CN1172741A - 车辆用头灯装置 - Google Patents

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Abstract

一种车辆用头灯装置,能使车辆前面的照明区域向左右偏移,其照明区域的变化受到抑制,以便即便方向盘迅速倒转像反转那样,也不会给驾驶员一种不适当的感觉。本装置包括:照明区域改变装置;转向角检测装置;转弯动作检测装置,以检测车身向右或向左转弯的动作;第一照明角计算装置,以根据转向角检测装置检测得的转向角计算第一照明角;第二照明角计算装置,以根据转弯动作检测装置检测得的转弯动作计算第二照明角;照明角决定位置,以便从第一照明角与第二照明角决定最终照明角;以及一控制装置,用于控制照明区域改变装置,使之按照上述最终照明角改变上述照明区域。

Description

车辆用头灯装置
本发明涉及一种能改变照明区域使之偏向左右的头灯装置的灯光分布控制。
迄今为止，已经提出多种能改变照明区域使之偏向左右的头灯装置。在几乎所有这些装置中，照明区域的变化基本上都是响应由方向盘决定的转向角而进行控制的(日本公开专利说明书昭62-77249，平3-14742等)，而头灯的照明区域将偏向转向的方向，以便在车辆要转到的方向增加光照量。
如果如上所述，照明角只按转向角来控制，则当转向的操作很快时，照明角也将响应转向角的快速变化而很快变化，以致照明区域大幅度左右摆动而给驾驶员一种不适当的感觉。
例如，当车辆沿一弯路行驶时，如果方向盘相对于车辆速度而言转的角度太大，或在路面很滑例如路上有雪的情况，有时车辆的后部会突向外方而使车头过度地朝向内侧。图8以实线示出处在一条右转弯道的中心线上的车辆02车头过度向内的情况。
在这种情况下，如果让方向盘保留在向右转的状态，则车辆02将转圈子，但如让方向盘倒转(反转)，则车身的方向可以恢复。因此在图8中用反转的方法将方向盘向左旋转以使前轮03相对于车身偏左。
如果车辆02的照明区域随转向角而变化，则在方向盘向左反转以前，车身前方偏右的区域被照明，如图8的虚线04所示，而在反转之后，照明区域转到车身前方偏左，如图中实线05所示。
由于反转是瞬间发生的，照明区域从区域04向区域05的变换也是瞬间发生的，而照明区这样迅速而巨大的变化势必使驾驶员感到不适当。
本发明是有鉴于过去的问题才得以完成的，其目的是为车辆提供一种头灯装置，其照明区域的变化受到抑制，以便即便方向盘迅速倒转像反转那样，也不会给驾驶员一种不适当的感觉。
为了达到上述目标，本发明提供了一种车辆用的、能使车辆前面的照明区域偏向左右的照明装置，包括：照明区域改变装置，以改变头灯的照明区域；转向角检测装置，以检测转向角；转弯动作检测装置，以检测车身向右或向左转弯的动作；第一照明角计算装置，以根据转向角检测装置检测得的转向角计算第一照明角；第二照明角计算装置，以根据转弯动作检测装置检测得的转弯动作计算第二照明角；照明角决定装置，以便从第一照明角与第二照明角决定最终照明角；以及一控制装置，用于控制照明区域改变装置，使之按照最终照明角改变照明区域。
由于最终照明角不仅取决于基于转向角的第一照明角，而是既考虑第一照明角又考虑根据转弯动作算出的第二照明角，从而使照明区域的改变适当地受到抑制，以便即使方向盘急速向反方向运动，驾驶员也不会感到不适当。
