CN111559308B - 一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法 - Google Patents

一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111559308B
CN111559308B CN202010470249.4A CN202010470249A CN111559308B CN 111559308 B CN111559308 B CN 111559308B CN 202010470249 A CN202010470249 A CN 202010470249A CN 111559308 B CN111559308 B CN 111559308B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
headlamp
acceleration
speed
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010470249.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111559308A (zh
Inventor
赵林辉
邓峙崇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202010470249.4A priority Critical patent/CN111559308B/zh
Publication of CN111559308A publication Critical patent/CN111559308A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111559308B publication Critical patent/CN111559308B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B60Q1/02—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments
    • B60Q1/04—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights
    • B60Q1/06—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights adjustable, e.g. remotely-controlled from inside vehicle
    • B60Q1/08—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights adjustable, e.g. remotely-controlled from inside vehicle automatically
    • B60Q1/12—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights adjustable, e.g. remotely-controlled from inside vehicle automatically due to steering position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B60Q1/02—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments
    • B60Q1/04—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights
    • B60Q1/06—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights adjustable, e.g. remotely-controlled from inside vehicle
    • B60Q1/076—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights adjustable, e.g. remotely-controlled from inside vehicle by electrical means including means to transmit the movements, e.g. shafts or joints
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)

Abstract

一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法，涉及一种照明系统及其控制方法。车载电控单元内置控制方法，接收车载传感器组的测量信号，实时估计车辆的运动半径和车速，并依据运动半径和车速输出期望的车辆前照灯的水平调整角度；车载传感器组反馈至车载电控单元作为输入信号；步进电机驱动器组调节车辆前照灯的水平角度；车辆前照灯在步进电机的作用下水平转动。依据车载传感器组的测量信号对车辆弯道行驶时的运动半径和车速进行估计，根据估计的车速和车辆弯道行驶运动半径计算出车辆前照灯应当调整的水平转角，通过步进电机控制前照灯水平转动跟踪期望转角。与车辆自身参数和运动状态相关，而不依赖于外界因素。

