CN106043106B - 用于汽车的自适应前照灯系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于汽车的自适应前照灯系统，包括：CAN总线模块的一端连接于传感器组，另一端连接于单片机控制模块，以将传感器组采集到的信号发送给单片机控制模块；单片机控制模块接受传感器组所采集到的多种感应信号；LED驱动模块被配置成连接于汽车的近光灯，并被配置成连接于单片机控制模块，以根据单片机控制模块所输出的第一控制信号调节近光灯的开关状态以及近光灯的亮度强弱状态；步进驱动模块被配置成连接于近光灯，并被配置成连接于单片机控制模块，以根据单片机控制模块所输出的第二控制信号调节近光灯的光源所朝方向。本发明克服了现有技术中的近光灯无法调节，容易导致意外的事件的发生的问题。

Description

用于汽车的自适应前照灯系统
技术领域
本发明涉及汽车电子照明系统智能控制，具体地，涉及用于汽车的自适应前照灯系统。
背景技术
现在我国汽车拥有量越来越多，但是道路的状况又参差不齐，道路系统也还不是太完善。目前对于汽车智能控制方面研究越来越多，尤其是以CAN总线等现场总线等集成的现代智能控制汽车也朝着更加智能、人性、安全方向发展。
随着智能节能汽车的普及，道路行驶安全性也已经深入人心，所以对汽车前照灯的智能化要求也越来越高。经过这么多年的的发展，汽车前照灯系统有了很大的进步，前照灯主要是由远光灯和近光灯构成，对于近光灯的设计更为重要，近光灯的照射距离一般为30-40m，在车遇上路面不平或转弯或桥梁或窄路或交叉路口等复杂情况时应减速慢行，这时候就因该开启近光灯，普通近光灯对于道路情况和外界环境没有采集信息和判断，所以近光灯的照射范围会出现盲区，容易导致一些意外的事件发生，无法保证安全制动距离，降低了汽车的安全性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于汽车的自适应前照灯系统，该用于汽车的自适应前照灯系统克服了现有技术中的近光灯无法调节，容易导致意外的事件的发生的问题，通过采集外界信息智能的控制汽车前照灯能够调整到合适的位置，解决了现有汽车前照灯不能及时调整的弊端，具有智能化高、控制作用及时，增强了汽车适应复杂道路的能力。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于汽车的自适应前照灯系统，该用于汽车的自适应前照灯系统包括：
CAN总线模块，CAN总线模块的一端连接于传感器组，另一端连接于单片机控制模块，以将传感器组采集到的信号发送给单片机控制模块；
单片机控制模块，单片机控制模块接受传感器组所采集到的以下信号：障碍物距离信号、环境光信号、车轮转速信号、方向盘转向信号、车身高度信号和车身倾斜角度信号；
LED驱动模块，LED驱动模块被配置成连接于汽车的近光灯和汽车的远光灯，并被配置成连接于单片机控制模块，以根据单片机控制模块所输出的第一控制信号调节近光灯或远光灯的开关状态以及近光灯或远光灯的亮度强弱状态；
步进驱动模块，步进驱动模块被配置成连接于近光灯和远光灯，并被配置成连接于单片机控制模块，以根据单片机控制模块所输出的第二控制信号调节近光灯或远光灯的光源所朝方向。
优选地，传感器组包括：红外测距传感器、环境光采集传感器、车轮速度传感器、方向盘转向传感器、车身高度传感器和水平传感器；
红外测距传感器、环境光采集传感器、车轮速度传感器、方向盘转向传感器、车身高度传感器和水平传感器分别电连接于CAN总线模块。
优选地，步进驱动模块包括：垂直步进电机、水平步进电机和电机驱动电路；电机驱动电路被配置成分别电连接于垂直步进电机和水平步进电机，以及被配置成连接于单片机控制模块，以根据单片机控制模块的第二控制信号驱动垂直步进电机和/或水平步进电机的工作。