照明角决定装置可以将根据转弯动作决定第二照明角决定为最终照明角，如果第一与第二照明角存在于车身正前方的相对两侧；也可能将第一与第二照明角二者中之大者决定为最终照明角，如果第一与第二照明角存在于车身正前方的同侧。
当车辆沿曲线行进时，在进入曲线之初，转向角先于转弯动作，因而基于转向角的第一照明角大于同侧的基于转弯动作的第二照明角，此时如果反向操作方向盘，则基于转向角的第一照明角变得小于基于转弯动作的第二照明角，因为转向角迅速地变小而转弯运动则由于惯性而变化缓慢。
因此，当第一与第二照明角存在于车身正前方的同侧而基于转向角的第一照明角又大于基于转弯动作的第二照明角时，照明区域的改变是使用第一照明角作为最终照明角的；而在基于转向角的第一照明角变得小于基于转弯动作的第二照明角时，则照明区域的改变使用变化缓慢而数值大的第二照明角作为最终照明角，并且即便第一照明角移动到第二照明角的相对侧，基于转弯动作的第二照明角仍然用作最终照明角。这样，即便方向盘很快地反向操作，照明区域的改变可以得到适当的抑制，以保护驾驶员不使他感到不适当。
如果第一、第二照明角存在于车身正前方的异侧，照明角决定装置可以决定把车身的正前方的方向作为最终照明方向；如果第一、第二照明角存在于车身正前方的同侧，且第一照明角大于第二照明角，照明角决定装置可以决定把基于转向角的照明角作为最终照明方向；而如果第一、第二照明角存在于车身正前方的同侧，且第一照明角小于第二照明角，照明角决定装置可以决定把车身的正前方的方向作为最终照明方向。
当基于转向角的第一照明角大于基于转弯动作的第二照明角时，改变照明区域靠使用基于转向角的第一照明角作为最终照明角来控制；而当基于转向角的第一照明角变得小于基于转弯动作的第二照明角时，车身正前方的方向被决定为最终照明方向，即便第一、第二照明角存在于车身正前方的异侧，车身的正前方的方向仍然被决定作为最终照明方向而照明区域将控制在车身的正前方。于是当方向盘急速反向操作时，照明区域被定在车身的正前方，照明区域的变化可得到适当抑制，以免驾驶员感到不适当。
作为本发明的一个方面，当第一第二照明角存在于车身正前方的同侧时，如果第一照明角大于第二照明角，基于转向角的照明角即被决定为最终照明角；而如果第一照明角变得小于第二照明角，则发生此变化时的照明角被决定为最终照明角且被固定下来；再以后，如果第一第二照明角变得处在车身正前方的两侧，则发生此变化时的照明角被定为最终照明角且被固定下来。
当基于转向角的第一照明角大于基于转弯动作的第二照明角时，基于转向角的第一照明角被决定为最终照明角且此照明角被固定下来。当基于转向角的第一照明角小于基于转弯动作的第二照明角时，此时的照明角被决定为最终照明角且即便第一第二照明角进而处在车身的两侧，照明角也不再变化而保持固定不变。因此当快速操作方向盘时照明区域也不变以免驾驶员感到不适当。
如果设有用以检测车速的车速检测装置，而转弯动作检测装置检测车身偏转的横摆角速度，第二照明角计算装置计算基于横摆角速度及由车速检测装置测出的车辆速度的第二照明角，则可算出基于车身偏转的精确的第二照明角。
第二照明角计算装置可以由横摆角速度和车速计算车辆转弯半径以便求得符合转弯半径的第二照明角。于是适应道路曲线的第二照明角可以算出。
如果设有用以检测车速的车速检测装置，且第一照明角计算装置根据由车速检测装置检测出的车速改正由转向角检测装置检测出的转向角以求得第一照明角，就有可能使基于转向角的第一照明角成为一个符合于车速的精确角度。
