CN108657062A - 一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯系统及方法，依据车速和光照强度来初步判断汽车当前所处的环境，并基于当前环境下的光照强度对前照灯的照明亮度进行调整，在达到照明要求的同时，兼顾节能与减少光污染的作用。本发明提供一种基于环境的亮度可调节汽车智能前照灯设计，通过传感器对环境信息的采集，再有主控制器进行判断，实现对车灯亮度的调节。包括传感器、主控制器和执行机构，能够根据车辆行驶状态与环境信息对前照灯的照明亮度进行调整，在兼具节能的同时为驾驶员提供更好的道路照明效果。

Description

一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯系统及方法
技术领域
本发明涉及车辆照明技术领域，尤其涉及自适应汽车前照灯。
背景技术
随着汽车产业的发展，人们对汽车安全性提出了更高的要求，汽车照明系统得到了显著的发展。由于传统前照灯的照明模式单一，照明光型和角度不能随着道路线形和周围环境的不同而自动变化，而且远近光灯的调整也是靠手动切换的，这样的前大灯系统已不能满足不同道路环境的照明要求，照明盲区以及眩光等不良状况都会给驾驶员带来恐慌，容易造成驾驶疲劳，导致夜间行车的舒适性和安全性严重不足。汽车智能前大灯系统能够提供多种照明范围和照明距离，给驾驶员夜间行车提供更开阔的视野，而且还能防止造成对向来车眩目。这些功能都非常有利于增加驾驶员夜间在恶劣天气下或不良的道路条件下行车的安全感，减少紧张情绪，从而大大提高夜间行车安全性。
近年来，国内外开始研究可以随外界环境或车辆本身变化而自动改变照射距离智能前照灯系统。相比于传统前照灯照明系统，智能前照灯系统可以依据汽车的车速以及方向盘转角等信息实现车灯的左右或垂直转动，为驾驶员提供更好的照明效果。但该车灯亮度单一，视距较短，不能随外界环境的变化自动调节亮度，有时会造成能源浪费，有时又不能满足照明需求等。
目前汽车大多采用高亮度的LED灯做为前照灯。常见的调光方式有模拟调光和PWM调光。模拟调光通过改变流过电流的大小来实现发光亮度的调节，容易产生光色偏移，视觉效果差。PWM调光不改变流过的电流大小，而通过控制的通断时间比，即以一定占空比让在零电流与满电流之间切换，利用人眼对高频光线的视觉滞留效应，实现亮度的调节并能避免光色偏移。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于环境的亮度可调节汽车智能前照灯系统。在保证满足基本照明的情况下，兼具节能与减少光污染的作用。采用的技术方案如下：
一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯系统，包括传感器、主控制模块以及LED驱动模块；所述传感器能够采集车速和环境亮度信息；所说主控制模块分析所采集的车速和环境亮度信息发出前照灯亮度控制信息给所述LED驱动模块；所述LED驱动模块根据亮度控制信息控制汽车前照灯的亮度。
进一步，所述传感器包括车速传感器和光敏传感器。
进一步，所述主控制模块采用车载ECU实现。
进一步，所述LED驱动模块采用MAX16831控制芯片实现。
本发明还提出了一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯的调节方法，包括如下步骤：
步骤1：利用车速传感器、光敏传感器对当前车速与光照强度信息进行采集；
步骤2：主控制模块对两个传感器采集的信息进行分析判断并调整前照灯亮度。
进一步，所述步骤2的具体过程包括：
步骤2.1：依据车速对当前汽车所处的环境进行预估分析，分为低速复杂路况、中速城市路况、高速路况；
步骤2.2：依据光敏传感器采集的信号对当前环境的亮度进行判断，并计算出三种路况下所需照明亮度；
步骤2.3：前照灯亮度的调节；依据光敏传感器实时采集的信号对当前环境的亮度进行判断，主控制模块计算出汽车当前环境和路况下所需亮度，并向LED驱动电路发出控制信号，对前照灯亮度进行调节。
进一步，所述步骤2.1中：行驶车速小于30km/h定义为低速复杂路况；行驶车速在30km/h与60km/h之间定义为中速城市路况；行驶车速大于60km/h定义为高速路况。
进一步，所述步骤2.2中三种路况下所需照明亮度：低速复杂路况道路平均亮度为0.5～0.75cd/m2，中速城市路况道路平均亮度为1.0～1.5cd/m2，高速路况道路平均亮度为1.5～2.0cd/m2。
进一步，所述步骤2.3中：对前照灯亮度进行调节时采用PWM的方法。
本发明的有益效果：
(1)在地库、停车场、十字路口等复杂路况下，可以减少光污染，对行人及其他车辆的光照影响显著降低。
(2)在城市道路、隧道、桥洞等路况下，通过前照灯亮度的自动调节，可满足汽车节能的要求，并可以减少对其他车辆驾驶员的眩光危害。
(3)在高速公路、高架桥等路况下，通过前照灯亮度的自动调节，为驾驶员提供更亮更远的照明效果，并且在对向来车或跟车行驶时自动降低前照灯亮度，提高夜间驾驶安全性。
(4)在恶劣天气下，通过前照灯亮度的调节，可减少天气情况对行车安全的影响。
附图说明
图1是总体流程框图。
图2是总体硬件功能框图。
图3是光敏传感器电路图。
图4是LED前照灯驱动电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，系统总体流程如下：
步骤1：信息的采集。利用车速传感器、光敏传感器对当前车速与光照强度信息进行采集。
步骤2：环境的判别。主控制模块(本发明实施例采用车载电子控制单元ECU实现)对传感器采集的信息进行分析判断并调整前照灯亮度。
进一步，所述步骤2具体如下：
步骤2.1：依据车速对当前汽车所处的环境进行预估，分为低速复杂路况、中速城市路况、高速路况。行驶车速小于30km/h定义为低速复杂路况，主要包括地库、停车场、十字路口等。行驶车速在30km/h与60km/h之间定义为中速城市路况，主要包括有路灯照明的城市道路、隧道、桥洞等。行驶车速大于60km/h定义为高速路况，主要包括高速公路、高架桥等。并且依据法规GB5920-2008及ECE R123得出三种路况下的照明亮度参考范围。低速复杂路况发光强度范围为150cd～625cd,中速城市路况发光强度范围为625cd～1750cd,高速路况发光强度范围为1750cd～5450cd。
步骤2.2：依据光敏传感器采集的信号对当前环境的亮度进行判断，并计算出所需照明亮度。不同的路况需要不同的照明亮度，低速复杂路况亮度不能太强，在满足驾驶的要求下，不能对行人及其他车辆造成眩光等危害。中速城市道路，随着城市照明系统的发展，对汽车前照灯的亮度要求并不是特别高，可以在达到照明亮度的情况下，兼具节能的效果。高速路况需要更远更亮的照明效果，同时在回车及超车时，除了远近光的切换，辅以亮度的调节，提高了夜间高速行车的安全性。
步骤2.3：前照灯亮度调节。依据机动车交通道路照明标准得到三种路况下最佳的道路照明平均亮度，低速复杂路况道路平均亮度为0.5～0.75(cd/m2)中速城市路况道路平均亮度为1.0～1.5(cd/m2)高速路况道路平均亮度为1.5～2.0(cd/m2)。将光敏传感器采集当前的道路环境亮度传输至主控制模块，主控模块将当前的道路亮度与最佳的道路亮度值进行对比，通过PID调节控制方法，对前照灯的亮度进行调节，在前照灯发光范围内，取得最佳的道路照明效果。
如图2所示，总体硬件主要包括传感器、主控制模块、LED驱动模块。先由车速传感器、光敏传感器对当前车速与光照强度信息进行采集。然后将采集的信号传送到主控制模块中进行分析判断，最后向LED驱动模块发出控制信号，改变前照灯的亮度。
进一步：光敏传感器安装在汽车前挡风玻璃上，用以随时感知车外环境光照条件的变化，可以区分白天、黑夜、隧道、车库、桥洞等不同路况。并且检测汽车垂直与前进两个方向上的光照度。汽车垂直方向上光度强照，能够判断白天或者黑夜，有无路灯的情况。汽车前进方向上的光照强度检测，在对特殊的路段比如隧道，车库的判别起到很好的作用。
如图3所示，本发明设计的光敏传感器来检测外界周边环境的光照强度。光敏传感器利用半导体的光电效应对光信号的变化做出迅速反应，并将光信号转变成电信号。其阻值随入射光的强弱而改变；光照强度越强，半导体的导电特性就越好，其阻值就越小，反之则越大。
图3中LM324是带差动输入功能的四运算放大器，具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用和价格低廉等优点。LM339内部有四个独立的电压比较器，其输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时接一个上拉电阻到正电源。利用放大器LM324和比较器LM339对信号进行放大、比较后送入主控制模块进行判断处理，其中电位器可以调节系统控制的灵敏度。
如图4所示，LED前照灯驱动电路选用Maxim公司的MAX16831控制芯片，并设计了基于该芯片的汽车LED前照灯的驱动电路，可实现了LED前照灯的恒流驱动和PWM调光，具有一定的调光比，满足亮度调节的要求。
MAX16831内部集成了高调光比的PWM调光控制电路，可以较好地实现PWM调光。其原理如下：
当调光管Q1关断时，芯片要同时完成两个任务:第一，芯片内部的开关快速切断反馈回路，反馈环上的电容C17和C18保存电荷，记忆恒流控制状态，同时软启动电容上的电荷也被保存。从而当Q1再次导通时，LED电流几乎无需调整，直接稳定工作。第二，芯片发出指令信号关断主开关管的驱动电源，Q3截止，主电路停止工作，电路不会因空载而导致输出过压，直至Q1再次导通时主电路才重新开始工作。这种控制方式下，输出的PWM方波电流上升沿较陡，调整时间较短，动态响应较快，可实现较高的调光比和较好的调光效果。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯系统，其特征在于，包括传感器、主控制模块以及LED驱动模块；所述传感器能够采集车速和环境亮度信息；所说主控制模块分析所采集的车速和环境亮度信息发出前照灯亮度控制信息给所述LED驱动模块；所述LED驱动模块根据亮度控制信息控制汽车前照灯的亮度。
2.根据权利要求1所述的一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯系统，其特征在于，所述传感器包括车速传感器和光敏传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯系统，其特征在于，所述主控制模块采用车载ECU实现。
4.根据权利要求1所述的一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯系统，其特征在于，所述LED驱动模块采用MAX16831控制芯片实现。
5.一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯的调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：利用车速传感器、光敏传感器对当前车速与光照强度信息进行采集；
步骤2：主控制模块对两个传感器采集的信息进行分析判断并调整前照灯亮度。
6.根据权利要求5所述的一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯的调节方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程包括：
步骤2.1：依据车速对当前汽车所处的环境进行预估分析，分为低速复杂路况、中速城市路况、高速路况；
步骤2.2：依据光敏传感器采集的信号对当前环境的亮度进行判断，并计算出三种路况下所需照明亮度；
步骤2.3：前照灯亮度的调节；依据光敏传感器实时采集的信号对当前环境的亮度进行判断，主控制模块计算出汽车当前环境和路况下所需亮度，并向LED驱动电路发出控制信号，对前照灯亮度进行调节。
7.根据权利要求6所述的一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯的调节方法，其特征在于，所述步骤2.1中：行驶车速小于30km/h定义为低速复杂路况；行驶车速在30km/h与60km/h之间定义为中速城市路况；行驶车速大于60km/h定义为高速路况。
8.根据权利要求6所述的一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯的调节方法，其特征在于，所述步骤2.2中三种路况下所需照明亮度：低速复杂路况道路平均亮度为0.5～0.75cd/m2，中速城市路况道路平均亮度为1.0～1.5cd/m2，高速路况道路平均亮度为1.5～2.0cd/m2。
9.根据权利要求6所述的一种基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯的调节方法，其特征在于，所述步骤2.3中：对前照灯亮度进行调节时采用PWM的方法。
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