CN108528324B - 一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统及其控制方法，由车载传感器子系统、驾驶员主动干预子系统、系统执行机构、车载控制子系统、车载无线通讯子系统、局域内控制平台和GPS数据收发子系统组成。局域内控制平台能够在不同的区域地形和车道形状中进行准确的会车判断，当双方车辆处于会车状态且任一方车辆开启了远光灯之后，则根据视野亮度指标进行协调控制，使双方驾驶员在夜间会车时获得最佳的视野亮度，并不受对方车辆远光灯带来的眩目影响；驾驶员视野亮度指标的因子不同空气环境、天气状况和能见度下进行了标定，对会车区域的环境具有很好的适应性；驾驶员对协调控制结果感觉不适应时，可对自身视野亮度进行调节。

Description

一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统及其控制 方法
技术领域
本发明属于车辆及交通技术领域，具体涉及一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统及其控制方法。
背景技术
会车，即反向行驶的列车、汽车等同时在某一地点交错通过。夜间会车时，远光灯的使用会对驾驶员的视野亮度产生重大的影响，与近光灯相比，远光灯光线集中且亮度大，可以照到更远的物体，对夜间驾驶有很大帮助，但滥用远光灯现象一直是我国现代交通安全的重大隐患。正视前方时，人眼对中心视野30°范围内的光最敏感；中心视野30°以外，人眼对光的敏感程度逐渐降低。夜间会车时，驾驶员往往会不自觉地看向对方远光车灯。强光突然照射眼睛时，会导致司机短暂失明3～5秒，这就造成了远光灯的眩目问题。
我国目前滥用远光灯的现象很严重，增加了交通事故发生的几率。公安部公布数据显示，2016年发生在夜间的交通事故中，与滥用远光灯有关的占30％～40％。虽然有关部门制订了《道路交通安全法实施条例》来规定远光灯使用的方法，但事实上这一交通条例并没能有效减少远光灯引发的交通事故。因此，人们提出了一些技术方案来解决该问题。
中国专利CN103204098A公开了一种实现防炫目汽车远光灯系统及方法，意在解决夜晚会车要关闭远光灯造成路况看不清的问题，允许驾驶员在夜晚会车时打开远光灯，而且驾驶员能看清路况、安全驾驶。但是，该方法没有考虑到会车区域的复杂地形等对系统的工作效果所造成的影响。
中国专利CN206436903U公开了一种防远光灯眩目提醒装置，提醒迎面行驶的车辆的驾驶员及时关闭远光灯，减光交通事故的发生。但是，该装置没有考虑到在环境因素以及驾驶员自身的因素的作用下，驾驶员可能会忽略对方车辆发送来的提醒信号。
综上所述，夜间会车时，双方驾驶员视野亮度的协调控制问题仍亟待解决。目前，通信技术、汽车电子控制技术和车联网技术不断发展，新材料的研究也不断进步，如能以此为突破口研发一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统及控制方法，必将具有广泛的应用前景和潜在的市场价值。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统及其控制方法，该系统用于在夜间会车时，对双方驾驶员的视野亮度进行协调控制，使得双方驾驶员能获得最佳的视野亮度，同时不受到对方车辆的远光灯带来的眩目影响。
一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统，由车载传感器子系统、驾驶员主动干预子系统、系统执行机构、车载控制子系统、车载无线通讯子系统、局域内控制平台和GPS数据收发子系统组成；其中，车载无线通讯子系统将车载传感器子系统采集的信息传送至局域内控制平台，以及将局域内控制平台的控制指令传送至车载控制子系统；GPS数据收发子系统用于收集数据并且传送至局域内控制平台；局域内控制平台是会车区域内的控制核心，能够在不同的区域地形和车道形状中进行准确的会车判断，保证系统能够准确响应；当局域内控制平台根据车载传感器子系统采集的信息和GPS数据收发子系统传送的信息判断双方车辆处于会车状态且任一方车辆开启了远光灯之后，则计算双方驾驶员视野亮度指标值，并且根据视野亮度指标值的结果对车载控制子系统传送控制指令来对系统执行机构进行协调控制，使双方驾驶员在夜间会车时能够获得最佳的视野亮度，同时不受到对方车辆远光灯带来的眩目影响；驾驶员视野亮度指标的因子不同空气环境、不同天气状况和不同能见度的情况下进行了标定，因此对会车区域的环境具有很好的适应性；同时，本发明是对双方驾驶员视野亮度自动进行协调控制的，驾驶员对协调控制结果感觉不适应时，可以启动主动干预子系统来对自身视野亮度进行主动调节。
所述的系统执行机构由LED远光灯及多自由度车灯偏转机构组成；其中，LED远光灯配置有无极调光控制器，控制器采用BP2838G恒流驱动芯片和LXR211W控制芯片，可以在车载控制子系统的调控下对灯光亮度进行无极控制；多自由度车灯偏转机构用于在车载控制子系统的控制下实现灯光的任意方向的偏转。
多自由度车灯偏转机构由远光灯连接台、球齿轮副、球齿轮环形套、球齿轮副安装台、电磁推杆、十字轴万向节、逆变器、逆变器控制器和车载电源组成。逆变器及其控制器均由车载电源进行供电，逆变器输出的交流电给电磁推杆供电，逆变器控制器用于控制逆变器输出电流的相位，进而实现电磁推杆杆柱的往复运动；电磁推杆推动球齿轮环形套运动，球齿轮环形套带动球齿轮副运动，通过球齿轮副的约束来完成LED远光灯的多自由度运动，实现远光灯的偏转角在球面上的任意变化。
