CN112498536A - 转向大灯自动转向系统 - Google Patents

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Abstract

一种转向大灯自动转向系统，包括速度传感器、六轴陀螺仪、控制模块、转向大灯；所述速度传感器检测车辆行驶实时速度数据，并使用串行外设接口SPI与六轴陀螺仪通信，六轴陀螺仪获取的X轴、Y轴、Z轴的加速度以及角速度，然后使用四元数融合算法对数据进行处理得出倾角数据，倾角数据经卡尔曼滤波器处理后传输至控制模块，控制模块通过模糊控制算法输出控制量之后，对输出的控制量进行判断，得出转向信号，并输出至转向大灯。整个过程，需要依赖角度传感器，仅依靠速度传感器以及陀螺仪输入的车辆运动信息，完成转向大灯的自动控制。

Description

转向大灯自动转向系统
技术领域
本发明涉及转向大灯控制领域，具体涉及一种转向大灯自动转向系统。
背景技术
自动转向灯AFS在汽车领域应用比较早，通过在汽车的方向盘处设置角度传感器，根据方向盘的转动控制转向灯的开关，而在两轮车、摩托车上应用比较少，原因是汽车方向盘上会有内置的角度传感器，而两轮车、摩托车的车头位置没有内置的角度传感器，因而不便于在两轮车以及摩托车上使用；由此现有技术中，自动转向灯系统对方向盘中的角度传感器依赖性较大，不便于应用于两轮、摩托车等车辆中。
发明内容
本发明所要克服的是现有技术中自动转向灯系统对方向盘中的角度传感器依赖性较大，不便于应用于两轮、摩托车等车辆中的问题，目的是提供一种转向大灯自动转向系统。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种转向大灯自动转向系统，包括速度传感器、六轴陀螺仪、控制模块、转向大灯；
所述速度传感器检测车辆行驶实时速度数据，并使用串行外设接口SPI与六轴陀螺仪通信，六轴陀螺仪获取的X轴、Y轴、Z轴的加速度以及角速度，然后使用四元数融合算法对数据进行处理得出倾角数据，倾角数据经卡尔曼滤波器处理后传输至控制模块，控制模块通过模糊控制算法输出控制量之后，对输出的控制量进行判断，得出转向信号，并输出至转向大灯。
进一步的，所述六轴陀螺仪获取XYZ轴的加速度以及角速度，把六个数据转化成四元数(q0、q1、q2、q3)，然后四元数融合算法转化成欧拉角(P、R、 Y角)，即倾角数据，最后通过卡尔曼滤波器输出欧拉角。
进一步的，所述转向大灯自动转向系统还包括：壳体、电路板、封盖；所述六轴陀螺仪、控制模块集成在电路板上，所述壳体内部设有安装槽与散热槽，所述安装槽平行于散热槽，所述电路板插入至安装槽内部，所述散热槽中插入有金属板，所述金属板朝向电路板一侧设有散热翅片，所述金属板一侧设有侧板，所述侧板上安装有限位卡座，所述限位卡座上安装有金属弹片，所述金属弹片为弧形弯折结构，所述金属弹片中部设有卡槽，所述电路板一侧位于卡槽内部，所述封盖通过螺钉固定安装在壳体上，所述封盖上安装有散热管，所述散热管沿轴线方向上设有穿孔，所述金属板一侧由穿孔插入至散热管内部，所述散热管内部设有支撑弹片，所述散热管侧部设有散热孔，所述散热孔与穿孔分别位于支撑弹片两侧。
进一步的，所述散热管两端封口设置，所述穿孔与金属板间设有密封胶圈。
进一步的，所述侧板与金属板间设有加强筋板。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，利用六轴陀螺仪测定在特定速度下的加速度以及角速度，通过得出的欧拉角，结合实时速度，利用模糊控制算法输出转向控制量，进而实现对转向大灯的控制，整个过程，需要依赖角度传感器，仅依靠速度传感器以及陀螺仪输入的车辆运动信息，完成转向大灯的自动控制。
附图说明
图1为本发明的壳体结构图；
图2为本发明的金属板结构图；