Description

一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种照明系统及其控制方法，尤其是一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法，属于汽车电子控制技术领域。
背景技术
欧洲的一组统计数据表明，夜间交通事故发生的概率大约是白天的3倍，且死亡事故发生的概率更是白天的近3.7倍。夜间事故多发，除与驾驶员正常生物钟下的困倦等生理因素有关以外，主要是由于交通环境(主要指道路)照度低引起的驾驶员明视度降低导致的。值得注意的是，弯道区域是夜间交通事故的多发地段。传统车辆前照灯在汽车经过弯道时不会进行相对应的调整，导致路面上出现照明盲区，驾驶员无法获取相应区域内的信息，使交通事故发生的概率大大增加。车辆自适应弯道照明系统就是为了解决这一问题而提出的。
CN108572650A公开了一种基于车道线检测的自适应前照灯转向控制算法，采用区域检测、灰度变换、阈值分割、Hough变换等图像处理技术对车道线进行检测，通过拟合得到道路的曲率半径，并据此给出前照灯的理论调整角度，该方法将道路的曲率半径视为车辆运动的曲率半径，没有考虑具体的车辆运动情况，当车辆运动轨迹与车道线偏差较大时照明效果会变差。
CN108216009A公开了一种多信息融合的自适应前照灯系统及其控制方法，该系统利用GPS系统测算车辆的航向角，在高精度地图中进行道路匹配以获得车辆前方的道路信息，从而对前照灯的角度进行调整以达到自适应照明的效果，该方法高度依赖GPS精度和地图准确度，在通信条件恶劣或地图更新不及时的情况下性能会受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法，利用车辆的加速度等测量信息估计车速和车辆的运动半径，并依据车辆的运动半径和车速计算期望的前照灯水平转角，最终通过调整前照灯的水平转角跟踪期望值，实现自适应弯道照明。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种车辆自适应弯道照明系统，包括车载电控单元、车载传感器组、步进电机驱动器组和车辆前照灯，其中：
所述车载电控单元内置车辆自适应弯道照明系统的控制方法，接收车载传感器组的测量信号，实时估计车辆的运动半径和车速，并依据运动半径和车速输出期望的车辆前照灯的水平调整角度；
所述车载传感器组用于测量方向盘转角、轮速、车辆质心在纵向和侧向的加速度、车身的横摆角速度，反馈至车载电控单元作为车辆自适应弯道照明系统控制方法的输入信号；
所述步进电机驱动器组与车载电控单元通过CAN总线进行通讯，接收车载电控单元给出的控制信号，驱动对应的步进电机调节车辆前照灯的水平角度；
所述车辆前照灯在步进电机的作用下按照车载电控单元的命令水平转动，以实现消除照明暗区的目的。
本发明的一种车辆自适应弯道照明系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤一：依据车载传感器组的测量信号对车辆弯道行驶时的运动半径和车速进行估计，车辆弯道行驶时，以车辆质心为原点、车辆纵轴为x轴、垂直于车辆纵轴且过车辆质心的直线为y轴，建立车身坐标系，定义车辆质心速度为v，车辆质心速度方向与x轴的夹角为β，车辆质心向心加速度ar为总加速度a的法向分量：
Figure BDA0002514025910000031
式中的
Figure BDA0002514025910000032
和
Figure BDA0002514025910000033
分别为车辆质心在车身坐标系x轴和y轴方向上的加速度，根据圆周运动规律：
Figure BDA0002514025910000034
联立两式解出车辆的运动半径R的表达式：
Figure BDA0002514025910000035
通过公式(3)计算R的值，需要获得车辆质心速度及其加速度，也就是在车身坐标系下的
Figure BDA0002514025910000036
和
Figure BDA0002514025910000037
四个物理量，将上式改写为：
Figure BDA0002514025910000038
式中，
Figure BDA0002514025910000039
由车载加速度计直接测得，
Figure BDA00025140259100000310
为最终的车辆速度估计值，通过建立车辆动力学模型进行估计获得；
步骤二：根据估计的车速和车辆弯道行驶运动半径计算出车辆前照灯应当调整的水平转角，拟合安全制动距离S关于车速v的二次函数：
S(v)＝0.0094v2+0.0162v+3.1730 (11)
将两前照灯共同照射下产生的有效照明区域视为一等腰梯形，等腰梯形长度为W0，高为安全制动距离S(v)，余角为θ，转弯内侧前照灯的水平附加转角
Figure BDA00025140259100000311
由以下表达式组给出：
Figure BDA00025140259100000312
步骤三：通过步进电机控制前照灯水平转动跟踪期望转角，车载电控单元通过CAN总线将附加转角
Figure BDA0002514025910000041