所述的远光灯连接台由前连接平台、后连接平台和中间支撑肋板组成，其中，前连接平台和远光灯底座通过螺栓固连；球齿轮副包括前球齿轮和后球齿轮，为减轻质量，均加工成空心半球形，轮齿在两个齿轮的球面上相互啮合，前球齿轮平面和远光灯连接台的后连接平台通过螺栓固连，后球齿轮平面通过球齿轮副安装台固连在车上；球齿轮环形套通过螺栓固连在前球齿轮上；球齿轮环形套边缘加工了三个间隔120°的凸台，每个凸台上都加工有万向节底座，通过螺栓将十字轴万向节固连在万向节底座上。
球齿轮副安装台由前安装平台、后安装平台和中间支撑肋板组成，其中，前安装平台通过螺栓和后球齿轮平面固连，后安装平台上加工有9个螺栓孔，通过螺栓将安装台固连在车上，后安装平台上还加工有三个间隔120°的万向节安装底座，与球齿轮环形套上的万向节安装底座同心，通过螺栓将十字轴万向节固连在万向节底座上；电磁推杆包括电磁推杆杆柱及其套筒，共有三组，每个套筒分别和固连在球齿轮副安装台的下平台上的十字轴万向节套筒通过螺栓固连，每个电磁推杆分别和固连于远光灯连接台的后连接平台上的十字轴万向节套筒通过螺栓固连，电磁推杆套筒内部有驱动线圈及配套铁芯、复位弹簧，电磁推杆杆柱由杆柱体和固连于杆柱体底部的永磁体构成，复位弹簧用于实现电磁推杆的复位。
所述的驾驶员主动干预子系统包括自动调光模式、手动调光模式和近光补偿模式，可以分别按照驾驶员的自身需求，在驾驶员的主动操作下实现三种模式之间的自由切换，手动调光模式和自动调光模式对应于驾驶员感受到的刺眼状态，用于将驾驶员的视野亮度调暗；近光补偿模式对应于驾驶员感受到的昏暗状态，用于将驾驶员的视野亮度调亮；当驾驶员主动干预子系统切换为手动调光模式时，子系统在驾驶员的手动操作下实现对自身视野亮度的调节；当驾驶员主动干预子系统切换为自动调光模式时，子系统根据预设的程序对驾驶员的视野亮度进行调控；当驾驶员主动干预子系统切换为近光补偿模式时，子系统对驾驶员视野亮度进行照明补偿。
手动模式和自动模式的响应模块为嵌合在车辆前风窗玻璃上的电致变色玻璃。手动调光模式包括手动模式DC/DC降压型转换器、旋转式电位器、手动模式指示灯，手动模式DC/DC降压型转换器用于对车载直流电源进行降压给电路供电，旋转式电位器、手动模式指示灯以及电致变色玻璃串联在电路中，在驾驶员的手动旋转操作下，旋转式电位器的电阻会发生变化，进而导致电致变色玻璃的端电压发生变化，玻璃的透光率也会随之变化；
自动调光模式包括自动模式DC/DC降压型转换器、光强信息采集模块、控制芯片和自动模式指示灯，光强信息采集模块为安装于车辆前风窗玻璃边缘的高精度光电池，控制芯片为80C51单片机，光强信息采集模块和控制芯片相连，控制芯片由车载电源经自动模式DC/DC降压型转换器供电，控制芯片的控制输入端连接高精度光电池的两个引脚，输出端连接电致变色玻璃的上下两端，用于给电致变色玻璃提供端电压，控制芯片根据预设的程序获得合理的输入信号和输出信号之间的映射关系，由高精度光电池输入的电压获得相应的输出电压，进而控制玻璃的透光率，将驾驶员感受到的远光灯照度值控制在适宜范围内；
近光补偿模式包括补偿模式DC/DC降压型转换器、补偿近光灯、补偿模式指示灯和保护电阻，补偿近光灯和保护电阻串联，由补偿模式DC/DC降压型转换器将车载直流电源降压后供电，补偿近光灯为小功率LED灯，用于在有限范围内对驾驶员视野亮度进行补偿，同时不对对方驾驶员产生干扰，以及不影响整个协调控制系统的运行。
自动调光模式和手动调光模式以及近光补偿模式由安装于方向盘上的六档自锁型旋转开关来实现模式之间的切换，六档自锁型旋转开关的逆时针方向分别为1空档、2自动调光模式档、3空档、4手动调光模式档、5空档、6近光补偿模式档；所述的自动模式指示灯、手动模式指示灯和补偿模式指示灯为小功率LED发光二极管，分别串联在相应电路中，用于指示当前的主动干预模式。驾驶员在协调控制系统作用的过程中，当感受到自身视野亮度过于刺眼时，可以启用主动干预子系统，通过手动调光模式或者自动调光模式进行主动干预对自身视野亮度进行调节，这不会对对方驾驶员产生干扰，也不会影响整个驾驶员视野亮度协调控制系统的运行；另一方面，在协调控制系统运行过程中，驾驶员感觉自身视野亮度过于昏暗，可以通过近光补偿模式对进行自身视野亮度的补偿，由于用于视野亮度补偿的近光灯照射范围有限，而且灯光强度不高，也不会对对方驾驶员产生干扰，不会影响整个协调控制系统的运行。
所述的电致变色玻璃经过面积优化之后嵌合在车辆的前风窗玻璃之上，以达到经济效益和视野亮度调节效果的均衡优化，具体的优化方法为：
第一步：统计不同性别、不同年龄段的驾驶员的坐姿高度，获得驾驶员坐姿高度分布图；
第二步：认为驾驶员坐姿高度符合高斯分布，根据驾驶员坐姿高度分布图拟合出坐姿高度概率函数，表述为：
f(h)＝A·eb×h
式中：A和b表示拟合后的函数系数，h为自变量，即驾驶员的坐姿高度；
第三步：开车时，驾驶员注意力处于集中状态，此时视角为α＝23°，驾驶员双目至风窗玻璃的距离为l，是关于车型的变量，取坐姿高度概率密度函数的置信区间为[0.05，0.95]，则电致变色玻璃的面积优化算法表述为：
Sg＝(h0.95-h0.05)·(l·tan23°)3·π/2
式中：Sg表示经过优化后的电致变色玻璃的面积，h0.95和h0.05的计算方法为：
式中：hmin表示驾驶员坐姿统计结果里的最低坐姿高度，hmax表示根据驾驶员坐姿高度统计结果里的最高坐姿高度。
上述用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的控制方法，具体步骤为：
A、局域内控制平台根据车载无线通讯子系统传送的车载传感器子系统所采集的信息以及GPS数据收发子系统传送的信息，在不同的区域地形和车道形状中进行会车状态判断；
B、若局域内控制平台判断双方车辆处于会车状态，则进行步骤C；
C、局域内控制平台根据车载无线通讯子系统5传送的车载传感器子系统所采集的信息来对双方车辆的远光灯照明状态进行检测；
D、局域内控制平台检测到其中一方车辆开启远光灯，或者双方车辆均开启远光灯，则进行步骤E；