图中：1、壳体；2、电路板；3、封盖；12、安装槽；13、散热槽；14、金属板；15、散热翅片；16、侧板；17、限位卡座；18、金属弹片；19、卡槽； 20、散热管；21、穿孔；22、支撑弹片；23、散热孔；31、加强筋板；32、密封胶圈。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
一种转向大灯自动转向系统，包括速度传感器、六轴陀螺仪、控制模块、转向大灯；
速度传感器检测车辆行驶实时速度数据，并使用串行外设接口SPI与六轴陀螺仪通信，六轴陀螺仪获取的X轴、Y轴、Z轴的加速度以及角速度，然后使用四元数融合算法对数据进行处理得出倾角数据，倾角数据经卡尔曼滤波器处理后传输至控制模块，控制模块通过模糊控制算法输出控制量之后，对输出的控制量进行判断，得出转向信号，并输出至转向大灯。
六轴陀螺仪获取XYZ轴的加速度以及角速度，把六个数据转化成四元数(q0、 q1、q2、q3)，然后四元数融合算法转化成欧拉角(P、R、Y角)，即倾角数据，最后通过卡尔曼滤波器输出欧拉角。
六轴陀螺仪采用ICM-20648传感器，控制模块主芯片采用STM32F103CBT6；
卡尔曼滤波算法：
首先我们要利用系统的过程模型，来预测下一状态的系统。假设现在的系统状态是k(欧拉角)，根据系统的模型，可以基于系统的上一状态而预测出现在状态:
X(k|k-1)＝A X(k-1|k-1)+B U(k)……….. (1)
式(1)中，X(k|k-1)是利用上一状态预测的结果，X(k-1|k-1)是上一状态最优的结果，U(k)为现在状态的控制量，如果没有控制量，它可以为0。
到现在为止，我们的系统结果已经更新了，可是，对应于X(k|k-1)的协方差还没更新。我们用P表示协方差(covariance):
P(k|k-1)＝A P(k-1|k-1)A'+Q………(2)
式(2)中，P(k|k-1)是X(k|k-1)对应的协方差，P(k-1|k-1)是X(k-1|k-1) 对应的协方差，A'表示A的转置矩阵，Q是系统过程的协方差。式子1，2就是卡尔曼滤波器5个公式当中的前两个，也就是对系统的预测。
现在我们有了现在状态的预测结果，然后我们再收集现在状态的测量值。结合预测值和测量值，我们可以得到现在状态(k)的最优化估算值X(k|k):
X(k|k)＝X(k|k-1)+Kg(k)(Z(k)-H X(k|k-1))………(3)
其中Kg为卡尔曼增益(Kalman Gain):
Kg(k)＝P(k|k-1)H'/(H P(k|k-1)H'+R)………(4)
到现在为止，我们已经得到了k状态下最优的估算值X(k|k)。但是为了要令卡尔曼滤波器不断的运行下去直到系统过程结束，我们还要更新k状态下 X(k|k)的协方差:
P(k|k)＝(I-Kg(k)H)P(k|k-1)………(5)
其中I为1的矩阵，对于单模型单测量，I＝1。当系统进入k+1状态时，P(k|k) 就是式子(2)的P(k-1|k-1)。这样，算法就可以自回归的运算下去。
卡尔曼滤波器的原理基本描述了，式子1，2，3，4和5就是他的5个基本公式。我们根据这5个公式，可以很容易用编程实现。
模糊控制算法：
从模糊控制器的构成我们知道，输入模糊化，模糊推理，去模糊化是实施模糊控制的三个主要环节。有时根据这三个环节的作用分别称为：模糊器，模糊推理机和解模糊器。
模糊器：就是将输入变量在基本论域的一个实际的值转化为语言变量值得转化过程，就是把清晰模糊化的过程；这里面我们有速度变量输入以及卡尔曼滤波输出欧拉角变量输入；
模糊推理机：在不同弯道、及不同速度条件下，控制在不同弯道自动转向灯亮；
解模糊器(输出)：输出自动转向灯亮；
例如：标定值为15和-15,时，当转弯速度都为20m/s，输出欧拉角为20(>15) 时，表示欧拉角到达转弯标定值，点亮右灯，输出欧拉角为-20(<-15)时，表示欧拉角到达转弯标定值，点亮左灯。