发送至步进电机驱动器组，由步进电机驱动器组控制步进电机跟踪这一转角，带动前照灯的旋转。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以方向盘转角、轮速、车辆加速度和横摆角速度为输入，最终输出前照灯的水平转角，以提升弯道照明的效果，主要与车辆自身参数和运动状态相关，而不依赖于视觉设备或GPS系统等外界因素，易于实现、成本较低，不仅考虑了前照灯光中轴线的照射位置，而且考虑了车灯的整个有效照明范围，以消除驾驶员视野盲区为最终目的，当车辆在弯道上行驶时，在水平方向上自动根据车辆运动状态调整前照灯的照射角度，使得前照灯在车辆前方一定距离内达到与车辆直道行驶时相同的有效照明范围，有效消除夜间弯道行车时的照明暗区，最大限度地防止由于驾驶员无法获得足够视野信息而导致的意外交通事故，对于降低交通事故发生率更为有效，算法简单易行，运算速度快、实时性好。
附图说明
图1是本发明的车辆自适应弯道照明系统的结构示意图；
图2是本发明的控制方法的流程框图；
图3是车辆弯道行驶运动半径和车速估计的流程框图；
图4是车身坐标系的示意图；
图5是车辆直道行驶时的前照灯照明效果示意图；
图6是车辆弯道行驶时的前照灯期望照明效果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种车辆自适应弯道照明系统，参照图1所示，包括车载电控单元、车载传感器组、步进电机驱动器组和车辆前照灯，其中：
所述车载电控单元提供以下功能，包括接收车载传感器组的反馈信号，使用车载电控单元内置的车辆自适应弯道照明系统控制方法实时估计车辆的运动半径和车速，并依据运动半径和车速确定车辆前照灯的水平调整角度，并通过CAN总线将角度指令发送至步进电机驱动器组；
所述车载传感器组包括方向盘转角传感器、轮速传感器、车载加速度计和横摆角速度传感器，分别用于测量方向盘转角、轮速、车辆质心在纵向和侧向的加速度、车身的横摆角速度，并将它们反馈至车载电控单元作为车辆自适应弯道照明系统控制方法的输入信号；
所述步进电机驱动器组由两个步进电机及其驱动电路组成，考虑到只需控制车辆前照灯作水平方向运动，为左右前照灯各自配置一个步进电机及其驱动电路，每个驱动电路接收车载电控单元给出的控制信号，并驱动对应的步进电机调节车辆前照灯的水平角度；
所述车辆前照灯在步进电机的力矩作用下水平转动一定角度，该角度与车载电控单元内置的车辆自适应弯道照明系统控制方法的输出角度尽可能接近，使车辆前照灯在弯道上达到较为理想的照明效果；
参照图2所示，所述照明系统在实现车辆前照灯的自适应水平转向时所采用的控制方法，其流程包括如下步骤：
步骤一：依据车载传感器组的测量信号对车辆弯道行驶时的运动半径和车速进行估计，运动半径和车速估计流程参照图3所示，下面详细介绍这部分算法的原理和实现方法：
车辆弯道行驶时，为了推导车辆的运动半径R的表达式，以车辆质心为原点、车辆纵轴为x轴、垂直于车辆纵轴且过车辆质心的直线为y轴，建立车身坐标系，参照图4所示，定义车辆质心速度为v，车辆质心速度方向与x轴的夹角为β，车辆质心向心加速度ar为总加速度a的法向分量，可由下式表示：
Figure BDA0002514025910000061
式中的
Figure BDA0002514025910000062
和
Figure BDA0002514025910000063
分别为车辆质心在车身坐标系x轴和y轴方向上的加速度，根据圆周运动规律，车辆质心向心加速度可通过另一表达式描述：
Figure BDA0002514025910000064
联立两式可以解出车辆的运动半径R的表达式：
Figure BDA0002514025910000065
若通过公式(3)计算R的值，需要获得车辆质心速度及其加速度，换言之，需要车辆质心在车身坐标系下的
Figure BDA0002514025910000066
和
Figure BDA0002514025910000067
四个物理量，将上式改写为R关于上述四个变量的表达式：
Figure BDA0002514025910000068
式中，
Figure BDA0002514025910000069
可由车载加速度计直接测得，
Figure BDA00025140259100000610
则需要通过建立适当的车辆动力学模型进行估计获得；
记车辆横摆角速度为r，车辆以过质心且垂直于地面的直线为轴时的转动惯量为Jz，横摆力矩为Mz，车辆质心在x轴方向上的速度为vx，在y轴方向上的速度为vy，通过车载加速度计测得车辆质心在x、y轴方向上的加速度分别为ax和ay，当车辆在水平路面行驶时，建立车辆沿x、y轴运动以及垂向旋转运动的动力学模型如下：
Figure BDA0002514025910000071
Figure BDA0002514025910000072
Figure BDA0002514025910000073
式中，Mz是vx、vy的函数：
Figure BDA0002514025910000074
上述表达式中，r为车辆横摆角速度，ω1、ω2、ω3、ω4分别为车辆四个车轮的轮速，以上五个变量均可由对应的车载传感器测得，δ为车辆前轮转角，与方向盘转角成一定比例关系，方向盘转角可由方向盘转角传感器测得，除了上述六个变量以外的参数均可由厂商给出或实验测定：Cσ和Cα分别为轮胎纵向和横向侧偏刚度，bF和bR分别为前后轮的轮距，lF为车辆质心到前轴的距离，f(λ1)、f(λ2)、f(λ3)、f(λ4)为轮胎摩擦力参数，其取值与上述各参量及路面附着系数μ有关；
基于上述车辆模型，选取车辆加速度和横摆角速度测量值和基于车辆模型的估计值之间的误差作为反馈项，构建状态观测器如下：