E、局域内控制平台根据车载无线通讯子系统传送的车载传感器子系统所采集的信息以及GPS数据收发子系统传送的信息来计算双方驾驶员的视野亮度指标；
F、局域内控制平台根据计算出的双方驾驶员视野亮度指标的结果，对双方车辆的车载控制子系统传送控制指令；
G、车载控制子系统接收局域内控制平台的指令，对系统执行机构进行协调控制，包括车辆远光灯的照明强度控制以及灯光偏转角的控制，使得双方驾驶员均能够在会车过程中获得最佳的视野亮度，同时不会受到对方车辆远光灯带来的眩目影响；
H、车载无线通讯子系统实时将系统执行机构的协调控制结果反馈至局域内控制平台6；
I、局域内控制平台判断会车状态结束，协调控制系统将双方车辆的远光灯照明状态恢复至正常状态，即正常亮度且无灯光偏转角，协调控制系统停止工作；
J、当驾驶员对视野亮度的协调控制结果感觉不适应时，可以根据自身需求决定是否开启驾驶员主动干预子系统；若驾驶员开启了主动干预子系统之后，则进行步骤K；
K、驾驶员进行主动干预的模式的选择，包括手动调光模式、自动调光模式以及近光补偿模式，实现对自身视野亮度的主动调节。
步骤A，所述的会车判断的具体步骤为：
GPS数据收发子系统将双方车辆的地理坐标信息实时传送至局域内控制平台；车载无线通讯子系统将车载传感器子系统采集的双方车辆的车道坡度信息和车道曲率半径信息实时传送至局域内控制平台，在一定时间间隔之后，局域内控制平台依据这些信息进行会车判断；
局域内控制平台用于判断的时间间隔为T，T时间之前，局域内控制平台通过GPS数据收发子系统接收到的双方车辆的地理坐标信息为(x1，y1)，(x2，y2)；T时间之后，局域内控制平台通过GPS数据收发子系统接收到的双方车辆的地理坐标信息为(x1(T)，y1(T))，(x2(T)，y2(T))；局域内控制平台通过车载无线通讯子系统接收到的会车时车道曲率半径信息为R、会车时双方车辆的车道坡度信息分别为θ1，θ2；用于进行会车判断的指标具体分为以下三种情况：
第一种情况：R＝0，θ1＝θ2＝0，满足下述指标则局域内控制平台判断双方车辆处于会车状态：
第二种情况：R＝0，θ1≠0，θ2≠0，满足下述指标则局域内控制平台判断双方车辆处于会车状态：
其中：
第三种情况：R≠0，满足下述指标则局域内控制平台判断双方车辆处于会车状态：
其中，x0，y0满足以下非线性方程组：
其求解程序为：
第一步：在数学计算软件Matlab中使用syms函数定义变量x1，y1，x2，y2，R，x0，y0；
第二步：在数学计算软件Matlab中使用solve函数，以变量x0，y0为输出对上述非线性方程组进行求解；
第三步：输出求解结果。
xm，ym满足如下非线性方程组：
其求解程序为：
第一步：在数学计算软件Matlab中使用syms函数定义变量x1，y1，x2，y2，R，x0，y0，xm，ym；
第二步：在数学计算软件Matlab中使用solve函数，以变量xm，ym为输出对上述非线性方程组进行求解；
第三步：输出求解结果。
局域内控制平台在不同的区域地形和车道形状中依据上述三项指标判断双方车辆是否处于会车状态。
步骤E，所述的驾驶员视野亮度指标是将局域内控制平台通过车载无线通讯子系统接收到的车载传感器子系统采集的信息和接收GPS数据收发子系统传送的信息作为变量，通过理论推导和在不同的空气环境、不同的天气状况以及不同的能见度下进行试验标定而建立的；局域内控制平台通过车载无线通讯子系统接收车载传感器子系统采集的信息包括：会车区域的相对湿度信息、会车区域的空气质量指数信息、会车区域的天气状况信息、双方车辆的远光灯照明强度信息，这些变量信息分别由安装于车上的相关传感器进行采集；局域内控制平台接收GPS数据收发子系统传送的信息包括：双方车辆的航向状态信息、双方车辆的地理坐标信息；局域内控制平台将这些信息作为变量，所建立的驾驶员视野亮度指标表述为：
式中：T表示会车时的驾驶员视野亮度指标，单位为lx/m2；Eo表示对方车辆的远光灯照度值，单位为lx；S表示双方车辆远光灯有效作用面积，单位为m2，S的计算方法分为以下三种情况：
第一种情况：双方车辆航向角均为0时：
S＝|x1-x2|·|y1-y2|
式中：x1，y1表示一方车辆的地理坐标；x2，y2表示另一方车辆的地理坐标；
第二种情况：一方车辆的航向角非0，另一方车辆的航向角为0
设航向角非0的一方车辆的航向角为S的计算方法为：
第三种情况：双方车辆的航向角均非0：
设一方车辆的航向角为另一方车辆的航向角为/>S的计算方法为：
KRH表示空气湿度因子，是关于空气湿度信息的函数。通过试验样本采集知，大部分情况下空气湿度的范围为40％RH到70％RH，因此，本发明设计了空气湿度因子关于空气湿度信息的函数，以保证驾驶员视野亮度指标值在不同空气湿度情况下的合理性；该函数能够保证在空气湿度从0％RH到100％RH的范围内，驾驶员视野亮度指标的一阶导数连续，实现平稳过渡，同时空气湿度范围从40％RH到70％，驾驶员视野亮度指标变化平缓，保证驾驶员的适应性，综上所述，所建立的空气湿度因子关于空气湿度的函数为：
式中：表示相对空气湿度，其范围为0％RH～100％RH；
KAQI表示空气质量因子，是关于空气质量信息的函数。通过试验样本采集知，大部分情况下空气质量因子的范围为50AQI到100AQI，因此，本发明设计了空气质量因子关于空气质量的函数，以保证驾驶员视野亮度指标值在不同空气质量情况下的合理性；该函数能够保证在空气质量大于等于0AQI时，驾驶员视野亮度指标的一阶导数连续，可以平稳过渡，同时空气质量因子从50AQI到200AQI，驾驶员视野亮度指标变化平缓，保证驾驶员的适应性，综上所述，所建立得空气质量因子关于空气质量的函数为：
式中：AQI表示空气质量指数，其范围为AQI≥0；
KWETH表示天气状况因子，是关于天气状况信息的函数，主要体现在雨雪天气上。由于雨雪天气是分等级的，因此，本发明采用等级映射方法，每一等级的雨雪天气映射到相应的天气状况因子，表述如下:
没有雨雪时，KWETH＝1；小雪天气时，KWETH＝1.2；中雪天气时，KWETH＝1.4；大雪天气时，KWETH＝1.6；暴雪天气时，KWETH＝2；小雨天气时，KWETH＝1.2；中雨天气时，KWETH＝1.3；大雨天气时，KWETH＝1.4；暴雨天气时，KWETH＝1.5；
KVI表示能见度因子，是关于能见度信息的函数，主要受雾天的影响。由于雾天是分等级的，因此，本发明采用等级映射方法，每一等级的雾天映射到相应的能见度因子，表述如下:
轻雾时KVI＝1；大雾时KVI＝1.5；浓雾时KVI＝1.8；强浓雾时KVI＝2.0；
局域内控制平台实时计算双方驾驶员的T值，经试验标定后确定理想的驾驶员视野亮度指标值Ti。
所述的局域内控制平台判断到双方车辆处于会车状态，且通过车载无线通讯子系统传送的信息监测到任一方车辆开启了远光灯之后，即对双方的车载控制子系统发送控制指令，系统执行机构在车载控制子系统的调控下，实时进行双方车辆远光灯的照明亮度调节以及灯光的偏转角调节，以其中一方驾驶员为例，具体的调控步骤为：
第一步：局域内控制平台实时计算该驾驶员的视野亮度指标值；
第二步，分为以下三种情况：
第一种情况：通过采集样本和试验标定预先确定的驾驶员视野亮度下限值为Tmin，若计算的T值低于这个下限值，则驾驶员视野亮度判断为昏暗状态；此时，局域内控制平台通过车载无线通讯子系统给对方车辆的车载控制子系统传送控制指令，调节对方车辆的远光灯亮度，使驾驶员视野亮度指标恢复到Tmin，然后调节对方车辆的远光灯偏转角使驾驶员视野亮度指标逐渐接近Ti；
第二种情况：通过采集样本和试验标定预先确定的驾驶员视野亮度上限值为Tmax，若计算的T值大于这个上限值，则驾驶员视野亮度判断为刺眼状态；此时，局域内控制平台通过车载无线通讯子系统给对方车辆的车载控制子系统传送控制指令，调节对方车辆的远光灯亮度，使驾驶员视野亮度指标恢复到Tmax，然后调节对方车辆的远光灯偏转角使驾驶员视野亮度指标逐渐接近Ti；
第三种情况：局域内控制平台计算的T值在Tmin和Tmax之间，则通过调节对方车辆的远光灯偏转角使驾驶员视野亮度指标逐渐接近Ti。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明能够使双方驾驶员在夜间会车时能够获得最佳的视野亮度，同时不受到对方车辆远光灯带来的眩目影响；驾驶员视野亮度指标的因子在不同空气环境、不同天气状况和不同能见度下进行了标定，因此对会车区域的环境具有很好的适应性；同时，本发明是对双方驾驶员视野亮度自动进行协调控制的，驾驶员对协调控制的结果感觉不适应时，可以进行主动干预来对自身视野亮度进行调节。
附图说明
图1是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统结构模块图；
图2是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的控制方法示意图；
图3是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统在直道无坡度情况下的会车判断方法示意图；
图4是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统在有坡度情况下的会车判断方法示意图；
图5是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统弯道上的会车判断方法示意图；
图6是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的系统执行机构中的多自由度灯光偏转机构轴测图；
图7a是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的系统多自由度灯光偏转机构的球齿轮环形套图；
图7b是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的系统多自由度灯光偏转机构的远光灯连接台图；
图7c是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的系统多自由度灯光偏转机构的球齿轮安装台图；
图8是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的多自由度灯光偏转机构中的电磁推杆剖面图；
图9是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统驾驶员主动干预子系统电路图；
图10是本发明一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统驾驶员主动干预子系统中的电致变色玻璃面积优化方法示意图。
图中，1.车载传感器子系统 2.驾驶员主动干预子系统 3.系统执行机构 4.车载控制子系统 5.车载无线通讯子系统 6.局域内控制平台 7.GPS数据收发子系统 8.远光灯9.螺栓Ⅰ 10.远光灯连接台 11.十字轴万向节 12.电磁推杆 13.球齿轮副安装台 14.车载电源 15.逆变器 16.导线 17.逆变器控制器 18.后球齿轮 19.前球齿轮 20.球齿轮环形套 21.凸台 22.万向节底座 23.前连接平台 24.中间支撑肋板 25.后连接平台 26.前安装平台 27.万向节安装底座 28.后安装平台 29.螺栓孔 30.永磁体 31.电磁推杆套筒32.驱动线圈 33.配套空心铁芯 34.复位弹簧 35.电磁推杆杆柱体 36.光强信息采集模块37.电致变色玻璃 38.旋转式电位器 39.自动模式DC/DC降压型转换器 40.手动模式DC/DC降压型转换器 41.近光补偿模式DC/DC降压型转换器 42.近光补偿模式指示灯 43.补偿近光灯 44.保护电阻 45.手动模式指示灯 46.六档自锁型旋转开关 47.控制芯片 48.自动模式指示灯。