优选地，车轮速度传感器包括：左轮转速传感器和右轮车速传感器，左轮转速传感器和右轮车速传感器都连接于CAN总线模块。
优选地，水平步进电机的转轴啮合于水平驱动杆，水平驱动杆的一端连接于万向节，以沿第一方向带动万向节运动；
竖直步进电机的转轴啮合于竖直驱动杆，竖直驱动杆的一端连接于万向节，以沿第二方向带动万向节运动。
优选地，万向节的一端安装于汽车内，且万向节的另一端固接于近光灯和远光灯。
优选地，第一方向和第二方向相垂直。
通过上述的实施方式，本发明的用于汽车的自适应前照灯系统通过采集外界信息智能的控制汽车前照灯能够调整到合适的位置，解决了现有汽车前照灯不能及时调整的弊端，具有智能化高、控制作用及时，增强了汽车适应复杂道路的能力。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的一种用于汽车的自适应前照灯系统的优选实施方式的系统框图；
图2是说明本发明的一种用于汽车的自适应前照灯系统的优选实施方式的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指如图1所示的上下左右。“内、外”是指具体轮廓上的内与外。“远、近”是指相对于某个部件的远与近。
本发明提供一种用于汽车的自适应前照灯系统，该用于汽车的自适应前照灯系统包括：
CAN总线模块，所述CAN总线模块的一端连接于传感器组，另一端连接于单片机控制模块，以将所述传感器组采集到的信号发送给所述单片机控制模块；
单片机控制模块，所述单片机控制模块接受所述传感器组所采集到的以下信号：障碍物距离信号、环境光信号、车轮转速信号、方向盘转向信号、车身高度信号和车身倾斜角度信号；
LED驱动模块，所述LED驱动模块被配置成连接于汽车的近光灯和汽车的远光灯，并被配置成连接于所述单片机控制模块，以根据所述单片机控制模块所输出的第一控制信号调节所述近光灯或远光灯的开关状态以及所述近光灯或远光灯的亮度强弱状态；
步进驱动模块，所述步进驱动模块被配置成连接于所述近光灯和所述远光灯，并被配置成连接于所述单片机控制模块，以根据所述单片机控制模块所输出的第二控制信号调节所述近光灯或远光灯的光源所朝方向。
本发明通过采集外界信息智能的控制汽车前照灯能够调整到合适的位置，解决了现有汽车前照灯不能及时调整的弊端，减少了行驶过程中的视觉盲区，大大提高了前照灯的利用效率，具有智能化高、控制作用及时，增强了汽车适应复杂道路的能力。
以下结合附图1和附图2对本发明进行进一步的说明，在本发明中，为了提高本发明的适用范围特别使用下述的具体实施方式来实现。
在本发明的一种具体实施方式中，所述传感器组可以包括：红外测距传感器、环境光采集传感器、车轮速度传感器、方向盘转向传感器、车身高度传感器和水平传感器；
所述红外测距传感器、环境光采集传感器、车轮速度传感器、方向盘转向传感器、车身高度传感器和水平传感器分别电连接于所述CAN总线模块。
通过上述设置的红外测距传感器、环境光采集传感器、车轮速度传感器、方向盘转向传感器、车身高度传感器和水平传感器实现信号的采集，红外测距传感器感应障碍物的距离，环境光采集传感器采集外界的环境光，车轮速度传感器感应车轮的转速，方向盘转向传感器感应方向盘的转动角度，车身高度传感器，感应汽车车身的高度，水平传感器感应汽车的水平度。STM32单片机通过CAN总线接口与CAN总线模块连接，传感器组连在CAN总线模块的CAN-A与CAN-B上。光照强度达到低于5LUX(单位：勒克斯)才打开近光灯。