Figure BDA0002514025910000081
Figure BDA0002514025910000082
Figure BDA0002514025910000083
式中，车辆加速度的估计值
Figure BDA0002514025910000084
和
Figure BDA0002514025910000085
为
Figure BDA0002514025910000086
和
Figure BDA0002514025910000087
的函数，由车辆动力学模型给出，kx，ky和kr为观测器系数，通过车辆状态观测器的稳定性分析确定，由上述状态观测器得到的
Figure BDA0002514025910000088
即为最终的车辆速度估计值，即车辆弯道行驶运动半径计算式(3)中的
Figure BDA0002514025910000089
步骤二：根据估计的车速和车辆弯道行驶运动半径计算出车辆前照灯应当调整的水平转角，下面详细介绍这部分算法的原理和实现方法：
若将车辆前照灯产生的光束投射到配光屏幕上，可以看到明暗显著变化的分界线，即明暗截止线，将垂直于车辆纵向轴线方向放置的配光屏幕沿着车辆纵向轴线方向移动，在配光屏幕移动到每个位置时的所有的明暗截止线组成一个闭合空间平面，这一空间平面包围而成的空间内光照强度显著地高于其他空间，将其称为有效照明空间，在不考虑其他光源影响时，有效照明空间与地面截面的亮度也显著大于地面上其他区域的亮度，将这一区域称为车辆前照灯的有效照明区域；
《JTGB01-2003公路工程技术标准》中定义的“安全制动距离”表示驾驶员在行驶过程中，如果发现前方有障碍物时即以最大制动减速度进行制动，到障碍物前能够安全停车所需的最短的距离，这一距离的计算综合考虑了驾驶员反应时间、车辆响应时间、车辆制动过程中的运动状况等因素，可近似为制动前车速v的函数，《JTGB01-2003公路工程技术标准》中给出了一组车速v与安全制动距离S的对应值，可将这些离散数据拟合为S关于v的二次函数：
S(v)＝0.0094v2+0.0162v+3.1730 (11)
本发明的目的在于保证驾驶员能够获取车辆前照灯前方S(v)距离以内的信息，因此，下述有效照明区域模型均以垂直于车辆轴线、与车辆前照灯距离为S(v)的直线为最远边界；
建立车辆直道行驶、车辆前照灯无附加转角时的有效照明区域几何模型，在距离车辆前照灯较近的范围内，可以将单个前照灯射出的光线产生的有效照明空间视为圆锥体，圆锥体的轴线即为前照灯直射方向，前照灯直射方向与地面成一定夹角，因此圆锥体与地面的截面(即有效照明区域)轮廓大致为双曲线；
综合考虑以下因素：1.当前照灯工作在远光灯模式下时，圆锥轴线与地面夹角较小；2.大多数车辆的前照灯水平高度较低，与车辆运动半径和安全制动距离相比可以忽略不计；3.左右两前照灯产生的有效照明区域可以叠加，且在两照明区域之间的部分也可以得到足够高的亮度。将上述因素与实验观察结果相结合，可以将两前照灯共同照射下产生的有效照明区域视为一等腰梯形，等腰梯形的底垂直于车辆纵向轴线，整个等腰梯形关于车辆纵轴对称，参照图5所示，等腰梯形靠近车辆一侧与车辆前方边缘近似重合，其长度约等于车身宽度记为W0，等腰梯形的高为安全制动距离S(v)，等腰梯形底角的余角记为θ，其大小与前照灯自身的属性及其安装位置有关，可由实验测得，在该等腰梯形模型下，车辆前照灯在其前方任意L1距离处的照射宽度W1的表达式为：
W1＝W0+2L1tanθ (12)
前照灯在其前方S(v)距离处的照射宽度W2的表达式为：
W2＝W0+2S(v)tanθ (13)
车辆在弯道行驶时，可以视为车辆质心绕某一点作圆周运动，为了达到与车辆在直道行驶时相同的照明效果，车辆前照灯在前方任意L1距离处的有效照明宽度应当不小于W1，参照图6所示，O为车辆质心运动轨迹的圆心，R1、R2、R3为车辆在各个时刻的运动半径，在短时间内各个半径的大小相等，对于图5中任意的L1取值，若图6中R1和R2之间对应的圆周上的弧长与L1相等，则图5中L1对应的W1的长度应当和图6中R2与扭曲的梯形部分的截线段长度相等，而车辆在弯道上行驶时的有效照明范围至少应当覆盖扭曲梯形，为本发明中前照灯水平调整角计算方法的核心思想；
在图6中，为了使前照灯的实际照射范围完全覆盖理论最小有效照明区域，前照灯的照明范围至少要达到图中的K1、K2两条直线所在的位置，若图5中有效照明区域等腰梯形的底角的余角为θ，由几何关系可知图6中K1与车辆纵向轴线之间的夹角也为θ，将K2与车辆纵向轴线之间的夹角记为α，则有α＞θ，为了达到期望的弯道照明效果，当车辆右转时，车辆的左前照灯应当不转动，右前照灯则需要向右转动一个附加角度
Figure BDA0002514025910000101
下面通过几何关系推导
Figure BDA0002514025910000102
的表达式：
在图6中，以O点为原点，矢量
Figure BDA0002514025910000103
的方向为x轴正方向，垂直于矢量
Figure BDA0002514025910000104
且指向车辆行驶正前方的矢量方向为y轴正方向，建立平面直角坐标系，在该坐标系中，P1的坐标表达式为：
Figure BDA0002514025910000105
其中R为车辆运动半径，w0为车身宽度，矢量
Figure BDA0002514025910000106
的模长为：
Figure BDA0002514025910000107
其中
Figure BDA0002514025910000108