具体实施方式
如图1所示，一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统，由车载传感器子系统1、车载无线通讯子系统5、车载控制子系统4、局域内控制平台6、系统执行机构3、GPS数据收发子系统7和驾驶员主动干预子系统2组成。
车载无线通讯子系统5将车载传感器子系统1采集的信息传送至局域内控制平台6，以及将局域内控制平台6的控制指令传送至车载控制子系统4；GPS数据收发子系统7用于按局域内控制平台6的指令收集必要的数据并且传送至局域内控制平台6；局域内控制平台6是整个系统的控制核心，通过车载无线通讯子系统5对车载控制子系统4传送控制指令，进而对系统执行机构3进行协调控制。驾驶员主动干预子系统2是独立于控制系统，由驾驶员进行主动控制的。
如图2所示，上述用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的控制方法，具体步骤为：
A、局域内控制平台6根据车载无线通讯子系统5传送的车载传感器子系统1所采集的信息以及GPS数据收发子系统7传送的信息，在不同的区域地形和车道形状中进行会车状态判断；
B、若局域内控制平台6判断双方车辆处于会车状态，则进行步骤C；
C、局域内控制平台6根据车载无线通讯子系统5传送的车载传感器子系统1所采集的信息来对双方车辆的远光灯照明状态进行检测；
D、局域内控制平台6检测到其中一方车辆开启远光灯，或者双方车辆均开启远光灯，则进行步骤E；
E、局域内控制平台6根据车载无线通讯子系统5传送的车载传感器子系统1所采集的信息以及GPS数据收发子系统7传送的信息来计算双方驾驶员的视野亮度指标；
F、局域内控制平台6根据计算出的双方驾驶员视野亮度指标的结果，对双方车辆的车载控制子系统4传送控制指令；
G、车载控制子系统4接收局域内控制平台6的指令，对系统执行机构3进行协调控制，包括车辆远光灯的照明强度控制以及灯光偏转角的控制，使得双方驾驶员均能够在会车过程中获得最佳的视野亮度，同时不会受到对方车辆远光灯带来的眩目影响；
H、车载无线通讯子系统5实时将系统执行机构3的协调控制结果反馈至局域内控制平台6；
I、局域内控制平台6判断会车状态结束，协调控制系统将双方车辆的远光灯照明状态恢复至正常状态，即正常亮度且无灯光偏转角，协调控制系统停止工作；
J、当驾驶员对视野亮度的协调控制结果感觉不适应时，可以根据自身需求决定是否开启驾驶员主动干预子系统2；若驾驶员开启了主动干预子系统之后，则进行步骤K；
K、驾驶员进行主动干预的模式的选择，包括手动调光模式、自动调光模式以及近光补偿模式，实现对自身视野亮度的主动调节。
如图3所示，为一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统在直道无坡度情况下的会车判断方法示意图，图中，X轴表示大地坐标系下的横轴，Y轴表示大地坐标系下的纵轴，会车的双方车辆标记为1车和2车，(x1,y1)表示1车地理坐标信息，T表示局域内控制平台用于会车判断的时间间隔，(x1(T),y1(T))表示T时间之后的1车地理坐标信息，(x2,y2)表示2车地理坐标信息，(x2(T),y2(T))表示T时间之后的2车地理坐标信息；局域内控制平台6通过车载无线通讯系统5采集到的车道曲率半径信息和车道坡度信息判断会车区域为直道无坡度，根据图示大地坐标系下双方车辆在T时间之前的地理坐标信息和T时间之后的地理坐标信息，依据相应算法进行会车判断；双方车辆地理坐标信息由GPS数据收发子系统7采集并且发生至局域内控制平台6。
如图4所示，为一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统在有坡度情况下的会车判断方法示意图，图中，会车的双方车辆标记为1车和2车，(x1,y1)表示1车地理坐标信息，T表示局域内控制平台用于会车判断的时间间隔，(x1(T),y1(T))表示T时间之后的1车地理坐标信息，(x2,y2)表示2车地理坐标信息，(x2(T),y2(T))表示T时间之后的2车地理坐标信息，θ1和θ2分别表示1车和2车的车道坡度信息；局域内控制平台6通过车载传感器子系统1采集到的会车区域车道坡度信息判断会车区域有坡度，根据图示大地坐标系下双方车辆在T时间之前的地理坐标和T时间之后的地理坐标以及双方车辆的车道坡度信息，依据相应算法进行会车判断；双方车辆地理坐标信息由GPS数据收发子系统7采集并且发生至局域内控制平台6。
如图5所示，为一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统弯道上的会车判断方法示意图，图中，X轴表示大地坐标系下的横轴，Y轴表示大地坐标系下的纵轴，会车的双方车辆标记为1车和2车，(x1,y1)表示1车地理坐标信息，T表示局域内控制平台用于会车判断的时间间隔，(x1(T),y1(T))表示T时间之后的1车地理坐标信息，(x2,y2)表示2车地理坐标信息，(x2(T),y2(T))表示T时间之后的2车地理坐标信息，R表示车道的曲率半径信息，(x0,y0)表示车道曲率中心坐标，(xm,ym)表示车道中点坐标；局域内控制平台6通过车载无线通讯系统5采集到的车道曲率半径信息判断会车区域为弯道，根据图示大地坐标系下双方车辆在T时间之前的地理坐标和T时间之后的地理坐标信息，依据相应算法进行会车判断；双方车辆地理坐标信息由GPS数据收发子系统7采集并且发生至局域内控制平台。