图1示出本发明的一实施例的车辆照明区域的俯视图；
图2为显示较佳实施例的头灯的摆动机构的透视示意图；
图3为一简略框图，显示改变照明区域的控制系统；
图4为介绍转弯半径R的计算公式的附图；
图5为介绍第二照明角θ2的计算公式的附图；
图6为一流程图，显示控制照明区域的改变的步骤；
图7a至7d为曲线图，分别示出转向角φ、横摆角速度ω、第一与第二照明角θ1、θ2及最终照明角θ；而
图8示出在现有技术中反转时照明区域的变化。
以下将参照图1至7说明本发明的一个较佳实施例。
较佳实施例的车辆1具有用于照亮车辆前面的空间的头灯2，头灯2的安装使之可以沿水平方向左右摆动。图1是俯视图，显示车辆1及摆向右方的左右头灯2、2造成右前方照明区域3、3的情况。
左右头灯2、2一同向同一方向摆动同一角度，并且如图1所示，头灯的光轴L、L相对于车辆前进方向的角度，即照明角都设置为θ。对于θ，如果相对于车辆前进方向在右边的设为正，在左边的设为负。
另一种选择是，只让转弯一侧的头灯偏转，或左右两灯分别偏转不同角度。
一种使较佳实施方案中的头灯2偏转的偏转机构示于图2，其中头灯2的灯具单元4固定到一转轴5上，而电动机8的驱动轴上成形的蜗杆7与装配到转轴5上的蜗轮6相啮合。
于是灯具单元4与转轴5由于蜗轮6与蜗杆7啮合而被电动机8所驱动，结果灯具单元4与转轴5一起转动。电动机8的驱动由灯光分布控制器ECU10所控制。
图3为一简略框图，显示出本实施例改变照明区域的控制系统。车辆具有一转向角传感器21，用以检测一个前轮相对于车身的方向，即检测一转向角φ；一车速传感器22，用以检测车速v；和一个横摆角速度传感器23，用以检测横摆角速度(横摆角速率)ω。
由转向角传感器21所检测出的转向角φ与由车速传感器22所检测出的车速v被输入到灯光分布控制器ECU10中的第一照明角计算装置11中，按照下列公式(1)算出第一照明角θ1：
θ1＝K(v)×φ    (1)其中K(v)为一矫正系数，根据车速v确定，大致与车速成比例。K(v)的最大值是1。
就这样，第一照明角计算装置11根据转向角经过车速v的矫正而计算第一照明角θ1，这样就能得到与车速相对应的适当的第一照明角θ1。
由车速传感器22检测到的车速v及由横摆角速度传感器22检测到的横摆角速度被输入到灯光分布控制器ECU10中的第二照明角计算装置12中，以计算第二照明角θ2。
在第二照明角计算装置12中，首先从车速v和横摆角速度ω计算出车辆的转弯半径。
参阅图4，当车辆1沿一右弯的曲线以车速v行驶时，车身的横摆角速度ω相当于车辆1转弯的角速度。因此转弯半径R可以用以下公式(2)计算。
R＝v/ω    (2)
参阅图5，设一条右弯弯路右侧的曲线形路肩30为一理想的圆弧，而从车辆1到路肩30的距离为x。
第二照明角θ2是根据以下假设而算出的：从车辆1到圆弧形的路肩30所引切线是头灯基本的照明方向。
如果转弯中心以C表示，车辆1的位置以M表示，切线与路肩30的切点以N表示，第二照明角θ2等于直角三角形MNC的内角∠MCN。因此以下公式成立：
cosθ2＝NC/MC＝(R-x)/R    即θ2＝cos-1{(R-x)/R)    (3)
第二照明角计算装置12用公式(3)计算第二照明角θ2.