的值为图5中W2长度的1/2，其表达式为：
Figure BDA0002514025910000111
其中S为车辆的安全制动距离，也即图6中
Figure BDA0002514025910000112
段的弧长，根据弧长与半径的关系，可以得到直线R1与R2之间的夹角δ：
Figure BDA0002514025910000113
从而可得P2点的坐标：
Figure BDA0002514025910000114
整合以上各式，可得P2点坐标的具体表达式：
Figure BDA0002514025910000115
可得直线K2的斜率：
Figure BDA0002514025910000116
从而α的值为：
Figure BDA0002514025910000117
综合以上所有分析和运算结果，本发明所提供的弯道照明算法得到的转弯内侧前照灯的水平附加转角
Figure BDA0002514025910000118
由以下表达式组给出：
Figure BDA0002514025910000119
步骤三：通过步进电机控制前照灯水平转动跟踪期望转角：
在获得车辆弯道行驶时前照灯所需水平附加转角
Figure BDA00025140259100001110
之后，车载电控单元通过CAN总线将附加转角发送至步进电机驱动器组，由步进电机驱动器组控制步进电机跟踪这一转角，带动前照灯的旋转，即可实现车辆弯道行驶过程中前照灯的自适应照明。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种车辆自适应弯道照明系统，其特征在于：包括车载电控单元、车载传感器组、步进电机驱动器组和车辆前照灯，其中：
所述车载电控单元内置车辆自适应弯道照明系统的控制方法，接收车载传感器组的测量信号，实时估计车辆的运动半径和车速，并依据运动半径和车速输出期望的车辆前照灯的水平调整角度；
所述车载传感器组用于测量方向盘转角、轮速、车辆质心在纵向和侧向的加速度、车身的横摆角速度，反馈至车载电控单元作为车辆自适应弯道照明系统控制方法的输入信号；
所述步进电机驱动器组与车载电控单元通过CAN总线进行通讯，接收车载电控单元给出的控制信号，驱动对应的步进电机调节车辆前照灯的水平角度；
所述车辆前照灯在步进电机的作用下按照车载电控单元的命令水平转动，以实现消除照明暗区的目的，
所述车辆自适应弯道照明系统的控制方法包括以下步骤：
步骤一：依据车载传感器组的测量信号对车辆弯道行驶时的运动半径和车速进行估计，车辆弯道行驶时，以车辆质心为原点、车辆纵轴为x轴、垂直于车辆纵轴且过车辆质心的直线为y轴，建立车身坐标系，定义车辆质心速度为v，车辆质心速度方向与x轴的夹角为β，车辆质心向心加速度ar为总加速度a的法向分量：
Figure FDA0003896224490000011
式中的
Figure FDA0003896224490000012
和
Figure FDA0003896224490000013
分别为车辆质心在车身坐标系x轴和y轴方向上的加速度，根据圆周运动规律：
Figure FDA0003896224490000021
联立两式解出车辆的运动半径R的表达式：
Figure FDA0003896224490000022
通过公式(3)计算R的值，需要获得车辆质心速度及其加速度，也就是在车身坐标系下的
Figure FDA0003896224490000023
和
Figure FDA0003896224490000024
四个物理量，将上式改写为：
Figure FDA0003896224490000025
式中，
Figure FDA0003896224490000026
由车载加速度计直接测得，
Figure FDA0003896224490000027
为最终的车辆速度估计值，通过建立车辆动力学模型进行估计获得；
步骤二：根据估计的车速和车辆弯道行驶运动半径计算出车辆前照灯应当调整的水平转角，拟合安全制动距离S关于车速v的二次函数：
S(v)＝0.0094v2+0.0162v+3.1730 (11)
将两前照灯共同照射下产生的有效照明区域视为一等腰梯形，等腰梯形长度为W0，高为安全制动距离S(v)，余角为θ，转弯内侧前照灯的水平附加转角
Figure FDA0003896224490000028
由以下表达式组给出：
Figure FDA0003896224490000029
步骤三：通过步进电机控制前照灯水平转动跟踪期望转角，车载电控单元通过CAN总线将附加转角
Figure FDA00038962244900000210
发送至步进电机驱动器组，由步进电机驱动器组控制步进电机跟踪这一转角，带动前照灯的旋转。
2.根据权利要求1所述的车辆自适应弯道照明系统，其特征在于：所述步骤一中车辆动力学模型的建立：
记车辆横摆角速度为r，车辆以过质心且垂直于地面的直线为轴时的转动惯量为Jz，横摆力矩为Mz，车辆质心在x轴方向上的速度为vx，在y轴方向上的速度为vy，通过车载加速度计测得车辆质心在x、y轴方向上的加速度分别为ax和ay，当车辆在水平路面行驶时，建立车辆沿x、y轴运动以及垂向旋转运动的动力学模型如下：
Figure FDA0003896224490000031
Figure FDA0003896224490000032
Figure FDA0003896224490000033
式中，Mz是vx、vy的函数：
Figure FDA0003896224490000034
