CN112208433A - 一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法，涉及汽车智能前照明系统技术领域。利用车速传感器获取车辆纵向行驶车速，利用环境光传感器获取周围环境光强，利用高精度摄像头获取道路信息，利用角速度传感器和三轴重力加速度计用来测量车辆俯仰角，将车辆、环境、道路信息发送至中央控制单元，经狼群算法中央控制单元计算得到车前灯最佳转动角度和亮度。将车前灯转动角度信息发送至步进电机控制器，步进电机控制器控制步进电机转动，使车前灯转动相应角度。将亮度控制信号传输至亮度调节控制器，进而控制LED灯，实现亮度自调。本发明综合考虑了道路、车辆、环境三大要素，基于狼群算法，得到汽车前照灯最佳转角和最佳亮度，大大提高了计算精度，不仅降低了传统自适应车前照明系统车前灯实际转角不准确所带来的不利影响，而且适用于上下坡道工况。

Description

一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车智能前照明系统技术领域，具体涉及是一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法。
背景技术
汽车自适应前照明系统(Adaptive Front-lighting System，简称AFS)是由传感器单元、控制器单元、执行器单元以及控制对象组成。能够根据传感器单元获取车辆运动状态信息，经过控制器单元计算出车前灯需转动的角度信息，然后将控制信息发送给执行器单元，实现车前灯内的步进电机工作，使车前灯转动相应角度，减少照明盲区。现有的专利都仅仅考虑了车辆本身或者道路情况的单一因素情况，不能获得精确的自适应前照灯转角，并且只考虑了平地转弯工况，不适用于坡道工况。
国家专利201010611371.5提出通过构建两个正交的加速度坐标系数学模型，利用牛顿力学公式和三角形公式计算出前车灯旋转角度。考虑了车辆本身对前照灯转角的影响，但是没有考虑道路因素对前照灯转角的影响。
国家专利201410024476.9提出通过提前检测弯道为左转还是右转，根据车辆左侧驾驶和右侧驾驶的不同采用不同的控制策略，使车前左右车灯转动角度不同，提到驾驶员能见度。其同样仅考虑了道路因素对前照灯转角的影响。
同时，以上专利均未考虑前照灯光强自动调节，节约能源的问题
为了实现汽车转弯或上下坡道时前照灯的精确转角和亮度自调，需要多传感器采集车辆、道路、环境的精确信息，同时需要一种可靠的算法能够对多源信息进行处理以得到准确地前照灯转角和亮度。
发明内容
本发明提供一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法，旨在解决汽车转弯时前照灯的精确转角和亮度自调的问题
为解决上述问题，本发明主要通过以下步骤实现；
一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：多传感器获取纵向车速、环境光强、弯道曲率、入弯距离、车辆俯仰角；
步骤2：中央控制单元综合多传感器获取的信息计算得到最佳车前灯转角和最佳亮度；
步骤3：步进电机控制器将转角信息转化为电机控制信号，亮度调节控制器接收亮度调节信号并反馈到LED灯；
步骤4：步进电机根据电机控制信号控制转动相应角度，LED灯根据亮度调节信号调整亮度。
进一步，步骤1中，多传感器包括车速传感器、环境光传感器、高精度摄像头、角速度传感器、三轴重力加速度计，所述车速传感器用于测量纵向车速，所述环境光传感器获取周围环境光照强度，所述高精度摄像头用来获取车辆前方弯道曲率以及车辆与入弯口的距离，所述角速度传感器和三轴重力加速度计用来测量车辆俯仰角并计算出车辆俯仰角变化率。
进一步，步骤2中，所述的中央控制器单元通过车内信号传输网络接收车辆纵向行驶速度、环境光照强度、车辆俯仰角变化率、弯道曲率和距离信息，基于狼群算法计算出车前灯最佳转动角度和亮度。
进一步，所述步骤2具体为：
步骤2.1：数值初始化。初始化狼群中人工狼位置Xi及其数目N，最大迭代次数kmax，探狼比例因子α，最大游走次数Tmax，距离判定因子ω，步长因子S，更新比例因子β；
步骤2.2：选取最优人工狼为头狼，除头狼外最佳的S_num匹人工狼为探狼并执行游走行为，直到某只探狼i侦察到的猎物气味浓度Yi大于头狼所感知的猎物气味浓度Ylead或达到最大游走次数Tmax，则转步骤2.3；
步骤2.3：人工猛狼据式(1)向猎物奔袭，若途中猛狼感知的猎物气味浓度Yi>Ylead则Ylead＝Yi，替代头狼并发起召唤行为；若Yi＜Ylead，则人工猛狼继续奔袭直到猛狼i与头狼s之间的距离dis≤dnear，转步骤2.4，判定距离dnear由式(2)得到；