在本发明的一种具体实施方式中，所述步进驱动模块可以包括：垂直步进电机、水平步进电机和电机驱动电路；所述电机驱动电路被配置成分别电连接于所述垂直步进电机和水平步进电机，以及被配置成连接于所述单片机控制模块，以根据所述单片机控制模块的第二控制信号驱动所述垂直步进电机和/或所述水平步进电机的工作。
通过上述的实施方式，本发明的垂直步进电机、水平步进电机可以实现近光灯的水平转动和竖直转动。通过设置的电机驱动电路实现垂直步进电机、水平步进电机的转速的控制。步进电机驱动电路是连接于控制器的I/O接口。
在该种实施方式中，所述车轮速度传感器可以包括：左轮转速传感器和右轮车速传感器，所述左轮转速传感器和右轮车速传感器都连接于所述CAN总线模块。
在该种实施方式中，所述水平步进电机的转轴啮合于水平驱动杆，所述水平驱动杆的一端连接于万向节，以沿第一方向带动所述万向节运动；
所述竖直步进电机的转轴啮合于竖直驱动杆，所述竖直驱动杆的一端连接于所述万向节，以沿第二方向带动所述万向节运动。
在该种实施方式中，所述万向节的一端安装于所述汽车内，且所述万向节的另一端固接于所述近光灯和远光灯。需要说明的是，本发明既可以调整远光灯的角度也可以调整近光灯的角度，只需要一个万向节可以实现远近光灯的调节，降低了调整的难度。提高了调整的效率。
在该种实施方式中，所述第一方向和所述第二方向相垂直。第一方向为水平方向，第二方向为竖直方向，可根据需要进行调整，这样设计调整变得更加的方便。
在本发明的一种具体实施方式中，前照灯角度调节步骤如下；
步骤1、STM32单片机(单片机控制模块)采集方向盘转向传感器测得的方向盘转角γ，采集车轮速度传感器测得的汽车行驶速度v和汽车横摆角速度ω，v′＝cos(γ/N)，θ1＝90×S×ω/(π×v′)，
其中，S是实际光照(红外测距传感器)距离，
计算出此时车灯水平方向所需要转的角度θ1，还需要采集水平步进电机的实际的工作频率f1，通过PID控制算法算出水平步进电机所需要的工作频率f2，通过把值输给水平步进电机驱动器，再把车灯实际所转的角度θ反馈给水平步进电机，当θ1＝θ(0<θ1<15°)时，水平步进电机停止调节；
步骤2、STM32单片机采集水平传感器的信息算出汽车上下坡的俯仰角δ，当上坡时δ为正，当下坡时δ为正，再算出此时车灯所需要要的俯仰角θ2＝δ，还需要采集垂直步进电机的实际的工作频率f3；
通过PID控制算法算出垂直步进电机所需要的工作频率f4通过把值输给垂直步进电机驱动器，再把车灯实际所转的角度θ′反馈给垂直步进电机，当θ2＝θ′(-30°<θ2<30°)，垂直步进电机停止调节；
PID控制算法为：
△f＝Kp*Err(k)+Ki*Err(k-1)+Kd*Err(k-2)，
Kp，Ki，Kd分别是比例、积分、微分调节系数，Err(k)，Err(k-1)、Err(k-2)分别是理论值与这一次的误差、理论值与上一次的误差、理论值与上上一次的误差；计算公式f2＝f1+△f；
远近光灯自动开关以及调光步骤如下；
步骤1、通过环境光采集传感器，判断是否达到开灯的要求；
步骤2、再通过红外测距传感器判断距离车前方距离s在设定标准距离(设定值为40M)以内有障碍物则打开近光灯，否则打开远光灯；
步骤3、在已打开近光灯或者远光灯的基础上，通过环境光采集传感器采集环境光照强度；
步骤4、与已设定的环境光照等级来调整前照灯的亮度与之对应。
红外测距传感器主要适用于测出车前端与障碍物的距离，利用这个数据来切换近光灯和远光灯，达到自动切换功能，减少人为的操作的失误。环境光采集传感器主要是采集周围环境的光照强度，把采集的数据传到MCU(中央处理器)进行分析，并控制LED驱动来改变灯光的强弱。左右轮速度传感器、方向盘转向传感器、车身高度传感器这三个传感器主要是根据传感器采集的数据来判断车子在转弯时的转向和车身的位置，进而调节前照灯的方向。