上述表达式中，r为车辆横摆角速度，ω1、ω2、ω3、ω4分别为车辆四个车轮的轮速，δ为车辆前轮转角，Cσ和Cα分别为轮胎纵向和横向侧偏刚度，bF和bR分别为前后轮的轮距，lF为车辆质心到前轴的距离，f(λ1)、f(λ2)、f(λ3)、f(λ4)为轮胎摩擦力参数，其取值与上述各参量及路面附着系数μ有关；
基于上述车辆模型，选取车辆加速度和横摆角速度测量值和基于车辆模型的估计值之间的误差作为反馈项，构建状态观测器如下：
Figure FDA0003896224490000041
Figure FDA0003896224490000042
Figure FDA0003896224490000043
式中，车辆加速度的估计值
Figure FDA0003896224490000044
和
Figure FDA0003896224490000045
为
Figure FDA0003896224490000046
Figure FDA0003896224490000047
和
Figure FDA0003896224490000048
的函数，由车辆动力学模型给出，kx，ky和kr为观测器系数，通过车辆状态观测器的稳定性分析确定，
Figure FDA0003896224490000049
为最终的车辆速度估计值，即车辆弯道行驶运动半径计算式(3)中的
Figure FDA00038962244900000410
CN202010470249.4A 2020-05-28 2020-05-28 一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法 Active CN111559308B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010470249.4A CN111559308B (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010470249.4A CN111559308B (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111559308A CN111559308A (zh) 2020-08-21
CN111559308B true CN111559308B (zh) 2023-02-07

Family

ID=72073668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010470249.4A Active CN111559308B (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111559308B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112344291A (zh) * 2020-10-26 2021-02-09 兰普电器股份有限公司 一种列车用循轨前照灯控制方法
CN113183999B (zh) * 2021-04-30 2022-10-04 株洲田龙铁道电气股份有限公司 一种轨道车辆及其头灯照明动态偏转方法和系统
CN113415233B (zh) * 2021-06-11 2022-05-27 广州广日电气设备有限公司 基于map自学习的点阵式车灯弯道照明控制方法及系统
CN115837875A (zh) * 2022-11-21 2023-03-24 中国第一汽车股份有限公司 一种车辆前照灯自动调平方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4204270A (en) * 1976-09-24 1980-05-20 Societe Pour L'equipement De Vehicules Method and apparatus for adjusting the orientation of vehicle headlights
JPH08332952A (ja) * 1995-06-12 1996-12-17 East Japan Railway Co 軌道車両用照明装置
JP2009220739A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Stanley Electric Co Ltd 車両前照灯の光軸調整装置
CN202419429U (zh) * 2012-01-16 2012-09-05 安徽师范大学 基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3330624B2 (ja) * 1992-01-29 2002-09-30 マツダ株式会社 車両の障害物検出装置
JP4396071B2 (ja) * 2001-08-31 2010-01-13 株式会社デンソー 車両用前照灯光軸方向自動調整装置
JP4078590B2 (ja) * 2002-07-23 2008-04-23 日産自動車株式会社 ベンディングランプの制御装置
JP2008535199A (ja) * 2005-04-05 2008-08-28 アルセリック，ツールハン 眩しくない長距離照明を提供するヘッドランプ
CN101633363B (zh) * 2008-12-19 2011-09-28 哈尔滨工业大学 无线传感器网络的列车弯道预警系统及其预警方法