如图6、图7a-图7c所示，为一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的系统执行机构中的多自由度灯光偏转机构轴测图，以及多自由度灯光偏转机构的球齿轮环形套、远光灯连接台和球齿轮安装台的结构示意图，包括车载电源14、远光灯连接台10、球齿轮副18，19、球齿轮环形套20、球齿轮副安装台13、电磁推杆12、十字轴万向节11、逆变器15及其逆变器控制器17。
其中，远光灯连接台10由前连接平台23、后连接平台28和中间支撑肋板24组成，其中，前连接平台23和远光灯8的灯底座通过螺栓9固连。
球齿轮副由前球齿轮19和后球齿轮18组成，为减轻质量，均加工成空心半球形，轮齿在两个齿轮的球面上相互啮合，前球齿轮平面和远光灯连接台10的后连接平台25通过螺栓9固连，后球齿轮平面通过球齿轮副安装台13固连在车上。
球齿轮环形套20通过螺栓9固连在前球齿轮19上，球齿轮环形套20边缘加工了三个间隔120°的凸台21，凸台21上都加工有万向节底座22，通过螺栓9将十字轴万向节11固连在万向节底座22上。
球齿轮副安装台13由前安装平台26、后安装平台28和中间支撑肋板24组成，其中，前安装平台26通过螺栓9和后球齿轮18平面固连，后安装平台28上加工有9个螺栓孔29，通过螺栓9将球齿轮副安装台13固连在车上，后安装平台28上还加工有三个间隔120°的万向节安装底座27，与球齿轮环形套20上的万向节安装底座27同心，通过螺栓9将十字轴万向节11固连在万向节安装底座27上。
电磁推杆12及其电磁推杆套筒31共有三组，通过十字轴万向节11连接于球齿轮副安装台13和球齿轮环形套20之间，每个电磁推杆套筒31分别和固连在后安装平台28上的十字轴万向节11的套筒通过螺栓9固连，每个电磁推杆12分别和固连于远光灯连接台10的后连接平台25上的十字轴万向节11的套筒通过螺栓9固连。
车载电源14给逆变器15以及逆变器逆变器控制器17供电，通过导线16进行连接，逆变器控制器17用于控制逆变器17输出电流的相位，逆变器15输出的交流电通过导线16给电磁推杆12供电，进而实现电磁推杆12的往复运动，电磁推杆12推动球齿轮环形套20运动，球齿轮环形套20带动前球齿轮19运动，通过后球齿轮18的约束来完成LED远光灯8的多自由度运动，实现远光灯8的偏转角在球面上的任意变化。
如图8所示，为一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的多自由度灯光偏转机构中的电磁推杆剖面图，包括电磁推杆杆柱体35、永磁体30、电磁推杆套筒31，电磁推杆套筒31内部有驱动线圈32及配套空心铁芯33、复位弹簧34，电磁推杆杆柱由电磁推杆杆柱体35和固连于电磁推杆杆柱35体底部的永磁体30构成，复位弹簧34用于实现电磁推杆12的复位。
如图9所示，为一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统驾驶员主动干预子系统电路图，包括自动调光模式、手动调光模式和近光补偿模式，可以在驾驶员的主动操作下实现三种模式之间的自由切换。
手动调光模式和自动调光模式的响应模块为嵌合在车辆前风窗玻璃上的电致变色玻璃37，为了达到经济效益和防眩效果的均衡优化，对电致变色玻璃37的面积进行了优化；手动调光模式包括手动模式DC/DC降压型转换器40、旋转式电位器38、手动模式指示灯45，旋转式电位器38和电致变色玻璃37串联，用于在驾驶员的手动旋转操作下改变电致变色玻璃37透光率。
自动调光模式包括自动模式DC/DC降压型转换器39、光强信息采集模块36、控制芯片47和自动模式指示灯48，光强信息采集模块36为安装于车辆前风窗玻璃边缘的高精度光电池，控制芯片47为80C51单片机，光强信息采集模块36和控制芯片47相连，控制芯片47由车载电源14经自动模式DC/DC降压型转换器39供电，控制芯片47根据预设程序由光强信息来控制电致变色玻璃37的透光率，从而将驾驶员感受到的远光灯照度值控制在适宜范围内。
近光补偿模式包括近光补偿模式DC/DC降压型转换器41、补偿近光灯43、近光补偿模式指示灯42和保护电阻44，近光补偿模式DC/DC降压型转换器41用于将车载电源14降压后给电路供电，补偿近光灯43为小功率LED灯，用于在有限范围内对驾驶员视野亮度进行补偿，同时不对对方驾驶员产生干扰，以及不影响整个协调控制系统的运行。
自动调光模式和手动调光模式以及近光补偿模式由安装于方向盘上的六档自锁型旋转开关46来实现模式之间的切换，六档自锁型旋转开关46的逆时针方向分别为①空档、②自动调光模式档、③空档、④手动调光模式档、⑤空档、⑥近光补偿模式档；自动模式指示灯48、手动模式指示灯45和近光补偿模式指示灯42为小功率LED发光二极管，分别串联在相应电路中，用于指示当前的主动干预模式。
如图10所示，为一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统驾驶员主动干预子系统中的电致变色玻璃面积优化方法示意图，首先需要统计不同性别、不同年龄段的驾驶员的坐姿高度，然后依据相应方法进行优化，优化方法所需要的变量为:hmin(样本中的最低坐姿高度)，hmax(样本中的最高坐姿高度)，h0.95，h0.05，l(驾驶员双目至风窗玻璃的距离)和α(视角，取为定值23°)。由不同性别、不同年龄段的驾驶员的坐姿高度获得驾驶员坐姿高度分布图，根据驾驶员坐姿高度分布图拟合出坐姿高度概率函数，根据坐姿高度概率密度函数，取坐姿高度概率密度函数的置信区间为[0.05，0.95]，得到置信度为0.05时对应的高度h0.05和置信度为0.95时对应的高度h0.95，根据相应的算法就可以得到优化后的电致变色玻璃的面积。这种优化方法考虑到了绝大多数驾驶员在调用驾驶员主动干预子系统2时的视野亮度调节的需求，同时考虑到成本因素，将电致变色玻璃的面积尽量减少，达到了经济效益和视野亮度调节的均衡优化。

Claims (6)