根据基于转向角φ的第一照明角θ1和基于横摆角速度ω的第二照明角θ2，由照明角决定装置13决定最终照明角θ。
最终照明角θ决定于第一照明角θ1和第二照明角θ2是否处在车辆前进方向的同侧，亦即角θ1、θ2是否同号，以及照明角θ1、θ2的绝对值|θ1|与|θ2|的比较。
按照如此得到的最终照明角θ而定的控制信号被输出到电动机驱动器24，该电动机驱动器24驱动电动机8，以使头灯2摆动到相当于照明角θ的方向。
上述各个步骤全部示于图6的流程图中。
首先，由相应的传感器检测出的车速v、转向角φ及横摆角速度ω被读出(步骤1)。然后，用公式(1)由转向角φ和车速v算出第一照明角θ1(步骤2)，利用公式(2)由横摆角速度ω及车速v算出转弯半径R(步骤3)，而第二照明角θ2由转弯半径R用公式(3)算出(步骤4)。
然后，鉴定第一照明角θ1与第二照明角θ1之乘积θ1×θ2之正负(步骤5)。
如其符号为正，即断定两个照明角θ1、θ2为同号而均处在车辆前进方向的左侧或右侧，于是流程前进至步骤6。如其符号为负，即断定两个照明角θ1、θ2为异号而处在车辆前进方向的异侧，于是流程前进至步骤8。
在步骤8，基于横摆角速度ω的第二照明角θ2总是被确定为最终照明角θ。
在步骤6，θ1、θ2为同号而均处在同侧，|θ1|与|θ2|将进行比较。如|θ1|＞|θ2|，则流程进至步骤7而将第一照明角θ1定为最终照明角θ。如在步骤6判定|θ1|≤|θ2|，则流程进至步骤8而将第二照明角θ2定为最终照明角θ。
在步骤9，灯光分布控制按照步骤7或8确定的最终照明角θ进行。
上述灯光分布控制器所引起的照明角θ的变化将在图7A至7D所示实例中予以考虑。
图7A及7B分别示出转向角φ及横摆角速度ω的变化，二图中时间轴(水平轴)是一致的。
参阅图8，由图7A及7B的转向角φ及横摆角速度ω的变化，下述情况是不言而喻的：当车辆沿向右弯的弯道行驶时，起初方向盘向右转以得到正值的转向角φ，而车身也稍稍随转向角φ的变化而偏转，以致横摆角速度ω随转向角的增加而增加。
在此期间，车身后部大幅度地向外摆动，因此驾驶员迅速反向向左转动方向盘，以恢复车辆的方向。就是说，转向角φ在图7A中从上升变到下降，而横摆角速度ω则由于惯性而维持稳定。
进一步说，当车辆的方向显示出某种恢复时，司机又向右打方向盘，以便沿向右的弯道前进。但随后他很快又要反打轮盘。这样，转向角φ会左右大幅度摆动。
然而当转向角如上所述左右摇摆时，横摆角速度ω一般稳定地维持在某一数值，在车辆走完弯路的全长以前的某一时刻，横摆角速度ω会与转向角φ重合。
当车辆如上述行驶时，第一照明角θ1与第二照明角θ2的变化如图7C所示。
基于转向角φ的第一照明角θ1由车速v所矫正，但此处系假设车速v无大变动，而第一照明角θ1的变化如图7C中的虚线所示与转向角φ的变化一致。
基于横摆角速度ω的第二照明角θ2也受车速v的影响，但在车速v约为常数的假设条件下，由公式(2)与(3)可知，第二照明角θ2的变化与横摆角速度ω的一致(图7B)。此第二照明角θ2在图7C中用点划线表示。
通过图6流程图的步骤5与步骤6的鉴定由第一照明角θ1与第二照明角θ2择一选定的最终照明角θ在图7D中由实线表示。
在车辆开始经过右弯道的一部分路程上，存在着θ1＞θ2＞0的情况，因此流程经过步骤5、6、7的路线且第一照明角θ1被选作最终照明角θ。当倒转方向盘而第一照明角θ1与第二照明角的关系颠倒成为0＜θ1＜θ2时，流程经过步骤5、6、8的路线且第二照明角θ2被选作最终照明角θ。
此后，即便θ1变负而θ2保持为正，流程还是经过步骤5和8，第二照明角θ2被选作最终照明角θ。