Figure BDA0002727201100000021
Figure BDA0002727201100000022
步骤2.4：按式(3)对参与围攻行为的人工狼的位置进行更新，执行围攻行为，
Figure BDA0002727201100000031
式中，λ为[-1,1]间均匀分布的随机数；stepc为人工狼i执行围攻行为时的攻击步长；
步骤2.5：按“胜者为王”的头狼产生规则对头狼位置进行更新；再按照“强者生存”的狼群更新机制进行群体更新；
步骤2.6：判断是否达到优化精度要求或最大迭代次数kmax，若达到则输出头狼的位置，即所求问题的最优解，即前照灯最佳转角和最佳亮度，否则转步骤2.2。
进一步，步骤3中，所述步进电机控制器接收中央控制单元的信号，将转角信号转化为步进电机控制信号传输给左前步进电机和右前步进电机，亮度调节控制器接收中央控制器的亮度调节信号并反馈到LED灯；
进一步，步骤4中，所述左前车灯根据左前步进电机传输的控制信号转动相应角度，所述右前车灯根据右前步进电机传输的控制信号转动相应角度，LED灯根据亮度调节信号自主调整亮度。
本发明的有益效果：
本发明综合考虑了道路、车辆、环境三大要素，基于狼群算法，建立了汽车自适应前照灯最佳转角和最佳亮度求解模型，大大提高了计算精度，不仅做到了节约能源，而且降低了传统自适应车前照明系统车前灯实际转角不准确所带来的不利影响。
附图说明
图1为基于狼群算法的汽车自适应前照明系统框图；
图2为基于狼群算法的汽车自适应前照明方法结构图；
图3为狼群算法流程图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图对本发明做进一步的说明。然而，附图仅是用以对本发明提供参考和说明之用，并非对本发明加以限制。图1为基于狼群算法的汽车自适应前照明系统框图，本发明公开了一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法。利用车速传感器获取车辆纵向行驶车速，利用环境光传感器获取周围环境光强，利用高精度摄像头获取道路信息，利用角速度传感器和三轴重力加速度计获取车辆俯仰角并计算出车辆俯仰角变化率，将车辆、环境、道路等信息发送至中央控制单元，经狼群算法中央控制单元计算得到车前灯最佳转动角度和最佳亮度。将车前灯转动角度信息发送至步进电机控制器，步进电机控制器控制步进电机转动，使车前灯转动相应角度。将亮度控制信号传输至LED灯，实现亮度自调。
图2为基于狼群算法的汽车自适应前照明方法结构图，包括以下步骤：
步骤1：多传感器获取纵向车速、环境光强、弯道曲率、入弯距离、车辆俯仰角；
步骤2：中央控制单元综合多传感器获取的信息计算得到最佳车前灯转角和最佳亮度；
步骤3：步进电机控制器将转角信息转化为电机控制信号，亮度调节控制器接收亮度调节信号并反馈到LED灯；
步骤4：步进电机根据电机控制信号控制转动相应角度，LED灯根据亮度调节信号调整亮度。
进一步，步骤1中，多传感器包括车速传感器、环境光传感器、高精度摄像头、角速度传感器、三轴重力加速度计，所述车速传感器用于测量纵向车速，所述环境光传感器获取周围环境光照强度，所述高精度摄像头用来获取车辆前方弯道曲率以及车辆与入弯口的距离，所述角速度传感器和三轴重力加速度计用来测量车辆俯仰角并计算得到车辆俯仰角变化率。
进一步，步骤2中，所述的中央控制器单元通过车内信号传输网络接收车辆纵向行驶速度、环境光照强度、车辆俯仰角变化率、弯道曲率和距离信息，基于狼群算法计算出车前灯最佳转动角度和亮度。
进一步，所述步骤2具体为：
步骤2.1：数值初始化。初始化狼群中人工狼位置Xi及其数目N，最大迭代次数kmax，探狼比例因子α，最大游走次数Tmax，距离判定因子ω，步长因子S，更新比例因子β；
步骤2.2：选取最优人工狼为头狼，除头狼外最佳的S_num匹人工狼为探狼并执行游走行为，直到某只探狼i侦察到的猎物气味浓度Yi大于头狼所感知的猎物气味浓度Ylead或达到最大游走次数Tmax，则转步骤2.3；
步骤2.3：人工猛狼据式(1)向猎物奔袭，若途中猛狼感知的猎物气味浓度Yi>Ylead则Ylead＝Yi，替代头狼并发起召唤行为；若Yi＜Ylead，则人工猛狼继续奔袭直到猛狼i与头狼s之间的距离dis≤dnear，转步骤2.4，判定距离dnear由式(2)得到；
Figure BDA0002727201100000051
Figure BDA0002727201100000052
步骤2.4：按式(3)对参与围攻行为的人工狼的位置进行更新，执行围攻行为，
Figure BDA0002727201100000053