1.一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统，其特征在于：由车载传感器子系统(1)、驾驶员主动干预子系统(2)、系统执行机构(3)、车载控制子系统(4)、车载无线通讯子系统(5)、局域内控制平台(6)和GPS数据收发子系统(7)组成；
所述车载无线通讯子系统(5)将车载传感器子系统(1)采集的信息传送至局域内控制平台(6)；以及将局域内控制平台(6)的控制指令传送至车载控制子系统(4)；
所述GPS数据收发子系统(7)用于按局域内控制平台(6)的指令收集数据并且传送至局域内控制平台(6)；
所述驾驶员主动干预子系统(2)由驾驶员进行主动控制，允许驾驶员在系统工作过程对自身视野亮度进行主动调节；
所述驾驶员主动干预子系统(2)包括自动调光模式、手动调光模式和近光补偿模式，由安装于方向盘上的六档自锁型旋转开关来实现模式之间的切换，其中，手动调光模式和自动调光模式的响应模块为嵌合在车辆前风窗玻璃上的电致变色玻璃(37)；
所述手动调光模式包括手动模式DC/DC降压型转换器(40)、旋转式电位器(38)和手动模式指示灯(45)，旋转式电位器(38)和电致变色玻璃(37)串联；所述自动调光模式包括自动模式DC/DC降压型转换器(39)、光强信息采集模块(36)、控制芯片(47)和自动模式指示灯(48)，光强信息采集模块(36)和控制芯片(47)相连，控制芯片(47)由车载电源(14)经自动模式DC/DC降压型转换器(39)供电，控制芯片(47)由光强信息来控制电致变色玻璃(37)的透光率；所述近光补偿模式包括近光补偿模式DC/DC降压型转换器(41)、补偿近光灯(43)、近光补偿模式指示灯(42)和保护电阻(44)，近光补偿模式DC/DC降压型转换器(41)将车载电源(14)降压后给电路供电，补偿近光灯(43)为小功率LED灯；
所述局域内控制平台(6)根据车载传感器子系统(1)采集的信息和GPS数据收发子系统(7)传送的信息做出会车判断，并依据驾驶员视野亮度指标对车载控制子系统(4)传送控制指令对系统执行机构(3)进行协调控制，使双方驾驶员在获得最佳的视野亮度的同时不受对方车辆远光灯带来的眩目影响；
所述系统执行机构(3)由LED远光灯(8)和多自由度车灯偏转机构组成；其中，LED远光灯(8)设有无级调光控制器，其采用BP2838G恒流驱动芯片和LXR211W控制芯片，在车载控制子系统(4)的调控下对灯光亮度进行无级控制；所述多自由度车灯偏转机构在车载控制子系统(4)的控制下实现灯光的任意方向的偏转；
所述多自由度车灯偏转机构由远光灯连接台(10)、球齿轮副、与球齿轮副固连的球齿轮环形套(20)、球齿轮副安装台(13)、电磁推杆(12)、十字轴万向节(11)、逆变器(15)、逆变器控制器(17)和车载电源(14)组成；其中，球齿轮副与远光灯连接台(10)连接，并通过球齿轮副安装台(13)与车固定，十字轴万向节(11)分别与球齿轮环形套(20)上的万向节底座(22)以及球齿轮副安装台(13)上的万向节安装底座(27)相连，电磁推杆(12)与固定在远光灯连接台(10)上的十字轴万向节(11)的套筒固连，逆变器(15)、逆变器控制器(17)均由车载电源(14)供电，逆变器(15)输出的交流电给电磁推杆(12)供电，电磁推杆(12)推动球齿轮环形套(20)运动并推动球齿轮副运动，通过球齿轮副的约束完成LED远光灯(8)的多自由度运动。
2.根据权利要求1所述的一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统，其特征在于：所述远光灯连接台(10)由前连接平台(23)、后连接平台(25)和中间支撑肋板(24)组成，其中，前连接平台(23)与LED远光灯(8)的灯底座固连；所述球齿轮副由前球齿轮(19)和后球齿轮(18)组成，均为空心半球形，轮齿在两个齿轮的球面上相互啮合，前球齿轮平面与远光灯连接台(10)的后连接平台(25)固连，后球齿轮平面通过球齿轮副安装台(13)与车固定；所述球齿轮环形套(20)固连在前球齿轮(19)上，球齿轮环形套(20)边缘设有凸台(21)，球齿轮环形套(20)上设有固定十字轴万向节(11)的万向节底座(22)；所述球齿轮副安装台(13)由前安装平台(26)、后安装平台(28)和中间支撑肋板(24)组成，其中，前安装平台(26)与后球齿轮(18)平面固连，后安装平台(28)与车固定，后安装平台(28)上设有固连十字轴万向节(11)的万向节安装底座(27)；所述电磁推杆(12)通过十字轴万向节(11)连接于球齿轮副安装台(13)上的万向节安装底座(27)和球齿轮环形套(20)的凸台(21)上的万向节底座(22)之间。
3.根据权利要求1所述的一种用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统，其特征在于：所述电致变色玻璃(37)经面积优化之后嵌合在车辆的前风窗玻璃之上，优化步骤为：
a、统计不同性别、不同年龄段的驾驶员的坐姿高度，获得驾驶员坐姿高度分布图；
b、根据驾驶员坐姿高度分布图拟合出坐姿高度概率函数，表述为：
f(h)＝A·eb×h
式中：A和b表示拟合后的函数系数，h为自变量，即驾驶员的坐姿高度；
c、开车时，驾驶员注意力处于集中状态，此时视角为α＝23°，驾驶员双目至风窗玻璃的距离为l，是关于车型的变量，取坐姿高度概率密度函数的置信区间为[0.05，0.95]，则电致变色玻璃的面积优化算法表述为：
Sg＝(h0.95-h0.05)·(l·tan23°)3·π/2
式中：Sg表示优化后的电致变色玻璃的面积，h0.95和h0.05的计算方法为：
式中：hmin表示驾驶员坐姿高度统计结果里的最低坐姿高度，hmax表示根据驾驶员坐姿高度统计结果里的最高坐姿高度。