由于实际的灯光分布控制是在上述最终照明角θ的基础上进行的，因而即便方向盘为了反转或类似目的而很快转动，照明区域的变化都受到适当的抑制而司机不会感到任何不适当。
应当注意，如果灯光分布控制只是按照基于转向角φ的第一照明角θ1进行，则光的分布将在短时间内大幅度地左右摇摆如图7C中的虚线所示，那将不但给驾驶员不适当的感觉，并将给周围车辆造成一些麻烦。
在上述实施例中，在θ1×θ2＜0和θ1×θ2＞0且|θ1|＜|θ2|的情况下，第二照明角θ2被选作最终照明角θ，但此时最终照明角θ可能定为0(rad)，即照明的方向可能固定在车身的正前方。
由于照明区域回复到了车身的正前方，并固定于此，以避免当方向盘转动很快时光的分布左右摇摆，因此不会给驾驶员一种不适当的感觉，且车身的方向也很容易辨别。
还有，最终照明角θ可固定在|θ1|与|θ2|大小颠倒过来那一时刻的数值上。即便方向盘操作很快，却不容许灯光分布的左右摆动，这就避免了给驾驶员不适当的感觉。

Claims (7)

1.一种车辆用头灯装置，可以改变车辆前方照明区域的左右方向，包括：
照明区域改变装置，用以改变头灯的照明区域；
转向角检测装置，用以检测转向角；
转弯动作检测装置，用以检测车身向左右转弯的动作；
第一照明角计算装置，用以根据上述转向角检测装置检测得的上述转向角计算第一照明角；
第二照明角计算装置，用以根据上述转弯动作检测装置检测得的上述转弯动作计算第二照明角；
照明角决定装置，用以从上述第一照明角与上述第二照明角决定最终照明角；以及
控制装置，用以控制上述照明区域改变装置，使之按照最终照明角改变上述照明区域。
2.如权利要求1所述的车辆用头灯装置，其特征在于：当上述第一与第二照明角存在于车身正前方的异侧时，上述照明角决定装置将上述基于转弯动作的第二照明角定为上述最终照明角；或当上述第一与第二照明角存在于车身正前方的同侧时，将上述第一、第二照明角中之较大者定为上述最终照明角。
3.如权利要求1所述的车辆用头灯装置，其特征在于：当上述第一与第二照明角存在于车身正前方的异侧时，上述照明角决定装置将车身正前方的方向定为最终照明方向；当上述第一与第二照明角存在于车身正前方的同侧且上述第一照明角大于上述第二照明角时，将基于上述转向角的照明角定为上述最终照明角；当上述第一与第二照明角存在于车身正前方的同侧且上述第一照明角小于上述第二照明角时，将车身正前方的方向定为最终照明方向。
4.如权利要求1所述的车辆用头灯装置，其特征在于：当上述第一与第二照明角存在于车身正前方的同侧时，如果上述第一照明角大于上述第二照明角，便将基于上述转向角的照明角定为上述最终照明角，如果上述第一照明角变得小于上述第二照明角，便将此转变发生时的照明角定为最终照明角且使之固定不变，此后如果第一与第二照明角变得存在于车身正前方的异侧，便将此转变发生时的照明角定为上述最终照明角且使之固定不变。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的车辆用头灯装置，其特征在于：设有用以检测车速的车速检测装置；上述转弯动作检测装置检测车身偏转的横摆角速度；上述第二照明角计算装置计算基于横摆角速度及由上述车速检测装置测出的上述车速的上述第二照明角。
6.如权利要求5所述的车辆用头灯装置，其特征在于：上述第二照明角计算装置由上述横摆角速度和上述车速计算车辆转弯半径以便求得符合上述转弯半径的上述第二照明角。
7.如权利要求6所述的车辆用头灯装置，其特征在于：上述第一照明角计算装置根据由上述车速检测装置检测出的上述车速改正上述由上述转向角检测装置检测出的转向角以求得上述第一照明角。
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