所有传感器组中的传感器通过CAN总线将数据传到MCU，能够快速的获得数据信息并及时处理，提高了效率。
如图2所示，开始STM32单片机控制，通过传感器采集车子以及环境信息，首先通过红外测距传感器判断车前40m以内是否有障碍物，若有则打开近光灯，若没有则打开远光灯，在开灯之后，需要通过环境光采集传感器采集环境光亮度，与设定的前照灯光照等级所对应的环境光亮度设定值进行比较，调节前照灯为合适的亮度，再通过采集汽车的速度、高度、方向盘转的角度等信息，通过STM32单片机的控制程序进行处理，得到前照灯在水平和竖直方向所需要转动的角度，调整前照灯到合适的位置。
通过采集外界信息智能的控制汽车前照灯能够调整到合适的位置，解决了现有汽车前照灯不能及时调整的弊端，减少了行驶过程中的视觉盲区，大大提高了前照灯的利用效率，具有智能化高、控制作用及时，增强了汽车适应复杂道路的能力。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种用于汽车的自适应前照灯系统，其特征在于，该用于汽车的自适应前照灯系统包括：
CAN总线模块，所述CAN总线模块的一端连接于传感器组，另一端连接于单片机控制模块，以将所述传感器组采集到的信号发送给所述单片机控制模块；
单片机控制模块，所述单片机控制模块接受所述传感器组所采集到的以下信号：障碍物距离信号、环境光信号、车轮转速信号、方向盘转向信号、车身高度信号和车身倾斜角度信号；
LED驱动模块，所述LED驱动模块被配置成连接于汽车的近光灯和汽车的远光灯，并被配置成连接于所述单片机控制模块，以根据所述单片机控制模块所输出的第一控制信号调节所述近光灯或远光灯的开关状态以及所述近光灯或远光灯的亮度强弱状态；
步进驱动模块，所述步进驱动模块被配置成连接于所述近光灯和所述远光灯，并被配置成连接于所述单片机控制模块，以根据所述单片机控制模块所输出的第二控制信号调节所述近光灯或远光灯的光源所朝方向；
所述传感器组包括：红外测距传感器、环境光采集传感器、车轮速度传感器、方向盘转向传感器、车身高度传感器和水平传感器；
所述红外测距传感器、环境光采集传感器、车轮速度传感器、方向盘转向传感器、车身高度传感器和水平传感器分别电连接于所述CAN总线模块。
2.根据权利要求1所述的用于汽车的自适应前照灯系统，其特征在于，所述步进驱动模块包括：垂直步进电机、水平步进电机和电机驱动电路；所述电机驱动电路被配置成分别电连接于所述垂直步进电机和水平步进电机，以及被配置成连接于所述单片机控制模块，以根据所述单片机控制模块的第二控制信号驱动所述垂直步进电机和/或所述水平步进电机的工作。
3.根据权利要求1所述的用于汽车的自适应前照灯系统，其特征在于，所述车轮速度传感器包括：左轮转速传感器和右轮车速传感器，所述左轮转速传感器和右轮车速传感器都连接于所述CAN总线模块。
4.根据权利要求2所述的用于汽车的自适应前照灯系统，其特征在于，所述水平步进电机的转轴啮合于水平驱动杆，所述水平驱动杆的一端连接于万向节，以沿第一方向带动所述万向节运动；
所述垂直步进电机的转轴啮合于竖直驱动杆，所述竖直驱动杆的一端连接于所述万向节，以沿第二方向带动所述万向节运动。
5.根据权利要求4所述的用于汽车的自适应前照灯系统，其特征在于，所述万向节的一端安装于所述汽车内，且所述万向节的另一端固接于所述近光灯和远光灯。
6.根据权利要求4所述的用于汽车的自适应前照灯系统，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向相垂直。
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