CN104228665A - 一种自适应汽车前照灯及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应汽车前照灯及其控制方法。自适应前照灯包括前照灯本体、前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机、光敏传感器、红外距离传感器、方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器、前轮处车身高度传感器、前轮垂直速度传感器和ECU控制模块。工作时，ECU控制模块根据光敏传感器控制前照灯自动开启和关闭、根据红外距离传感器的信号控制远近光灯自动切换，根据方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器、前轮处车身高度传感器、前轮垂直速度传感器的信号驱动前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机，使得在车辆转向、上下坡道时前照灯随向照射。本发明能够减少甚至消除驾驶人员在复杂路况下的视野盲区。

Description

一种自适应汽车前照灯及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车电器电子照明系统智能控制领域，尤其涉及一种自适应汽车前照灯及其控制方法。

背景技术

随着我国汽车保有量的稳步增长，以及城乡公路交通网络的逐步完善，汽车作为一种方便快捷的代步工具已经越来越普及，而依赖于计算机智能控制技术，尤其是单片机等集成控制的现代汽车也朝着更加智能、人性、安全的方向发展。

伴随着汽车的普及，安全事故也越发频繁，这其中，夜间行驶安全事故远多于白天，其原因是：现有汽车的前照灯一般为固定式或者只可左右转动，在夜间行驶时远近光不能及时切换，在转向、上下坡道时视野盲区严重。

如何改善汽车夜间行驶的前照灯照明系统，确保驾驶员对周围路况有更好的掌握以及及时做出合理的操控，便引起了汽车研究和驾驶人员的极大关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中现有前照灯的缺陷，提供一种自适应汽车前照灯及其控制方法，本发明能实现前照灯自动开启和关闭、远近光灯自动切换，并且在车辆转向、上下坡道时前照灯随向照射，能够减少甚至消除驾驶人员在复杂路况下的视野盲区，增强汽车照明系统的安全性、智能性、实用性，以减少不必要的人员伤亡和交通事故。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种自适应汽车前照灯，包括前照灯本体、前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机、光敏传感器、红外距离传感器、方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器、前轮处车身高度传感器、前轮处车身垂直速度传感器和ECU控制模块；

所述前轮处车身高度传感器用于采集汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度，所述前轮处车身垂直速度传感器用于采集汽车底盘与前轮轮轴连接处在垂直方向的速度；

所述光敏传感器、红外距离传感器、方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器、前轮处车身高度传感器、前轮处车身垂直速度传感器分别与ECU控制模块的输入端相连；

所述前照灯本体、前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机分别与ECU控制模块的输出端相连；

所述前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机分别与前照灯本体相连。

本发明还公开了一种自适应汽车前照灯的控制方法，其中，前照灯随向照射的具体步骤如下：

步骤1)，方向盘转角传感器采集方向盘的转角角度传递给ECU控制模块，汽车横摆角速度传感器采集汽车的横摆角速度传递给ECU控制模块，前轮处车身高度传感器采集汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度传递给ECU控制模块，前轮处车身垂直速度传感器采集汽车底盘与前轮轮轴连接处在垂直方向的速度传递给ECU控制模块；

步骤2)，ECU控制模块根据接收到的方向盘转角角度以及横摆角速度信号计算出前照灯本体需要水平转动的角度，公式如下：

${\mathrm{\θ}}_l=\frac{{\mathrm{\θ}}_d}{i}+{\mathrm{\ω}}_r\·{\mathrm{\Δt}}_1$

式中，θ_l为前照灯本体需要水平转动的角度，θ_d为方向盘转角角度，i为传动比，ω_r为汽车横摆角速度，Δt₁为汽车横摆角速度传感器取样时间的最小时间间隔；

步骤3)，ECU控制模块根据接收到的汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度以及汽车底盘与前轮轮轴连接处在垂直方向的速度计算出前照灯本体需要垂直转动的角度，公式如下：

${\mathrm{\θ}}_v={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\ΔH}}{D}+{\tan }^{-1}\frac{v\·{\mathrm{\Δt}}_2}{D_1}$

式中，θ_v为前照灯本体需要垂直转动的角度，D为前后轮轮轴之间的距离，v为汽车前轮在垂直方向的速度，Δt₂为前轮处车身垂直速度传感器取样时间的最小时间间隔，ΔH为Δt₂前与Δt₂后汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度的变化量，D₁为前轮轮轴到前照灯的水平距离；

步骤4)，ECU控制模块根据计算得到的前照灯本体需要水平转动的角度、前照灯本体需要垂直转动的角度分别驱动前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机，使得前照灯本体进行转动。

作为本发明一种自适应汽车前照灯的控制方法进一步的优化方案，前照灯自动开启和关闭的具体步骤如下：

步骤1)，光敏传感器采集车前的能见度值传递给ECU控制模块；

步骤2)，ECU控制模块将接收到的能见度值与预设的正常能见度进行比较；

步骤3)，如果接收到的能见度值小于预设的正常能见度值，ECU控制模块检查前照灯本体的状态，如果前照灯本体处于开启状态，则不动作，如果前照灯本体处于关闭状态，则开启前照灯本体；

步骤4)，如果接收到的能见度值大于等于预设的正常能见度值，ECU控制模块检查前照灯本体的状态，如果前照灯本体处于开启状态，则关闭前照灯本体，如果前照灯本体处于关闭状态，则不动作。

作为本发明一种自适应汽车前照灯的控制方法进一步的优化方案，远光灯近光灯自动切换的具体步骤如下：

步骤1)，红外距离传感器采集车前障碍物距离传递给ECU控制模块；

步骤2)，ECU控制模块将接收到的距离值与预设的标准会车距离值进行比较；

步骤3)，如果接收到的距离值小于预设的标准会车距离值，ECU控制模块检查前照灯本体的状态，如果前照灯本体处于近光灯状态，则不动作，如果前照灯本体处于远光灯状态，则切换成近光灯；

步骤4)，如果接收到的距离值大于等于预设的标准会车距离值，ECU控制模块检查前照灯本体的状态，如果前照灯本体处于近光灯状态，则切换成远光灯，如果前照灯本体处于远光灯状态，则不动作。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.汽车前照灯能实现自动开启和关闭，并且能够实现远近光灯的自动切换，不仅能缓解驾驶员的驾驶疲劳，而且能大大降低夜间会车时事故发生的概率；

2.基于方向盘转角、汽车横摆角速度、汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度、汽车底盘与前轮轮轴连接处在垂直方向的速度自适应地智能调节前照灯，极大地拓宽驾驶人员的视野，有利于驾驶员对道路交通状况的全面掌握，也对行人、过往车辆提供适当的提醒和防炫目功效；

3.本装置采用两个电机，分别控制前照灯灯座在水平、垂直两个平面内的多自由度运动，更广泛的调控范围和更精确的定位有利于保持照明区域出于最理想状态；

4.对于车辆上下坡时的全面考虑，突显了本装置对于车辆在各种坡道路面容易出现前照灯照明区域出现飘空和近地照射等不良情况的充分考虑；

5.装置线路简易，构成简便，元器件少，工作可靠性、可实现程度高，利用单片机控制，经济且技术成熟。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明公开了一种自适应汽车前照灯，包括前照灯本体、前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机、光敏传感器、红外距离传感器、方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器、前轮处车身高度传感器、前轮处车身垂直速度传感器和ECU控制模块；

所述前轮处车身高度传感器用于采集汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度，所述前轮处车身垂直速度传感器用于采集汽车底盘与前轮轮轴连接处在垂直方向的速度；

所述光敏传感器、红外距离传感器、方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器、前轮处车身高度传感器、前轮处车身垂直速度传感器分别与ECU控制模块的输入端相连；

所述前照灯本体、前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机分别与ECU控制模块的输出端相连；

所述前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机分别与前照灯本体相连。

本发明还公开了一种自适应汽车前照灯的控制方法：

(a)当ECU控制模块接收到来自光敏传感器的信号时，ECU控制模块开始将接收到的能见度值与之前预存在模块中的正常能见度进行比较，当接收到的值低于正常能见度值时，ECU控制模块开启前照灯；当接收到的值高于正常能见度值时，不进行任何操作，从而实现前照灯的自动开启和关闭功能。

(b)当ECU控制模块接收到来自红外距离传感器的信号时，ECU控制模块开始将接收到的距离值与之前预存在标准会车距离值进行比较，当接收到的值低于标准会车距离值时，ECU控制模块发出命令前照灯切换成近光灯；当接收到的值高于标准会车距离值时，ECU控制模块发出命令前照灯切换成远光灯，从而实现远近光灯的自动切换功能。

(c)当驾驶员转动方向盘时，方向盘转角传感器获得转角信号，汽车横摆角速度传感器获得横摆角速度信号，转角信号和横摆角速度信号传递给ECU控制模块,ECU控制模块计算出前照灯水平转动的角度，然后将指令发出，当前照灯水平转向电机接收到指令时，前照灯水平转向电机开始运转，使前照灯在水平方向转过期望的角度；当汽车上下坡道时，前轮处车身高度传感器获得汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度信号，前轮处车身垂直速度传感器获得汽车底盘与前轮轮轴连接处在垂直方向的速度信号，然后信号传递给ECU控制模块,ECU控制模块计算出前照灯垂直转动的角度，然后将指令发出，当前照灯垂直转向电机接收到指令时，前照灯垂直转向电机开始运转，使前照灯在垂直方向转过期望的角度，从而实现了前照灯垂直转向的功能。

以上只是对本发明的优选实施方式进行了描述。对该技术领域的普通技术人员来说，根据以上实施方式可以很容易地联想到其它的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述实施方式，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员在本发明技术的方案范围内进行的通常变化和替换，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种自适应汽车前照灯，其特征在于，包括前照灯本体、前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机、光敏传感器、红外距离传感器、方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器、前轮处车身高度传感器、前轮处车身垂直速度传感器和ECU控制模块；

所述前轮处车身高度传感器用于采集汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度，所述前轮处车身垂直速度传感器用于采集汽车底盘与前轮轮轴连接处在垂直方向的速度；

所述光敏传感器、红外距离传感器、方向盘转角传感器、汽车横摆角速度传感器、前轮处车身高度传感器、前轮处车身垂直速度传感器分别与ECU控制模块的输入端相连；

所述前照灯本体、前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机分别与ECU控制模块的输出端相连；

所述前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机分别与前照灯本体相连。

2.基于权利要求书1所述的自适应汽车前照灯的控制方法，其特征在于，前照灯随向照射的具体步骤如下：

步骤1)，方向盘转角传感器采集方向盘的转角角度传递给ECU控制模块，汽车横摆角速度传感器采集汽车的横摆角速度传递给ECU控制模块，前轮处车身高度传感器采集汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度传递给ECU控制模块，前轮处车身垂直速度传感器采集汽车底盘与前轮轮轴连接处在垂直方向的速度传递给ECU控制模块；

步骤2)，ECU控制模块根据接收到的方向盘转角角度以及横摆角速度信号计算出前照灯本体需要水平转动的角度，公式如下：

${\mathrm{\θ}}_l=\frac{{\mathrm{\θ}}_d}{i}+{\mathrm{\ω}}_r\·{\mathrm{\Δt}}_1$

式中，θ_l为前照灯本体需要水平转动的角度，θ_d为方向盘转角角度，i为传动比，ω_r为汽车横摆角速度，Δt₁为汽车横摆角速度传感器取样时间的最小时间间隔；

步骤3)，ECU控制模块根据接收到的汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度以及汽车底盘与前轮轮轴连接处在垂直方向的速度计算出前照灯本体需要垂直转动的角度，公式如下：

${\mathrm{\θ}}_v={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\ΔH}}{D}+{\tan }^{-1}\frac{v\·{\mathrm{\Δt}}_2}{D_1}$

式中，θ_v为前照灯本体需要垂直转动的角度，D为前后轮轮轴之间的距离，v为汽车前轮在垂直方向的速度，Δt₂为前轮处车身垂直速度传感器取样时间的最小时间间隔，ΔH为Δt₂前与Δt₂后汽车底盘与前轮轮轴连接处相对于汽车重心的垂直高度的变化量，D₁为前轮轮轴到前照灯的水平距离；

步骤4)，ECU控制模块根据计算得到的前照灯本体需要水平转动的角度、前照灯本体需要垂直转动的角度分别驱动前照灯水平转向电动机、前照灯垂直转向电动机，使得前照灯本体进行转动。

3.基于权利要求书2所述的自适应汽车前照灯的控制方法，其特征在于，前照灯自动开启和关闭的具体步骤如下：

步骤1)，光敏传感器采集车前的能见度值传递给ECU控制模块；

步骤2)，ECU控制模块将接收到的能见度值与预设的正常能见度进行比较；

步骤3)，如果接收到的能见度值小于预设的正常能见度值，ECU控制模块检查前照灯本体的状态，如果前照灯本体处于开启状态，则不动作，如果前照灯本体处于关闭状态，则开启前照灯本体；

步骤4)，如果接收到的能见度值大于等于预设的正常能见度值，ECU控制模块检查前照灯本体的状态，如果前照灯本体处于开启状态，则关闭前照灯本体，如果前照灯本体处于关闭状态，则不动作。

4.基于权利要求书3所述的自适应汽车前照灯的控制方法，其特征在于，远光灯近光灯自动切换的具体步骤如下：

步骤1)，红外距离传感器采集车前障碍物距离传递给ECU控制模块；

步骤2)，ECU控制模块将接收到的距离值与预设的标准会车距离值进行比较；

步骤3)，如果接收到的距离值小于预设的标准会车距离值，ECU控制模块检查前照灯本体的状态，如果前照灯本体处于近光灯状态，则不动作，如果前照灯本体处于远光灯状态，则切换成近光灯；

步骤4)，如果接收到的距离值大于等于预设的标准会车距离值，ECU控制模块检查前照灯本体的状态，如果前照灯本体处于近光灯状态，则切换成远光灯，如果前照灯本体处于远光灯状态，则不动作。