实施例2
在实施例1的基础上，如图1、图2所示；转向大灯自动转向系统还包括：壳体1、电路板2、封盖3；六轴陀螺仪、控制模块集成在电路板2上，壳体1 内部设有安装槽12与散热槽13，安装槽12平行于散热槽13，电路板2插入至安装槽12内部，散热槽13中插入有金属板14，金属板14朝向电路板2一侧设有散热翅片15，金属板14一侧设有侧板16，侧板16上安装有限位卡座17，限位卡座17上安装有金属弹片18，金属弹片18为弧形弯折结构，金属弹片18中部设有卡槽19，电路板2一侧位于卡槽19内部，封盖3通过螺钉固定安装在壳体1上，封盖3上安装有散热管20，散热管20沿轴线方向上设有穿孔21，金属板14一侧由穿孔21插入至散热管20内部，散热管20内部设有支撑弹片22，散热管20侧部设有散热孔23，散热孔23与穿孔21分别位于支撑弹片22两侧。
散热管20两端封口设置，穿孔21与金属板14间设有密封胶圈32。
侧板16与金属板14间设有加强筋板31。
在对电路板进行安装时，将电路板2插入至安装槽12中，然后将金属板14 插入至散热槽13中，电路板2一侧卡入至金属弹片22上的卡槽19中，安装封盖3，安装过程中，将金属板14侧边插入至封盖3上的散热管20上的穿孔21 中，旋紧封盖3上的螺钉，对封盖3进行定位，旋紧的过程中，支撑弹片22向壳体1内部挤压金属板14，且金属板14上的金属弹片22同时会挤压电路板2，以此实现对电路板2的定位，防止电路板2的松动，金属板14上的散热翅片15 能够吸热，吸收的热量会经金属板14传递至散热管20中，再经散热管20处的散热孔23传递，实现对壳体1内部的散热，且支撑弹片22隔离穿孔21与散热孔23，能够起到密封的作用，避免水由散热孔23进入至壳体1内部。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种转向大灯自动转向系统，其特征在于，包括速度传感器、六轴陀螺仪、控制模块、转向大灯；
所述速度传感器检测车辆行驶实时速度数据，并使用串行外设接口SPI与六轴陀螺仪通信，六轴陀螺仪获取的X轴、Y轴、Z轴的加速度以及角速度，然后使用四元数融合算法对数据进行处理得出倾角数据，倾角数据经卡尔曼滤波器处理后传输至控制模块，控制模块通过模糊控制算法输出控制量之后，对输出的控制量进行判断，得出转向信号，并输出至转向大灯。
2.根据权利要求1所述的一种转向大灯自动转向系统，其特征在于，所述六轴陀螺仪获取XYZ轴的加速度以及角速度，把六个数据转化成四元数(q0、q1、q2、q3)，然后四元数融合算法转化成欧拉角(P、R、Y角)，即倾角数据，最后通过卡尔曼滤波器输出欧拉角。
3.根据权利要求1所述的一种转向大灯自动转向系统，其特征在于，所述转向大灯自动转向系统还包括：壳体、电路板、封盖；所述六轴陀螺仪、控制模块集成在电路板上，所述壳体内部设有安装槽与散热槽，所述安装槽平行于散热槽，所述电路板插入至安装槽内部，所述散热槽中插入有金属板，所述金属板朝向电路板一侧设有散热翅片，所述金属板一侧设有侧板，所述侧板上安装有限位卡座，所述限位卡座上安装有金属弹片，所述金属弹片为弧形弯折结构，所述金属弹片中部设有卡槽，所述电路板一侧位于卡槽内部，所述封盖通过螺钉固定安装在壳体上，所述封盖上安装有散热管，所述散热管沿轴线方向上设有穿孔，所述金属板一侧由穿孔插入至散热管内部，所述散热管内部设有支撑弹片，所述散热管侧部设有散热孔，所述散热孔与穿孔分别位于支撑弹片两侧。
4.根据权利要求2所述的一种转向大灯自动转向系统，其特征在于，所述散热管两端封口设置，所述穿孔与金属板间设有密封胶圈。
5.根据权利要求2所述的一种转向大灯自动转向系统，其特征在于，所述侧板与金属板间设有加强筋板。
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