灯的第二上固定架以及枢转地连接第一上固定架和第二上固定架的上转动轴;下枢纽包括固定于主框架并且其上设置有通孔的下固定架、可转动地设置于主框架的摇臂座以及贯穿通孔并且上端固定于近光灯而下端固定于摇臂座的下转动轴。
优选地,车前灯还可以包括固定于主框架的第二直线驱动电机,第二直线驱动电机包括第二输出轴,第二输出轴前端设置有球头,摇臂座包括用于与主框架枢转联接的基座和连接于基座并设置有圆形槽的摇杆,第二输出轴的球头滑动配合地设置于摇杆的圆形槽中,以通过第二输出轴的伸缩运动来转动下转动轴进而带动近光灯转动。
车前灯还可以包括与第一传感装置类似的第二传感装置,其设置于第二直线驱动电机中。
另一方面,本发明还提供了一种车前灯照明方向偏转的控制方法,车前灯包括具有输出轴的直线驱动电机,以通过输出轴的伸缩运动来偏转车前灯的照明方向,该方法包括:对输出轴进行初始化操作,以确定输出轴的初始位置;利用预设算法根据行车状态数据计算出车前灯照明方向所需偏转的角度,并且据此计算出输出轴所需移动的步长及方向;和指令直线驱动电机在上述方向上使输出轴移动上述步长。
优选地,输出轴上固定有触发片,其位置相对于直线驱动电机壳体固定地设置有传感器,触发片跟随输出轴移动,并在与传感器对齐的位置触发传感器发出开关信号,从而,初始化操作具体可以包括以下步骤:(a)指令直线驱动电机在第一方向上移动输出轴;(b)判断输出轴否达到行程极限,如果是,则直接跳转至步骤(e),否则进入步骤(c);(c)判断传感器是否发出开关信号,如果是,则进入步骤(d),否则回到上述步骤(a);(d)指令直线驱动电机使输出轴在第一方向上移动一个定量;(e)指令直线驱动电机在与第一方向相反的第二方向上移动输出轴;(f)判断输出轴否达到行程极限,如果是,则中止初始化操作,否则进入步骤(g);(g)判断传感器是否发出开关信号,如果是,则进入步骤(h),否则回到上述步骤(e);(h)记录输出轴所处的位置为初始位置;(i)指令直线驱动电机将输出轴移动至预定的默认位置,并结束初始化操作。
优选地,以上初始位置可以为车前灯的光束投射角度平行于车身前后方向中心线时输出轴所处的位置。
另外,该方法还包括根据输出轴在一特定方向上移动过程中传感器发出的开关信号确定输出轴的位置偏差;指令直线驱动电机移动输出轴,以补偿位置偏差。
附图说明
以下结合附图对本发明的车前灯及其照明方向转动控制方法进行详细说明,其中:
图1是本发明车前灯的一个实施方式的透视图;
图2是图1所示车前灯去除外壳之后的透视图;
图3是图2所示车前灯的仰视图;
图4是图2所示车前灯的另一角度透视图;
图5是本发明车前灯照明方向偏转控制方法中初始化操作流程图;以及
图6是本发明车前灯照明方向偏转控制方法中转动操作流程图。
具体实施方式
如图1-3所示,本发明的车前灯1包括外壳2和内部机构3。该内部机构3包括:主框架12;通过转动枢纽悬挂在主框架12上的近光灯14,该近光灯还具有透镜组16;直接安装在主框架12上的远光灯18,该远光灯还具有透镜组20;以及在大致水平方向固定于外壳2以用于悬挂主框架12的第一和第二微调器4和6。该第一微调器4包括:固定在外壳2上的共点微调单元22;啮合于共点微调单元22且其前端为悬挂头的螺旋杆24;以及固定在主框架12上以承载悬挂头的悬挂座26。该螺旋杆24前端的悬挂头形成球头,而悬挂座26中形成球形窝座,从而该球头和球形窝座形成可自由转动的联接。该第二微调器6包括:固定在外壳2上的共点微调单元30;啮合于共点微调单元30的螺旋杆31;可枢转地连接于螺旋杆31前端且其前端为悬挂头32的枢转杆33;以及固定在主框架12上以承载悬挂头32的悬挂座34。该枢转杆33前端的悬挂头32形成球头,而悬挂座34中形成球形窝座,从而该球头和球形窝座形成可自由转动的联接。由此,螺旋杆24和枢转杆33前端的悬挂头的中心连线形成一个虚拟转动中心线,使得整个主框架12可以绕其转动,从而可以改变近光灯14和远光灯18俯仰照明方向。优选地,悬挂座26和34沿着近光灯14在该车前灯左右方向的水平中心线设置于主框架上,例如,设置在近光灯14两侧,从而,该虚拟转动中心线与近光灯14投射光束中心线相交,并且靠近于近光灯14的投射光束中心。螺旋杆31和枢转杆33之间的枢转联接为螺旋杆24的悬挂头与枢转杆33的悬挂头之间的线距离提供了自由度。
第一和第二微调器4和6的螺旋杆24和31的后端伸出外壳2,并设置有旋钮。例如,当顺时针转动第一或第二微调器4或6的旋钮时,螺旋杆24或31缩回共点微调单元22或30中,从而带动主框架12及其上设置的近光灯14和远光灯18朝外壳2内部移动。当逆时针转动第一或第二微调器4或6的旋钮时,螺旋杆24或31会移出共点微调单元22或30,从而带动主框架12及其上设置的近光灯14和远光灯18朝外壳2外部移动。
为了在受控状态下转动主框架12以带到其上设置的近光灯和远光灯转动,本发明可以采用步进电机作为转动执行机构。例如,如图1和2所示,第一直线驱动电机8固定于外壳2上,用以推动主框架12以上述虚拟转动中心线为转动轴进行转动。该第一直线驱动电机8的输出轴9前端设置有球头37,而在球头37和主框架12之间设置有浮动铰接机构36。该浮动铰接机构36固定于该主框架上并且其中设置有圆形槽38,该圆形槽38滑动配合地套在球头37上。当该直线驱动电机8的输出轴9做伸缩动作时,主框架12将围绕上述虚拟中心线转动。
近光灯14与主框架12之间的转动枢纽包括上枢纽40和下枢纽46。上枢纽40的固定架41固定于主框架12上,其通过转动轴42可枢转地连接于固定在近光灯14上的固定架。
下枢纽的固定架45也固定于主框架12上,下枢纽的转动轴47贯穿固定架45中的通孔,并且其上端固定于近光灯14上,而其下端固定于摇臂座50。摇臂座50包括用于与主框架12枢转联接的基座51和连接于该基座51并设置有圆形槽53的摇杆52。
类似的,为了在受控状态下转动近光灯,本发明可以采用步进电机作为近光灯的转动执行机构。例如,如图1和3所示,第二直线驱动电机60固定于主框架12上。该第二直线驱动电机60输出轴62前端设置有球头61,该球头61滑动配合于摇臂座50的圆形槽53中。当该第二直线驱动电机60的输出轴62作伸缩动作时,近光灯14将被固定于摇臂座50的转动轴47带动围绕转动轴42和47形成的中心线转动,从而实现近光灯14的左右转动。
为了检测第一直线驱动电机8的输出轴9的位移,以确定该近光灯14和远光灯18俯仰转动的角度,可以在第一直线驱动电机8输出轴9的运行路径上设置传感装置。在本发明的一个实施方式中,该传感装置为传感器和触发片。例如,如图3所示,该传感装置包括:设置在第一直线驱动电机8的输出轴9上的触发片(例如,遮光片)11;和其位置相对于该第一直线驱动电机壳体固定的传感器(例如,光电传感器)13,例如该传感器可以固定于第一直线驱动电机壳体上或者第一直线驱动电机壳体所设置的车前灯外壳上等,其中该遮光片11可以跟随输出轴9的伸出或缩进动作而移动,并在与光电传感器13对齐的位置遮挡光电传感器13的感应光源,以触发光电传感器13发出开关信号。该光电传感器13可以电连接于微处理单元(图中未显示),以向该微处理单元发送该开关信号。当微处理单元接收到开关信号时,就确定该第一直线驱动电机8的输出轴9处于初始位置,进而确定该主框架12处于俯仰转动动作的初始位置。虽然遮光片11可以从两个相对方向遮挡光电传感器13,而光电传感器13都会发出开关信号,但是只有从一个固定方向上遮挡而使光电传感器13发出的开关信号才会被用作确认上述初始位置。上述触发片和传感器也可以采用其他类型的传感装置,例如,接触式传感装置。
类似地,为了检测第二直线驱动电机60的输出轴62的位移,以确定该近光灯14左右转动的程度,可以在第二直线驱动电机60上设置传感装置。例如,如图4所示,该传感装置包括:设置在第二直线驱动电机60的输出轴62上的触发片(例如,遮光片)63;和其位置相对于该第二直线驱动电机壳体固定的传感器(例如,光电传感器)15,例如该传感器可以固定于第二直线驱动电机壳体上或者第二直线驱动电机壳体所设置的主框架上等,其中该遮光片63可以跟随输出轴62的伸出或缩进动作而移动,并在与光电传感器15对齐的位置遮挡光电传感器15的感应光源,以触发光电传感器15发出开关信号。该光电传感器15可以电连接于微处理单元(图中未显示),以向该微处理单元发送该开关信号。当微处理单元接收到开关信号时,就确定该第一直线驱动电机60的输出轴62处于初始位置,进而确定该近光灯14处于左右转动动作的初始位置。虽然遮光片63可以从两个相对方向遮挡光电传感器15,而光电传感器15都会发出开关信号,但是只有从一个固定方向上遮挡而使光电传感器15发出的开关信号才会被用作确认上述初始位置。上述触发片和传感器也可以采用其他类型的传感装置,例如,接触式传感装置。
该微处理单元可以利用预设算法根据行车状态数据计算出车前灯(近光灯和/或远光灯)照明方向所需偏转的角度,并且据此计算出第一和/或直线驱动电机的输出轴所需移动的步长及方向,从而指令第一和/或第二直线驱动电机在相应的方向上驱动其各自输出轴移动相应步长。同时,该微处理单元可以根据来自第一和第二直线驱动电机的传感装置的开关信号来确定第一和第二直线驱动电机输出轴的初始位置,并对第一和第二直线驱动电机输出轴的位置进行校正和补偿。
本发明车前灯照明方向偏转控制方法的控制流程如图5和6所示,其中,图5示出了初始化操作流程图;图6示出了转动操作流程图。由于第一直线驱动电机和第二直线驱动电机所受到的控制是类似的,以下以直线驱动电机来统称第一直线驱动电机和第二直线驱动电机。
下面详细说明本发明中直线驱动电机在初始化操作中的控制流程。
首先,在步骤S101中,微处理单元指令直线驱动电机8使其输出轴9伸出。在步骤S102中,微处理单元判断直线驱动电机8的输出轴9是否达到行程极限。如果是,则直接跳转至步骤S105,即微处理单元指令直线驱动电机8的输出轴9反向移动,在此情况下,向直线驱动电机8内缩回;如果否,则流程进入步骤S103,微处理单元判断光电传感器13是否发出开关信号。如果微处理单元确定光电传感器13没有发出开关信号,则指令直线驱动电机8继续使其输出轴9伸出,即回到步骤S101;而当微处理单元确定光电传感器13发出开关信号,则进入步骤S104,微处理单元指令直线驱动电机8使输出轴9伸出一个定量,然后转到步骤S105。如上所述,在步骤S105中,微处理单元指令直线驱动电机8的输出轴9反向移动,即向直线驱动电机8内缩回。在步骤S106中,微处理单元判断直线驱动电机8的输出轴9是否达到行程极限。如果是,则表示该系统已经失效或者系统进行了不正常处理,从而微处理单元中止该初始化操作,并可以发出警报;如果否,则流程进入步骤S107,微处理单元判断光电传感器是否发出开关信号。如果微处理单元确定光电传感器13没有发出开关信号,则指令直线驱动电机8继续缩回其输出轴,即回到步骤S105;而当微处理单元确定光电传感器13发出开关信号,则转到步骤S108,微处理单元确定直线驱动电机8的输出轴9此时处于初始位置,并记录输出轴的该位置为初始位置以备校正之用。随后,在步骤S109中,微处理单元指令直线驱动电机8将其输出轴9移动至默认位置,并确定完成初始化操作。
一般而言,上述初始位置是当车前灯的光束投射角度平行于车身前后方向中心线时直线驱动电机的输出轴所处的位置。
对于本领域技术人员而言,直线驱动电机的输出轴初始移动方向并不影响初始化操作,从而,微处理单元也可以指令直线驱动电机首先缩回其输出轴,并随后在步骤S105中指令直线驱动电机伸出其输出轴。
在完成初始化操作之后,微处理单元按照图6所示的流程控制该车前灯的转动操作。首先,在步骤S201中,微处理单元利用预设算法根据行车状态数据计算出车前灯(近光灯和/或远光灯)照明方向所需偏转的角度,并且据此计算出直线驱动电机的输出轴所需移动的步长及方向。随后,在步骤S202中,微处理单元指令直线驱动电机使输出轴在该方向上移动该步长。微处理单元仅利用传感装置在直线驱动电机输出轴进行缩回动作时发出的开关信号对直线驱动电机输出轴的位置进行校正和补偿,而并不考虑传感装置在直线驱动电机输出轴进行伸出动作时发出的开关信号;或者相反,即微处理单元仅利用传感装置在直线驱动电机输出轴进行伸出动作时发出的开关信号对直线驱动电机输出轴的位置进行校正和补偿。例如,在本示例步骤S203中,微处理单元判断输出轴是否执行了伸出动作。如果是,则流程回到S201,微处理单元重新根据车状态数据计算出车前灯(近光灯和/或远光灯)照明方向所需偏转的角度,并且重新据此计算出直线驱动电机的输出轴所需移动的步长及方向,即微处理单元在这种情况下并不对直线驱动电机输出轴的位置进行校正和补偿;否则,如果微处理单元确定输出轴执行缩回动作,则流程进入步骤S204,微处理单元判断光电传感器是否发出开关信号。如果微处理单元确定光电传感器没有发出开关信号,则流程回到步骤S201。但是,如果微处理单元确定光电传感器发出开关信号,微处理单元就在步骤S205中进一步确定光电传感器发出开关信号时输出轴所处的位置是否为输出轴的初始位置。如果是,则表明该直线驱动电机运作正常,没有出现位置偏差,从而流程回到步骤S201;如果否,则表明该直线驱动电机的输出轴产生了位置偏差,微处理单元就在步骤S206中记录该位置偏差值,并在步骤S207中指令直线驱动电机相应地移动输出轴,以补偿该偏差。补偿完成之后,流程回到S201。
通过本发明的上述照明方向转动装置和转动控制方法,可以准确地根据行车状态来改变车前灯的照明方向,从而保证了行车安全。另外,本发明利用简单的传感装置和微处理单元进行控制,实现了持续校正照明方向的功能,而不需像以往的转动执行机构一样需要采用昂贵的传感器和复杂的机构,从而降低了整个系统的制造成本和体积。同时,本发明避免了利用步进电机达到行程极限受阻所产生的较大电流方法来校正步进电机位置,从而可以有效增加系统的可靠性并延长了系统的使用寿命。
尽管参照优选的实施例描述了本发明,但本发明并不限于此,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下,可以对本发明进行各种改进和变形。