4.根据权利要求1所述的用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的控制方法，其特征在于，由以下步骤组成：
用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的控制方法，具体步骤为：
A、局域内控制平台(6)根据车载无线通讯子系统(5)传送的车载传感器子系统(1)所采集的信息以及GPS数据收发子系统(7)传送的信息，在不同的区域地形和车道形状中进行会车状态判断；
B、若局域内控制平台(6)判断双方车辆处于会车状态，则进行步骤C；
C、局域内控制平台(6)根据车载无线通讯子系统(5)传送的车载传感器子系统(1)所采集的信息来对双方车辆的远光灯照明状态进行检测；
D、局域内控制平台(6)检测到其中一方车辆开启远光灯，或者双方车辆均开启远光灯，则进行步骤E；
E、局域内控制平台(6)根据车载无线通讯子系统(5)传送的车载传感器子系统(1)所采集的信息以及GPS数据收发子系统(7)传送的信息来计算双方驾驶员的视野亮度指标；
F、局域内控制平台(6)根据计算出的双方驾驶员视野亮度指标的结果，对双方车辆的车载控制子系统(4)传送控制指令；
G、车载控制子系统(4)接收局域内控制平台(6)的指令，对系统执行机构(3)进行协调控制，包括车辆远光灯的照明强度控制以及灯光偏转角的控制，使得双方驾驶员均能够在会车过程中获得最佳的视野亮度，同时不会受到对方车辆远光灯带来的眩目影响；
H、车载无线通讯子系统(5)实时将系统执行机构(3)的协调控制结果反馈至局域内控制平台(6)；
I、局域内控制平台(6)判断会车状态结束，协调控制系统将双方车辆的远光灯照明状态恢复至正常状态，即正常亮度且无灯光偏转角，协调控制系统停止工作；
J、当驾驶员对视野亮度的协调控制结果感觉不适应时，可以根据自身需求决定是否开启驾驶员主动干预子系统(2)；若驾驶员开启了主动干预子系统之后，则进行步骤K；
K、驾驶员进行主动干预的模式的选择，包括手动调光模式、自动调光模式以及近光补偿模式，实现对自身视野亮度的主动调节。
5.根据权利要求4所述的用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的控制方法，其特征在于，步骤E，所述的驾驶员视野亮度指标是将局域内控制平台(6)通过车载无线通讯子系统(5)接收到的车载传感器子系统(1)采集的会车区域的相对湿度信息、会车区域的空气质量指数信息、会车区域的天气状况信息、双方车辆的远光灯照明强度信息和接收GPS数据收发子系统(7)传送的双方车辆的航向状态信息、双方车辆的地理坐标信息作为变量，通过理论推导和在不同的空气环境、不同的天气状况以及不同的能见度下进行试验标定而建立的,所建立的驾驶员视野亮度指标表述为：
式中：T表示会车时的驾驶员视野亮度指标，单位为lx/m2；Eo表示对方车辆的远光灯照度值，单位为lx；S表示双方车辆远光灯有效作用面积，单位为m2，S的计算分为以下三种情况：
第一种情况：双方车辆航向角均为0时：
S＝|x1-x2|·|y1-y2|
式中：x1，y1表示一方车辆的地理坐标；x2，y2表示另一方车辆的地理坐标；
第二种情况：一方车辆的航向角非0，另一方车辆的航向角为0
设航向角非0的车辆的航向角为S的计算方法为：
第三种情况：双方车辆的航向角均非0：
设一方车辆的航向角为另一方车辆的航向角为/>S的计算方法为：
KRH表示空气湿度因子，是关于空气湿度信息的函数，空气湿度因子关于空气湿度的函数为：
式中：表示相对空气湿度，其范围为0％RH～100％RH；
KAQI表示空气质量因子，是关于空气质量信息的函数，空气质量因子关于空气质量的函数为：
式中：AQI表示空气质量指数，其范围为AQI≥0；
KWETH表示天气状况因子，是关于天气状况信息的函数，没有雨雪时，KWETH＝1；小雪天气时，KWETH＝1.2；中雪天气时，KWETH＝1.4；大雪天气时，KWETH＝1.6；暴雪天气时，KWETH＝2；小雨天气时，KWETH＝1.2；中雨天气时，KWETH＝1.3；大雨天气时，KWETH＝1.4；暴雨天气时，KWETH＝1.5；
KVI表示能见度因子，是关于能见度信息的函数，轻雾时KVI＝1；大雾时KVI＝1.5；浓雾时KVI＝1.8；强浓雾时KVI＝2.0；
局域内控制平台实时计算双方驾驶员的T值，经试验标定后确定理想的驾驶员视野亮度指标值Ti。
6.根据权利要求5所述的用于夜间会车的驾驶员视野亮度协调控制系统的控制方法，其特征在于，步骤G，双方车辆远光灯的照明亮度调节以及灯光的偏转角调节，从其中一方驾驶员角度，具体为：
G1：局域内控制平台实时计算该驾驶员的视野亮度指标值；
G2：分为以下三种情况：
第一种情况：通过采集样本和试验标定预先确定的驾驶员视野亮度下限值为Tmin，若计算的T值低于这个下限值，则驾驶员视野亮度判断为昏暗状态；此时，局域内控制平台通过车载无线通讯子系统给对方车辆的车载控制子系统传送控制指令，调节对方车辆的远光灯亮度，使驾驶员视野亮度指标恢复到Tmin，然后调节对方车辆的远光灯偏转角使驾驶员视野亮度指标逐渐接近Ti；
第二种情况：通过采集样本和试验标定预先确定的驾驶员视野亮度上限值为Tmax，若计算的T值大于这个上限值，则驾驶员视野亮度判断为刺眼状态；此时，局域内控制平台通过车载无线通讯子系统给对方车辆的车载控制子系统传送控制指令，调节对方车辆的远光灯亮度，使驾驶员视野亮度指标恢复到Tmax，然后调节对方车辆的远光灯偏转角使驾驶员视野亮度指标逐渐接近Ti；
第三种情况：局域内控制平台计算的T值在Tmin和Tmax之间，则通过调节对方车辆的远光灯偏转角使驾驶员视野亮度指标逐渐接近Ti。
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