CN102029941B (zh) * 2010-12-17 2012-12-05 湖南大学 汽车前照灯自适应控制方法及装置
CN102555888A (zh) * 2010-12-29 2012-07-11 北京屹林智信科技发展有限公司 一种汽车前照灯弯道自适应控制的方法
CN202656920U (zh) * 2012-04-12 2013-01-09 北京电子科技职业学院 基于单片机的车辆弯道随动照明装置
JP2015009647A (ja) * 2013-06-28 2015-01-19 株式会社デンソー 車両配光制御装置
CN108638954B (zh) * 2018-07-16 2020-04-14 河南科技大学 一种基于安全方程的车辆前照灯转角控制方法
CN109229011A (zh) * 2018-08-09 2019-01-18 南京信息工程大学 一种基于车道线检测的车头灯转向控制系统和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4204270A (en) * 1976-09-24 1980-05-20 Societe Pour L'equipement De Vehicules Method and apparatus for adjusting the orientation of vehicle headlights
JPH08332952A (ja) * 1995-06-12 1996-12-17 East Japan Railway Co 軌道車両用照明装置
JP2009220739A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Stanley Electric Co Ltd 車両前照灯の光軸調整装置
CN202419429U (zh) * 2012-01-16 2012-09-05 安徽师范大学 基于数字微镜元件的自适应汽车前照灯装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AFS弯道照明光环境研究;郭凤群等;《照明工程学报》;20130615(第03期);全文 *
自适应前照灯弯道照明模式数学模型的研究;王伟杰等;《机械与电子》;20151024(第10期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111559308A (zh) 2020-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111559308B (zh) 一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法
US10643473B2 (en) Vehicle and method for collision avoidance assistance
CN103909930B (zh) 跟随前车行驶的辅助控制方法
CN111071249B (zh) 基于障碍物运动预测的无人车紧急转向避障方法
JP3400584B2 (ja) 車載用表示装置
CN103121447A (zh) 一种弯道防侧滑侧翻自动控制系统及方法
US7118238B2 (en) Apparatus for automatically adjusting direction of light axis of vehicle headlight
CN103661599A (zh) 一种车辆转弯轨迹预测系统和方法
CN109435833B (zh) 基于汽车转弯特性及车灯光型的前照灯水平转角控制方法
US10363940B2 (en) Vehicle position attitude-angle estimation device and vehicle position attitude-angle estimation method
CN108052908A (zh) 车道保持方法
CN105501107A (zh) 一种车辆照明自动控制系统及控制方法
CN113682305A (zh) 一种车路协同自适应巡航控制方法及装置
CN110126738A (zh) 车外后视镜自动调节方法、可读存储介质和电子控制单元
CN114435376A (zh) 一种控制车辆颠簸路面行驶速度的方法、电子设备及存储介质
WO2024108932A1 (zh) 一种车辆前照灯自动调平方法及装置
CN113830084B (zh) 基于多车道车辆主动避撞的控制方法及车辆
WO2022004042A1 (ja) 車両制御装置および車両制御システム
CN113561907A (zh) 一种带转向随动功能的车载红外辅助驾驶方法及系统
KR101371537B1 (ko) 회전 한계각을 반영하여 자동차 헤드램프 회전 각도를 제어하는 장치 및 방법
CN110901529A (zh) 一种多轴重型车辆转弯防碰撞预警装置及预警方法
CN109283926A (zh) 一种基于程序方位角的车辆沿车道线自动驾驶的方法
CN114407902B (zh) 一种基于道路水层深度估计的驾驶决策的系统
JP7359107B2 (ja) 対象物認識装置、移動体衝突予防装置および車両
CN114537275B (zh) 一种车辆后视镜的控制方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant