CN102114803B - 一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置，本发明属于车灯照明领域，为了使汽车在转弯时，前照灯照明方向与车辆运动趋势方向保持一致，需要前照灯旋转一定的角度。本发明提供了一种利用加速度传感器、陀螺仪、微控制器、LIN收发器、模数转换器、步进电机驱动芯片以及步进电机组成的控制前照灯旋转的装置，可应用于汽车前灯自适应系统（AdaptiveFront-lightingSystem,简称AFS）。

Description

一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置

技术领域

    本发明涉及车灯照明领域，是涉及一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置。

背景技术

目前，汽车前照灯弯道自适应系统（Adaptive Front-lighting System,简称AFS）如图1所示，在计算前照灯旋转角度时所使用的方法，大都是：采集方向盘转角并以此换算成车轮转角，并采集车速信息，利用车的轴距和车轮的转角进行近似计算。采用这种方法计算得到的结果精度低且方向盘转角传感器属于接触式机械传感器，可靠性差、价格昂贵，车速及方向盘转角信息需要通过车体总线传输，系统复杂。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提供一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置，它是利用加速度传感器、陀螺仪、微控制器、微分器、模数转换器、LIN收发器、步进电机驱动芯片及步进电机组成的装置，在汽车行驶时测量车辆加速度，角速度及角加速度，计算前照灯照射方向与车辆运动方向一致所需要旋转的角度，控制汽车前照灯旋转，以获得汽车在弯道行驶时前照灯照明方向与车辆运动趋势方向保持一致的最佳照明效果。

     本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置，由加速度传感器、陀螺仪、微控制器、微分器、模数转换器、LIN收发器、步进电机驱动芯片及步进电机组成，其特征在于：加速度传感器、陀螺仪、微分器的信息，经模数转换后，被微控制器采集，微控制器通过采集到的加速度、角速度、角加速的信息，计算车辆转弯时车体与车轮的夹角，并计算前照灯照明方向与车辆运动趋势方向保持一致所需要旋转的角度；微控制器通过LIN收发器与步进电机驱动通信，令步进电机驱动芯片控制步进电机，将前照灯精确达到应旋转角度。

所述计算车辆转弯时车体与车轮的夹角，并计算前照灯照明方向与车辆运动趋势方向保持一致所需要旋转的角度，是通过加速度传感器、陀螺仪、微分器，经模数转换器转换后，将数字量化的车体平行和垂直方向的加速度、转弯的角速度和角加速度提供给微控制器，微控制器就开始计算车辆在做转弯运动时车体与车轮的夹角，并计算前照灯的照明方向与车辆运动趋势方向保持一致所需要旋转的角度。

所述将前照灯精确达到应旋转角度，是通过步进电机驱动芯片调整控制前照灯旋转的步进电机角度，直到前照灯达到所应旋转角度。

   所述的加速度传感器为LIS344AC；陀螺仪为LPR4150AL；微控制器为9S12B128；步进电机驱动芯片为908E626； LIN收发器为MC33661；模数转换为ADS1248IPW；微分器为微分器CD4025。

本发明，是利用了测量加速度，角速度及角加速度并利用牛顿力学公式和三角形公式计算前照灯转角，之后利用步进电机驱动控制步进电机旋转到该角度。由于设计的方法在计算时严格按照牛顿力学原理和三角形公式原理，所以得到的结果精度高。并由于这种方法可以采用非接触式测量方式，不依靠系统外其他信息，因此系统简单、可靠性高、性价比好。

附图说明

图1是现有装置的框图。

图2 是本发明装置的框图。

图3是汽车弯道行驶示意图。

图4是计算前照灯转角示意图。

具体实施方式

由图2知，是本发明装置的框图。一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置，由加速度传感器LIS344AC、陀螺仪LPR4150AL、微控制器9S12B128、微分器C D4025、模数转换器ADS1248IPW、LIN收发器MC33661、步进电机驱动芯片908E626及步进电机组成，加速度传感器、陀螺仪、微分器的信息，经模数转换后，被微控制器采集，微控制器通过采集到的加速度、角速度、角加速的信息，计算车辆转弯时车体与车轮的夹角，并计算前照灯照明方向与车辆运动趋势方向保持一致所需要旋转的角度；微控制器通过LIN收发器与步进电机驱动通信，令步进电机驱动芯片控制步进电机，将左、右前照灯精确达到应旋转角度。 

图中加速度计提供车辆转弯时的X轴和Y轴的加速度；陀螺仪提供车辆转弯时的角速度；陀螺仪经微分器后提供车辆转弯时的角加速度；加速度、角速度、角加速度经模数转换数字量化后，由微控制器计算得到车灯应该偏转的角度并将该角度通过LIN总线传送到左右两个步进电机驱动；步进电机驱动带动步进电机精确旋转到所需角度。

     如图3所示，是汽车弯道行驶示意图。图中                                                

为转弯时车轮与Y轴的夹角, 即车轮和车体方向的夹角；κ为PA₀和 PA₁与X轴的夹角，即与车体垂直方向的夹角。P为车辆加速度及角速度和角加速度的测量点，A₀和A₁为车辆左右前照灯的位置。

 如图4所示，是计算前照灯转角示意图。P₀为t0时刻位置，P₁为在t1时刻系统预测的车辆的位置，O为转弯时的圆周运动的圆心。图中X方向和Y方向与图1中一致，即X方向为与车体垂直的方向，该方向上的加速度计为

；Y方向为与车体平行的方向，该方向上的加速度计为

，汽车的角速度记为ω，角加速度为α，P₀O为法向的向心加速度方向，与其垂直的为切向加速度方向。由图中的角度关系和牛顿力学原理可知，切向加速度和向心加速度的计算如下：

。

实施例：如下例表中所示:    

 1. 利用LIS344AC经ADS1248IPW模数转换后测量X轴方向上的加速度和Y轴方向上的加速度

，利用LPR4150AL经ADS1248IPW模数转换后测量角速度ω，利用LPR4150AL做输入信号的微分器CD4025经ADS1248IPW模数转换后测量角加速度a。

    2.  微控制器9S12B128根据ω的值判断该车是处于左转弯、右转弯或者直线行驶。

    3.  如果车辆处于转弯状态，微控制器9S12B128根据式3计算得到车轮与Y轴的夹角。

4. 微控制器9S12B128根据式14得到车灯应转过的角度δ。

5．微控制器9S12B128根据车辆转弯情况判断，需将左照灯或右照灯调整到角度δ，将另外的前照灯角度为0.左转弯时，左前照灯需转过δ，右前照灯转角为0；右转弯时，右前照灯需转过δ，左前照灯转角为0。

6．微控制器9S12B128通过LIN收发器为MC33661与双侧的步进电机驱动908E626通信，将电机所需转角发送至908E626。

7．908E626控制步进电机，达到所需角度。

测试数据：

。

Claims (3)

1.一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置，由加速度传感器、陀螺仪、微控制器、微分器、模数转换器、LIN收发器、步进电机驱动芯片及步进电机组成，其特征在于：加速度传感器、陀螺仪、微分器的信息，经模数转换后，被微控制器采集，通过采集到的加速度、角速度、角加速度的信息，微控制器根据式（3）

$\mathrm{tg\θ}=\frac{{\mathrm{\αa}}_x-a_y{\mathrm{\ω}}^2}{a_x{\mathrm{\ω}}^2+{\mathrm{\αa}}_y},$ $\mathrm{\θ}=\mathrm{arctg}\frac{{\mathrm{\αa}}_x-a_y{\mathrm{\ω}}^2}{a_x{\mathrm{\ω}}^2+{\mathrm{\αa}}_y}$ $\left(\right|\mathrm{\θ}|\≤\frac{\mathrm{\π}}{2})$

计算得到车辆转弯时车体与车轮的夹角θ，其中α为角加速度，ω为汽车的角速度，α_x为与车体垂直的方向上的加速度，α_y为与车体平行的方向上的加速度；微控制器根据式（14）

$\mathrm{\δ}=\mathrm{\π}+\mathrm{\κ}-\arcsin \frac{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\frac{\mathrm{\γ}}{2}-\mathrm{\κ}-\mathrm{\θ})\·2R\sin \frac{\mathrm{\γ}}{2}}{\sqrt{{\left(2R\sin \frac{\mathrm{\γ}}{2}\right)}^2+L^2+4\mathrm{LR}\sin \frac{\mathrm{\γ}}{2}\cos (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\frac{\mathrm{\γ}}{2}-\mathrm{\κ}-\mathrm{\θ})}}$

计算得到前照灯照明方向与车辆运动趋势方向保持一致所需要旋转的角度δ，其中，κ为PA₀和PA₁与X轴的夹角，即与车体垂直方向的夹角，P为车辆加速度及角速度和角加速度的测量点，A₀和A₁为车辆左右前照灯的位置，R为车辆转弯时的圆周运动的曲率半径，γ为车辆到达预测位置时转过的圆心角度，L为P₀A的距离，P₀为t₀时刻车辆加速度及角速度和角加速度的测量点，A₀和A₁为车辆左右前照灯的位置，A为车辆前照灯的位置；微控制器通过LIN收发器与步进电机驱动通信，令步进电机驱动芯片控制步进电机，将前照灯精确达到应旋转角度。

2.根据权利要求1所述的一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置，其特征在于：所述的前照灯精确达到应旋转角度，是通过步进电机驱动芯片调整控制前照灯旋转的步进电机角度，直到前照灯达到所应旋转角度。

3.根据权利要求1所述的一种汽车前照灯弯道自适应控制的装置，其特征在于：所述的加速度传感器为LIS344AC；陀螺仪为LPR4150AL；微控制器为9S12B128；步进电机驱动芯片为908E626；LIN收发器为MC33661；模数转换为ADS1248IPW；微分器为微分器CD4025。

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