式中，λ为[-1,1]间均匀分布的随机数；stepc为人工狼i执行围攻行为时的攻击步长；
步骤2.5：按“胜者为王”的头狼产生规则对头狼位置进行更新；再按照“强者生存”的狼群更新机制进行群体更新；
步骤2.6：判断是否达到优化精度要求或最大迭代次数kmax，若达到则输出头狼的位置，即所求问题的最优解，即前照灯最佳转角和最佳亮度，否则转步骤2.2。
进一步，步骤3中，所述步进电机控制器接收中央控制单元的信号，将转角信号转化为步进电机控制信号传输给左前步进电机和右前步进电机，亮度调节控制器接收中央控制器的亮度调节信号并反馈到LED灯；
进一步，步骤4中，所述左前车灯根据左前步进电机传输的控制信号转动相应角度，所述右前车灯根据右前步进电机传输的控制信号转动相应角度，LED灯根据亮度调节信号自主调整亮度。
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 (6)

1.一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：多传感器获取纵向车速、环境光强、弯道曲率、入弯距离、车辆俯仰角；
步骤2：中央控制单元综合多传感器获取的信息计算得到最佳车前灯转角和最佳亮度；
步骤3：步进电机控制器将转角信息转化为电机控制信号，亮度调节控制器接收亮度调节信号并反馈到LED灯；
步骤4：步进电机根据电机控制信号控制转动相应角度，LED灯根据亮度调节信号调整亮度。
2.根据权利要求1所述的一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法，其特征在于，步骤1中，多传感器包括车速传感器、环境光传感器、高精度摄像头、角速度传感器、三轴重力加速度计，所述车速传感器用于测量纵向车速，所述环境光传感器获取周围环境光照强度，所述高精度摄像头用来获取车辆前方弯道曲率以及车辆入弯口的距离，所述角速度传感器和三轴重力加速度计用来测量车辆俯仰角并计算出车辆俯仰角变化率。
3.根据权利要求1所述的一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法，其特征在于，步骤2中，所述的中央控制器单元通过车内信号传输网络接收车辆纵向行驶速度、环境光照强度、车辆俯仰角变化率、弯道曲率和距离信息，基于狼群算法计算出车前灯最佳转动角度和亮度。
4.根据权利要求3所述的一种基于狼群算法计算出车前灯转动角度和亮度，其特征在于，具体步骤为：
步骤2.1：数值初始化。初始化狼群中人工狼位置Xi及其数目N，最大迭代次数kmax，探狼比例因子α，最大游走次数Tmax，距离判定因子ω，步长因子S，更新比例因子β；
步骤2.2：选取最优人工狼为头狼，除头狼外最佳的S_num匹人工狼为探狼并执行游走行为，直到某只探狼i侦察到的猎物气味浓度Yi大于头狼所感知的猎物气味浓度Ylead或达到最大游走次数Tmax，则转步骤2.3；
步骤2.3：人工猛狼据式(1)向猎物奔袭，若途中猛狼感知的猎物气味浓度Yi>Ylead则Ylead＝Yi，替代头狼并发起召唤行为；若Yi＜Ylead，则人工猛狼继续奔袭直到猛狼i与头狼s之间的距离dis≤dnear，转步骤2.4，判定距离dnear由式(2)得到；
Figure FDA0002727201090000021
Figure FDA0002727201090000022
步骤2.4：按式(3)对参与围攻行为的人工狼的位置进行更新，执行围攻行为，
Figure FDA0002727201090000023
式中，λ为[-1,1]间均匀分布的随机数；stepc为人工狼i执行围攻行为时的攻击步长；
步骤2.5：按“胜者为王”的头狼产生规则对头狼位置进行更新；再按照“强者生存”的狼群更新机制进行群体更新；
步骤2.6：判断是否达到优化精度要求或最大迭代次数kmax，若达到则输出头狼的位置，即所求问题的最优解，即前照灯最佳转角和最佳亮度，否则转步骤2.2。
5.根据权利要求1所述的一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法，其特征在于，步骤3中，所述步进电机控制器接收中央控制单元的信号，将转角信号转化为步进电机控制信号传输给左前步进电机和右前步进电机，亮度调节控制器接收中央控制器的亮度调节信号并反馈到LED灯。
6.根据权利要求1所述的一种基于狼群算法的汽车自适应前照明系统及方法，其特征在于，步骤4中，所述左前车灯根据左前步进电机传输的控制信号转动相应角度，所述右前车灯根据右前步进电机传输的控制信号转动相应角度，LED灯根据亮度调节信号自主调整亮度。
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