CN102874172B - 一种afs执行器的控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

采用本申请提供的一种AFS执行器的控制方法和控制装置，只需预先确定AFS执行器中三个相对位置数据以及分别在水平方向上和竖直方向上的旋转角度，就能计算得到直线电机的运行步数和步进电机的运行步数，步进电机通过蜗轮将输出的旋转运动传输到直线电机，直线电机结合自身的直线输出和旋转运动，带动灯头在水平方向上转动和竖直方向上转过相应的旋转角度。采用本申请提供的一种AFS执行器的控制方法和控制装置只需要获取较少的数据，计算直线电机和步进电机的运行步数的总运算量较小，实现过程简单。

Description

一种AFS执行器的控制方法和控制装置

技术领域

本申请属于汽车领域，尤其涉及一种AFS执行器的控制方法和控制装置。

背景技术

随着社会的发展与进步，汽车行驶的周边环境变得越来越复杂。到了的限速不同、路面的照明不同、行人的密度不同、天气条件的环境不同，使得传统上只有近光和远光两种照明模式的前照灯，已无法满足人们日益增长的行驶安全需要。一种自适应前照明系统（AFS，AdaptiveFront-lighting System）应运而生，这种系统能够根据周边环境调整自身的配光方式，提供更大的照明范围和照明距离，同时也能改善前照灯的照明死角。

该系统实现上述的功能需要采用执行装置来控制车灯的两个自由度：车灯的水平旋转和垂直俯仰。车灯的水平旋转角度由步进电机输出的旋转步数控制，竖直俯仰角度由直线电机输出的运行步数控制。

目前常用的执行装置是采用两个单独的执行器：一个驱动灯头水平旋转运动的水平旋转执行器，一个驱动灯头垂直俯仰运动的竖直俯仰执行器。汽车的ECU（Electronic Control Unit，控制单元）依据每个执行器中各个组成部件之间的位置关系以及两个执行器之间的相对位置关系和灯头分别在水平方向和竖直方向的目的转动角度，分别计算步进电机输出的旋转步数和直线电机输出的运行步数，步进电机和直线电机依据ECU的计算输出值动作，使灯头旋转相应的角度，达到调节车灯照明角度的目的。

采用这种方法，分别需要确定每个执行器内部组成部件的位置关系和两个执行器之间的位置关系，并单独计算每个执行器中的相应电机的运行步数，这样需要获取大量的数据，计算各个执行器的输出步数的总运算量较大，且过程复杂。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种AFS执行器的控制方法和控制装置，能够通过只获取较少的数据就能计算得到直线电机的运行步数和步进电机的旋转步数，进而对灯头进行旋转控制，达到调节车灯照明角度的目的。

一种AFS执行器的控制方法，所述AFS执行器包括步进电机、直线电机和灯头，所述步进电机的输出轴与固定所述直线电机的蜗轮的齿轮相啮合，所述直线电机的输出轴通过球副结构与所述灯头相连，包括：

接收灯头调节指令，所述灯头调节指令中包括所述灯头的水平方向上的第一旋转角度和竖直方向上的第二旋转角度；

获取所述直线电机的中心轴到所述灯头的水平旋转轴的第一距离、所述齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离、所述球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离；

依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号；

将所述第一控制信号发送至所述步进电机，并控制所述步进电机运行与所述第一控制信号对应的运行步数，以使得所述直线电机通过所述蜗轮接受所述步进电机传输的旋转运动；

将所述第二控制信号发送至所述直线电机，并控制所述直线电机运行与所述第二控制信号对应的运行步数，使得所述直线电机直线输出与所述第二控制信号对应的位移，以使得所述直线电机结合所述旋转运动和直线输出带动所述灯头在水平方向旋转第一旋转角度并在竖直方向旋转第二旋转角度。

上述的控制方法，优选的，所述依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号包括：

依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及获取的所述第一距离、第二距离和第三距离，计算得到所述直线电机待转动的位移量和所述齿轮旋转的角度；

依据所述直线电机的待转动的位移量和所述直线电机的每运转一步所产生的位移量，计算得到所述直线电机的待运转的运行步数；

依据所述齿轮旋转的角度，以及所述步进电机的步距角和齿轮传动机构的总传动比，计算得到步进电机的待运转的运行步数；

依据所述步进电机待运转的运行步数生成第一控制信号，依据所述直线电机的待运转的运行步数生成第二控制信号。

上述的控制方法，优选的，所述依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及获取的所述第一距离、第二距离和第三距离，计算得到所述直线电机待转动的位移量和所述齿轮旋转的角度包括：

所述齿轮旋转角度的计算式包括：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{-l_1\tan \mathrm{\α}}{h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}}}$

所述直线电机待转动的位移量计算式包括：

$s=\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+{(h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})}^2}-h_1+l_0$

其中，θ表示齿轮旋转角度，s表示直线电机待转动的位移量，α表示灯头的第一旋转角度、β表示第二旋转角度、l₁表示第一距离、h₁表示第二距离、l₀表示第三距离。

上述的控制方法，优选的，所述依据所述直线电机的待运行的位移量和所述直线电机的每运转一步所产生的位移量，计算得到所述直线电机的待运转的运行步数包括：

所述直线电机待运转的运行步数计算式包括：

$T1=\frac{s}{a}$

其中，T1表示直线电机待运转的运行步数，s表示直线电机待运转的位移量，a表示直线电机每运转一步所产生的位移量。

上述的控制方法，优选的，所述依据所述齿轮旋转的角度，以及所述步进电机的步距角和齿轮传动机构的总传动比，计算得到步进电机的待运转的运行步数包括：

所述步进电机的待运转的运行步数计算式包括：

T2=θ×i/θs

其中，T2表示步进电机的待运转的旋转步数，θ表示齿轮旋转角度，i表示齿轮传动的总传动比，θs表示步进电机的步距角。

一种AFS执行器的控制装置，应用于上述任一项所述的控制方法中，包括：

指令接收器，用于接收灯头调节指令，所述灯头调节指令中包括所述灯头的水平方向上的第一旋转角度和竖直方向上的第二旋转角度；

获取器，用于获取所述直线电机的中心轴到所述灯头的水平旋转轴的第一距离、所述齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离、所述球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离；

控制信号生成器，用于依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号；

第一发送器，用于将所述第一控制信号发送至所述步进电机，并控制所述步进电机运行与所述第一控制信号对应的运行步数，以使得所述直线电机通过所述蜗轮接受所述步进电机传输的旋转运动；

第二发送器，用于将所述第二控制信号发送至所述直线电机，并控制所述直线电机运行与所述第二控制信号对应的运行步数，使得所述直线电机直线输出与所述第二控制信号对应的位移，以使得所述直线电机结合所述旋转运动和直线输出带动所述灯头在水平方向旋转第一旋转角度并在竖直方向旋转第二旋转角度。

上述的装置，优选的，所述控制信号生成器包括：

第一计算单元，用于依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及获取的所述第一距离、第二距离和第三距离，计算得到所述直线电机待转动的位移量和所述齿轮旋转的角度；

第二计算单元，用于依据所述直线电机的待运转的位移量和所述直线电机的每运转一步所产生的位移量，计算得到所述直线电机的待运转的运行步数；

第三计算单元，用于依据所述齿轮旋转的角度，以及所述步进电机的步距角和齿轮传动机构的总传动比，计算得到步进电机的待运转的运行步数；

控制信号生成单元，用于依据所述直线电机的待运转的运行步数生成第一控制信号，依据所述步进电机待运转的运行步数生成第二控制信号。

本申请提供了一种AFS执行器的控制方法，包括：接收灯头调节指令，所述灯头调节指令中包括所述灯头的水平方向上的第一旋转角度和竖直方向上的第二旋转角度；获取所述直线电机的中心轴到所述灯头的水平旋转轴的第一距离、所述齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离、所述球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离；依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号；将所述第一控制信号发送至所述步进电机，并控制所述步进电机运行与所述第一控制信号对应的运行步数，以使得所述直线电机通过所述蜗轮接受所述步进电机传输的旋转运动；将所述第二控制信号发送至所述直线电机，并控制所述直线电机运行与所述第二控制信号对应的运行步数，使得所述直线电机直线输出与所述第二控制信号对应的位移，以使得所述直线电机结合所述旋转运动和直线输出，以带动所述灯头在水平方向旋转第一旋转角度并在竖直方向旋转第二旋转角度。采用本申请提供的一种AFS执行器的控制方法和控制装置，只需预先确定所述AFS执行器中三个相对位置数据以及分别在水平方向上和竖直方向上的旋转角度，就能计算得到直线电机的运行步数和步进电机的运行步数，步进电机通过蜗轮将输出的旋转运动传输到直线电机，直线电机结合自身的直线输出，带动灯头在水平方向上转动和竖直方向上转过相应的旋转角度。采用本申请提供的一种AFS执行器的控制方法和控制装置只需要获取较少的数据，计算直线电机和步进电机的运行步数的总运算量较小，实现过程简单。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种AFS执行器的控制方法实施例的流程图；

图2是本申请提供的一种AFS执行器中各个部分在转动灯头过程中的相对位置；

图3是本申请提供的一种AFS执行器的控制方法实施例的一具体流程图；

图4是本申请提供的一种AFS执行器的结构图示意图；

图5是本申请提供的一种AFS执行器的控制装置实施例的结构示意图；

图6是本申请提供的一种AFS执行器的控制装置实施例的一具体结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1示出了本申请提供的一种AFS执行器的控制方法实施例的流程图，包括：

步骤S101：接收灯头调节指令；

所述灯头调节指令中包括所述灯头的水平方向上的第一旋转角度和竖直方向上的第二旋转角度。

驾驶员驾驶汽车时，当需要对灯头照亮的视野范围进行调整时，发出调节灯头方向的灯头调节指令，该灯头调节指令中包括该灯头在水平方向上的第一旋转角度和在竖直方向上的第二旋转角度。

灯头在水平方向上转过第一旋转角度，并在竖直方向上转过第二旋转角度后，就能将照亮的视野范围调整到目的位置。

步骤S102：获取所述直线电机的中心轴到所述灯头的水平旋转轴的第一距离、所述齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离、所述球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离；

参见图2所示的示意图，示出了本申请提供的一种AFS执行器中各个部分在转动灯头过程中的相对位置。

其中，O点所在的x轴和z轴组成的平面，即为灯头在水平和竖直两个方向的旋转平面；A点表示灯头尾部起始位置；B点表示直线电机位置；C点表示球副结构在z=0的平面的投影；D点表示灯头转过第一旋转角度和第二旋转角度后，球副结构的位置；E点表示灯头尾部转动到的目的位置；α表示灯头在水平方向目的转过的第一旋转角度，β表示灯头在竖直方向目的转过的第二旋转角度，l₁表示直线电机的中心轴到灯头的水平旋转轴的第一距离，h₁表示齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离，l₀表示球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离，θ表示齿轮旋转角度。

参见图2，可得到：

$\stackrel{\→}{\mathrm{OB}}=(0,l_1,-h_1)---(1-1)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{OA}}=(0,l_1,0)---(1-2)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{AC}}=(-l_1,\tan \mathrm{\α},\mathrm{0,0})---(1-3)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{OC}}=\stackrel{\→}{\mathrm{OA}}+\stackrel{\→}{\mathrm{AC}}=(-l_1\tan \mathrm{\α},l_1,0)---(1-4)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{CD}}=(\mathrm{0,0},|\stackrel{\→}{\text{OC}}|\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})---(1-5)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{OD}}=\stackrel{\→}{\mathrm{OC}}+\stackrel{\→}{\mathrm{CD}}=(-l_1\tan \mathrm{\α},l_1|\stackrel{\→}{\text{OC}}|\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})---(1-6)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{BD}}=\stackrel{\→}{\mathrm{OD}}+\stackrel{\→}{\mathrm{OB}}=(-l_1\tan \mathrm{\α},0,h_1+|\stackrel{\→}{\text{OC}}|\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})---(1-7)$

其中，α表示灯头的第一旋转角度、β表示第二旋转角度、l₁表示第一距离、h₁表示第二距离、l₀表示第三距离。

获取第一距离l₁、第二距离h₁和第三距离l₀后，就得到了该AFS执行器中的位置关系，即可进行后续的计算步进电机和直线电机的运行步数。

步骤S103：依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号；

根据获取得到的第一距离l₁、第二距离h₁和第三距离l₀后，根据各个距离的相对关系，计算得到步进电机和直线电机的运行步数，并根据运行步数就能分别得到步进电机和直线电机运行步数的控制信号。

参见图3所示的具体流程图，步骤S103包括：

步骤S1031：依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及获取的所述第一距离、第二距离和第三距离，计算得到所述直线电机待转动的位移量和所述齿轮旋转的角度；

参见图2，可得到：

θ为与z轴正向的夹角，tanθ为在x轴方向分量与z轴方向分量的比值，即：

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{-l_1\tan \mathrm{\α}}{h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}}}---(1-8)$

所以，所述齿轮旋转角度θ的计算式包括：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{-l_1\tan \mathrm{\α}}{h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}}}---(1-9)$

s为与的差值，即

$\left|\stackrel{\→}{\mathrm{BD}}\right|=\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+{(h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})}^2}---(1-11)$

$\left|\stackrel{\→}{\mathrm{BA}}\right|=h_1-l_0---(1-12)$

所以，由（1-10）~（1-12）可得，所述直线电机待转动的位移量s计算式包括：

$s=\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+{(h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})}^2}-h_1+l_0---(1-13)$

其中，θ表示齿轮旋转角度，s表示直线电机待输出的位移量，α表示灯头的第一旋转角度、β表示第二旋转角度、l₁表示第一距离、h₁表示第二距离、l₀表示第三距离。

步骤S 1032：依据所述直线电机的待转动的位移量和所述直线电机的每运转一步所产生的位移量，计算得到所述直线电机的待运转的运行步数；

所述直线电机待运转的运行步数计算式包括：

$T1=\frac{s}{a}---(1-14)$

其中，T1表示直线电机待运转的运行步数，s表示直线电机待运转的位移量，a表示直线电机每运转一步所产生的位移量。

步骤S1033：依据所述齿轮旋转的角度，以及所述步进电机的步距角和齿轮传动机构的总传动比，计算得到步进电机的待运转的运行步数；

所述步进电机的待运转的运行步数计算式包括：

T2=θ×i/θs （1-15）

其中，T2表示步进电机的待运转的旋转步数，θ表示齿轮旋转角度，i表示齿轮传动的总传动比，θs表示步进电机的步距角。

步距角就是当汽车的ECU每发送一个脉冲信号，步进电机的转动机构所转过的机械角度。

步骤S1034：依据所述步进电机待运转的运行步数生成第一控制信号，依据所述直线电机的待运转的运行步数生成第二控制信号。

根据步进电机待运转的运行步数，生成第一控制信号；根据直线电机待运转的运行步数，生成第二控制信号。

该第一控制信号和第二控制信号为脉冲信号，步进电机接收一个脉冲运转一步，转过角度为θs；直线电机接收一个脉冲运转一步，位移距离为a。

步骤S104：将所述第一控制信号发送至所述步进电机，并控制所述步进电机运行与所述第一控制信号对应的运行步数，以使得所述直线电机通过所述蜗轮接受所述步进电机传输的旋转运动；

将第一控制信号发送至步进电机，所述步进电机在第一控制信号的作用下，转过与第一控制信号对应的运行步数，由于步进电机的输出轴与固定所述直线电机的蜗轮的齿轮相啮合，带动齿轮转动θ角度。直线电机通过蜗轮接受步进电机传输的旋转运动，直线电机整体相应转过θ角度。

步骤S105：将所述第二控制信号发送至所述直线电机，并控制所述直线电机运行与所述第二控制信号对应的运行步数，使得所述直线电机直线输出与所述第二控制信号对应的位移，以使得所述直线电机结合所述旋转运动和直线输出带动所述灯头在水平方向旋转第一旋转角度并在竖直方向旋转第二旋转角度。

将第二控制信号发送至直线电机，所述直线电机在第二控制信号的作用下，转过与第二控制信号对应的运行步数，直线电机直线输出的位移量为s。

由于直线电机的输出轴通过球副结构与所述灯头相连，该球副结构将直线电机直线输出的位移和通过蜗轮接受的步进电机的旋转运动相结合，输出一个复杂的作用力到灯头。

该复杂的作用力使得灯头在水平方向转过第一旋转角度α，并在竖直方向转过第二旋转角度β。

由上述可知，本申请实施例提供的一种AFS执行器的控制方法，包括：接收灯头调节指令，所述灯头调节指令中包括所述灯头的水平方向上的第一旋转角度和竖直方向上的第二旋转角度；获取所述直线电机的中心轴到所述灯头的水平旋转轴的第一距离、所述齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离、所述球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离；依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号；将所述第一控制信号发送至所述步进电机，并控制所述步进电机运行与所述第一控制信号对应的运行步数，以使得所述直线电机通过所述蜗轮接受所述步进电机传输的旋转运动；将所述第二控制信号发送至所述直线电机，并控制所述直线电机运行与所述第二控制信号对应的运行步数，使得所述直线电机直线输出与所述第二控制信号对应的位移，以使得所述直线电机结合所述旋转运动和直线输出带动所述灯头在水平方向旋转第一旋转角度并在竖直方向旋转第二旋转角度。采用本申请提供的方法，只需预先确定所述AFS执行器中三个相对位置数据以及分别在水平方向上和竖直方向上的旋转角度，就能计算得到直线电机的运行步数和步进电机的运行步数，步进电机通过蜗轮将输出的旋转运动传输到直线电机，直线电机结合自身的直线输出，带动灯头在水平方向上转动和竖直方向上转过相应的旋转角度。采用本申请提供的一种AFS执行器的控制方法和控制装置只需要获取较少的数据，计算直线电机和步进电机的运行步数的总运算量较小，实现过程简单。

参见图4示出了一种AFS执行器结构图，本申请提供的一种AFS执行器的控制方法可在该AFS执行器中实施。

所述AFS执行器包括步进电机001、直线电机002和灯头003，所述步进电机001的输出轴与固定所述直线电机002的蜗轮004的齿轮005相啮合，所述直线电机002的输出轴通过球副结构006与所述灯头003相连，该灯头003通过支架007可旋转固定在安装位置。

结合图4示出的AFS执行器，对本申请提供的一种AFS执行器的控制方法的具体实现过程进行描述。

由于直线电机002通过球副结构006和灯头003的尾部相连，也就是，直线电机002和步进电机001对灯头003的控制动作是带动的灯头尾部，而灯头003的前部是由支架007可旋转固定在安装位置的。当灯头001的照射范围需要在水平方向转过第一旋转角度α、在竖直方向转过第二旋转角度β时，那么直线电机002和步进电机001需要控制灯头的尾部在水平方向转过-α角度、在竖直方向转过-β角度。

获取所述直线电机002的中心轴到所述灯头003的水平旋转轴的第一距离l₁、所述齿轮005的旋转轴到灯头003中心线的第二距离h₁、所述球副结构006的中心到所述灯头003的中心线的第三距离l₀；

灯头003尾部旋转的角度θ即是带动直线电机002在水平方向转动的蜗轮004的齿轮005旋转的角度θ，所述齿轮002旋转角度θ的计算式包括：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{-l_1\tan (-\mathrm{\α})}{h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan (-\mathrm{\α})\right)}^2{l}_1^2}\tan (-\mathrm{\β})-\frac{l_0}{1\cos (-\mathrm{\β})}}---(2-1)$

所述直线电机002待转动的位移量s计算式包括：

$s=\sqrt{{\left(l_1\tan (-\mathrm{\α})\right)}^2+{(h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan (-\mathrm{\α})\right)}^2+l_1^2}\tan (-\mathrm{\β})-\frac{l_0}{\cos (-\mathrm{\β})})}^2}-h_1+l_0---(2-2)$

进而可计算直线电机002和步进电机001的运行步数。

所述直线电机002待运转的运行步数计算式包括：

$T1=\frac{s}{a}---(2-3)$

其中，T1表示直线电机002待运转的运行步数，s表示直线电机002待运转的位移量，a表示直线电机002每运转一步所产生的位移量。

由于齿轮005与步进电机001输出轴相啮合，则齿轮002旋转的角度与步进电机001的运行步数相关，所述步进电机001的待运转的运行步数计算式包括：

T2=θ×i/θs （2-4）

其中，T2表示步进电机001的待运转的旋转步数，θ表示齿轮005旋转角度，i表示齿轮005传动的总传动比，θs表示步进电机001的步距角。

依据所述步进电机001待运转的运行步数T2生成第一控制信号，依据所述直线电机002的待运转的运行步数T1生成第二控制信号。

第一控制信号和第二控制信号为脉冲信号，第一控制信号为与步进电机001待运转的运行步数T2对应的脉冲数，第二控制信号为与直线电机002待运转的运行步数T1对应的脉冲数。

步进电机001接收到第一控制信号时，在该第一控制信号的作用下，转动T2步数，由于该步进电机001的输出轴和蜗轮004的齿轮005相啮合，则传动该步进电机001的输出至蜗轮004，带动蜗轮004转动θ角度，直线电机002固定在蜗轮004上，直线电机通过蜗轮接受步进电机传输的旋转运动，直线电机整体相应转过θ角度。

直线电机002接收到第二控制信号时，在该第二控制信号的作用下，转动T1步数，直线电机直线输出的位移量为s。

由于该直线电机的输出轴通过球副结构006与灯头003尾部相连，则灯头003尾部在竖直方向移动距离s，该球副结构006将直线电机002直线输出的位移和通过蜗轮004接受的步进电机001的旋转运动相结合，输出一个复杂的作用力到灯头。该复杂的作用力使得灯头的尾部在水平方向转过-α角度、在竖直方向转过-β角度。

又由于灯头003的前部通过支架007可以在水平方向和竖直方向转动，最终达到灯头001的照射范围在水平方向转过第一旋转角度α、在竖直方向转过第二旋转角度β的目的。

与本申请提供的一种AFS执行器的控制方法相对应的，本申请还提供了一种AFS执行器的控制装置。

参见图5示出了本申请提供的一种AFS执行器的控制装置实施例的结构示意图，包括：指令接收器101、获取器102、控制信号生成器103、第一发送器104和第二发送器105；

其中，所述指令接收器101用于接收灯头调节指令；

所述灯头调节指令中包括所述灯头的水平方向上的第一旋转角度和竖直方向上的第二旋转角度。

驾驶员驾驶汽车时，当需要对灯头照亮的视野范围进行调整时，指令接收器101接收驾驶员发出的调节灯头方向的灯头调节指令，该灯头调节指令中包括该灯头在水平方向上的第一旋转角度和在竖直方向上的第二旋转角度。

灯头在水平方向上转过第一旋转角度，并在竖直方向上转过第二旋转角度后，就能将照亮的视野范围调整到目的位置。

其中，所述获取器102用于获取所述直线电机的中心轴到所述灯头的水平旋转轴的第一距离、所述齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离、所述球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离；

参见图2所示的示意图，示出了本申请提供的一种AFS执行器中各个部分在转动灯头过程中的相对位置。

其中，O点所在的x轴和z轴组成的平面，即为灯头在水平和竖直两个方向的旋转平面；A点表示灯头尾部起始位置；B点表示直线电机位置；C点表示球副结构在z=0的平面的投影；D点表示灯头转过第一旋转角度和第二旋转角度后，球副结构的位置；E点表示灯头尾部转动到的目的位置；α表示灯头在水平方向目的转过的第一旋转角度，β表示灯头在竖直方向目的转过的第二旋转角度，l₁表示直线电机的中心轴到灯头的水平旋转轴的第一距离，h₁表示齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离，l₀表示球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离，θ表示齿轮旋转角度。

参见图2，可得到：

$\stackrel{\→}{\mathrm{OB}}=(0,l_1,-h_1)---(3-1)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{OA}}=(0,l_1,0)---(3-2)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{AC}}=(-l_1,\tan \mathrm{\α},\mathrm{0,0})---(3-3)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{OC}}=\stackrel{\→}{\mathrm{OA}}+\stackrel{\→}{\mathrm{AC}}=(-l_1\tan \mathrm{\α},l_1,0)---(3-4)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{CD}}=(\mathrm{0,0},|\stackrel{\→}{\text{OC}}|\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})---(3-5)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{OD}}=\stackrel{\→}{\mathrm{OC}}+\stackrel{\→}{\mathrm{CD}}=(-l_1\tan \mathrm{\α},l_1|\stackrel{\→}{\text{OC}}|\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})---(3-6)$

$\stackrel{\→}{\mathrm{BD}}=\stackrel{\→}{\mathrm{OD}}+\stackrel{\→}{\mathrm{OB}}=(-l_1\tan \mathrm{\α},0,h_1+|\stackrel{\→}{\text{OC}}|\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})---(3-7)$

其中，α表示灯头的第一旋转角度、β表示第二旋转角度、l₁表示第一距离、h₁表示第二距离、l₀表示第三距离。

获取器102获取第一距离l₁、第二距离h₁和第三距离l₀后，就得到了该AFS执行器中的位置关系，即可进行后续的计算步进电机和直线电机的运行步数。

其中，所述控制信号生成器103用于依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号；

根据获取得到的第一距离l₁、第二距离h₁和第三距离l₀后，根据各个距离的相对关系，所述控制信号生成器103计算得到步进电机和直线电机的运行步数，并根据运行步数就能分别得到步进电机和直线电机运行步数的控制信号。

参见图6所示的一具体结构示意图，所述控制信号生成器103包括：第一计算单元1031、第二计算单元1032、第三计算单元1033和控制信号生成单元1034；

其中，所述第一计算单元1031用于依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及获取的所述第一距离、第二距离和第三距离，计算得到所述直线电机待转动的位移量和所述齿轮旋转的角度；

参见图2，可得到：

θ为与z轴正向的夹角，tanθ为在x轴方向分量与z轴方向分量的比值，即：

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{-l_1\tan \mathrm{\α}}{h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}}}---(3-8)$

所以，所述第一计算单元1031计算齿轮旋转角度θ的计算式包括：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{-l_1\tan \mathrm{\α}}{h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}}}---(3-9)$

s为与的差值，即 $s=\left|\stackrel{\→}{\mathrm{BD}}\right|-\left|\stackrel{\→}{\mathrm{BA}}\right|$

$\left|\stackrel{\→}{\mathrm{BD}}\right|=\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+{(h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})}^2}---(3-11)$

$\left|\stackrel{\→}{\mathrm{BA}}\right|=h_1-l_0---(3-12)$

所以，由（3-10）~（3-12）可得，所述第一计算单元1031计算直线电机待转动的位移量s计算式包括：

$s=\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+{(h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})}^2}-h_1+l_0---(3-13)$

其中，θ表示齿轮旋转角度，s表示直线电机待输出的位移量，α表示灯头的第一旋转角度、β表示第二旋转角度、l₁表示第一距离、h₁表示第二距离、l₀表示第三距离。

其中，所述第二计算单元1032用于依据所述直线电机的待运转的位移量和所述直线电机的每运转一步所产生的位移量，计算得到所述直线电机的待运转的运行步数；

所述第二计算单元1032计算直线电机待运转的运行步数计算式包括：

$T1=\frac{s}{a}---(3-14)$

其中，T1表示直线电机待运转的运行步数，s表示直线电机待运转的位移量，a表示直线电机每运转一步所产生的位移量。

其中，所述第三计算单元1033用于依据所述齿轮旋转的角度，以及所述步进电机的步距角和齿轮传动机构的总传动比，计算得到步进电机的待运转的运行步数；

所述第三计算单元1033计算步进电机的待运转的运行步数计算式包括：

T2=θ×i/θs （3-15）

其中，T2表示步进电机的待运转的旋转步数，θ表示齿轮旋转角度，i表示齿轮传动的总传动比，θs表示步进电机的步距角。

步距角就是当汽车的ECU每发送一个脉冲信号，步进电机的转动机构所转过的机械角度。

其中，所述控制信号生成单元1034，用于依据所述步进电机待运转的运行步数生成第一控制信号，依据所述直线电机的待运转的运行步数生成第二控制信号。

控制信号生成单元1034根据步进电机待运转的运行步数，生成第一控制信号；根据直线电机待运转的运行步数，生成第二控制信号。

该第一控制信号和第二控制信号为脉冲信号，步进电机接收一个脉冲运转一步，转过角度为θs；直线电机接收一个脉冲运转一步，位移距离为a。

其中，所述第一发送器104用于将所述第一控制信号发送至所述步进电机，并控制所述步进电机运行与所述第一控制信号对应的运行步数，以使得所述直线电机通过所述蜗轮接受所述步进电机传输的旋转运动；

将第一控制信号发送至步进电机，所述步进电机在第一控制信号的作用下，转过与第一控制信号对应的运行步数，由于步进电机的输出轴与固定所述直线电机的蜗轮的齿轮相啮合，带动齿轮转动θ角度。直线电机通过蜗轮接受步进电机传输的旋转运动，直线电机整体相应转过θ角度。

其中，所述第二发送器105用于将所述第二控制信号发送至所述直线电机，并控制所述直线电机运行与所述第二控制信号对应的运行步数，使得所述直线电机直线输出与所述第二控制信号对应的位移，以使得所述直线电机结合所述旋转运动和直线输出带动所述灯头在水平方向旋转第一旋转角度并在竖直方向旋转第二旋转角度。

将第二控制信号发送至直线电机，所述直线电机在第二控制信号的作用下，转过与第二控制信号对应的运行步数，直线电机直线输出的位移量为s。

由于直线电机的输出轴通过球副结构与所述灯头相连，该球副结构将直线电机直线输出的位移和通过蜗轮接受的步进电机的旋转运动相结合，输出一个复杂的作用力到灯头。

该复杂的作用力使得灯头在水平方向转过第一旋转角度α，并在竖直方向转过第二旋转角度β。

本申请提供的一种AFS执行器的控制装置，具体实施中，可将该控制装置的各个组成部分集成到ECU中。

本申请实施例提供了一种AFS执行器的控制装置，包括：指令接收器，用于接收灯头调节指令，所述灯头调节指令中包括所述灯头的水平方向上的第一旋转角度和竖直方向上的第二旋转角度；获取器，用于获取所述直线电机的中心轴到所述灯头的水平旋转轴的第一距离、所述齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离、所述球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离；控制信号生成器，用于依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号；第一发送器用于将所述第一控制信号发送至所述步进电机，并控制所述步进电机运行与所述第一控制信号对应的运行步数，以使得所述直线电机通过所述蜗轮接受所述步进电机传输的旋转运动；第二发送器，用于将所述第二控制信号发送至所述直线电机，并控制所述直线电机运行与所述第二控制信号对应的运行步数，使得所述直线电机直线输出与所述第二控制信号对应的位移，以使得所述直线电机结合所述旋转运动和直线输出带动所述灯头在水平方向旋转第一旋转角度并在竖直方向旋转第二旋转角度。采用本申请提供的装置，只需预先确定所述AFS执行器中三个相对位置数据以及分别在水平方向上和竖直方向上的旋转角度，就能计算得到直线电机的运行步数和步进电机的运行步数，步进电机通过蜗轮将输出的旋转运动传输到直线电机，直线电机结合自身的直线输出，带动灯头在水平方向上转动和竖直方向上转过相应的旋转角度。采用本申请提供的一种AFS执行器的控制方法和控制装置只需要获取较少的数据，计算直线电机和步进电机的运行步数的总运算量较小，实现过程简单。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种AFS执行器的控制方法，其特征在于，所述AFS执行器包括步进电机、直线电机和灯头，所述步进电机的输出轴与固定所述直线电机的蜗轮的齿轮相啮合，所述直线电机的输出轴通过球副结构与所述灯头相连，该控制方法包括：

接收灯头调节指令，所述灯头调节指令中包括所述灯头的水平方向上的第一旋转角度和竖直方向上的第二旋转角度；

获取所述直线电机的中心轴到所述灯头的水平旋转轴的第一距离、所述齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离、所述球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离；

依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号；

将所述第一控制信号发送至所述步进电机，并控制所述步进电机运行与所述第一控制信号对应的运行步数，以使得所述直线电机通过所述蜗轮接受所述步进电机传输的旋转运动；

将所述第二控制信号发送至所述直线电机，并控制所述直线电机运行与所述第二控制信号对应的运行步数，使得所述直线电机直线输出与所述第二控制信号对应的位移，以使得所述直线电机结合所述旋转运动和直线输出带动所述灯头在水平方向旋转第一旋转角度并在竖直方向旋转第二旋转角度。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制所述步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号包括：

依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及获取的所述第一距离、第二距离和第三距离，计算得到所述直线电机待转动的位移量和所述齿轮旋转的角度；

依据所述直线电机的待转动的位移量和所述直线电机的每运转一步所产生的位移量，计算得到所述直线电机的待运转的运行步数；

依据所述齿轮旋转的角度，以及所述步进电机的步距角和齿轮传动机构的总传动比，计算得到步进电机的待运转的运行步数；

依据所述步进电机待运转的运行步数生成第一控制信号，依据所述直线电机的待运转的运行步数生成第二控制信号。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及获取的所述第一距离、第二距离和第三距离，计算得到所述直线电机待转动的位移量和所述齿轮旋转的角度包括：

所述齿轮旋转角度的计算式包括：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{{-l}_1\tan \mathrm{\α}}{h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}}}$

所述直线电机待转动的位移量计算式包括：

$s=\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+{(h_1+\sqrt{{\left(l_1\tan \mathrm{\α}\right)}^2+l_1^2}\tan \mathrm{\β}-\frac{l_0}{\cos \mathrm{\β}})}^2}-h_1+l_0$

其中，θ表示齿轮旋转角度，s表示直线电机待转动的位移量，α表示灯头的第一旋转角度、β表示第二旋转角度、l₁表示第一距离、h₁表示第二距离、l₀表示第三距离。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述依据所述直线电机的待运行的位移量和所述直线电机的每运转一步所产生的位移量，计算得到所述直线电机的待运转的运行步数包括：

所述直线电机待运转的运行步数计算式包括：

$T1=\frac{s}{a}$

其中，T1表示直线电机待运转的运行步数，s表示直线电机待运转的位移量，a表示直线电机每运转一步所产生的位移量。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述依据所述齿轮旋转的角度，以及所述步进电机的步距角和齿轮传动机构的总传动比，计算得到步进电机的待运转的运行步数包括：

所述步进电机的待运转的运行步数计算式包括：

T2＝θ×i/θs

其中，T2表示步进电机的待运转的旋转步数，θ表示齿轮旋转角度，i表示齿轮传动的总传动比，θs表示步进电机的步距角。

6.一种AFS执行器的控制装置，其特征在于，应用于如权利要求1～5任一项所述的控制方法中，包括：

指令接收器，用于接收灯头调节指令，所述灯头调节指令中包括灯头的水平方向上的第一旋转角度和竖直方向上的第二旋转角度；

获取器，用于获取直线电机的中心轴到所述灯头的水平旋转轴的第一距离、齿轮的旋转轴到灯头中心线的第二距离、球副结构的中心到所述灯头的中心线的第三距离；

控制信号生成器，用于依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及所述第一距离、第二距离和第三距离，确定控制步进电机运行步数的第一控制信号和控制所述直线电机运行步数的第二控制信号；

第一发送器，用于将所述第一控制信号发送至所述步进电机，并控制所述步进电机运行与所述第一控制信号对应的运行步数，以使得所述直线电机通过蜗轮接受所述步进电机传输的旋转运动；

第二发送器，用于将所述第二控制信号发送至所述直线电机，并控制所述直线电机运行与所述第二控制信号对应的运行步数，使得所述直线电机直线输出与所述第二控制信号对应的位移，以使得所述直线电机结合所述旋转运动和直线输出带动所述灯头在水平方向旋转第一旋转角度并在竖直方向旋转第二旋转角度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制信号生成器包括：

第一计算单元，用于依据所述灯头的第一旋转角度和第二旋转角度，以及获取的所述第一距离、第二距离和第三距离，计算得到所述直线电机待转动的位移量和所述齿轮旋转的角度；

第二计算单元，用于依据所述直线电机的待运转的位移量和所述直线电机的每运转一步所产生的位移量，计算得到所述直线电机的待运转的运行步数；

第三计算单元，用于依据所述齿轮旋转的角度，以及所述步进电机的步距角和齿轮传动机构的总传动比，计算得到步进电机的待运转的运行步数；

控制信号生成单元，用于依据所述直线电机的待运转的运行步数生成第一控制信号，依据所述步进电机待运转的运行步数生成第二控制信号。