CN2873572Y - 汽车转向智能同步辅助照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为汽车转向智能同步辅助照明装置，其特征在于汽车转向轴上固连的主动齿轮与传动箱输入轴上的从动齿轮啮合，传动箱的输出元件上装有非接触电位器或者装有磁钢与霍尔传感器配合，非接触电位器或霍尔传感器的输出和功能设置开关与信号检测控制电路的输入连接，信号检测控制电路的输出与转向辅助照明灯、汽车转向灯及装置状态指示灯连接。

Description

汽车转向智能同步辅助照明装置

技术领域：

本实用新型与汽车转向辅助照明装置有关。

背景技术：

因为传统的汽车前大灯光线和车辆行驶方向始终保持着一致，所以不可避免地存在照明盲区。尤其是车辆在夜间转弯行驶的过程中，汽车前大灯光线直射正前方，在弯道内侧的道路上形成很大的照明盲区，严重影响驾驶员对弯道上障碍物的提前发现、判断，一旦在弯道上存在障碍物，因为驾驶员对其准备不足，极易引发交通事故，而本汽车转向智能同步辅助照明装置，能够为车辆在转弯过程中自动提供同步辅助灯光照明，避免车辆在夜间转弯行驶的过程中，在弯道内侧的道路上形成很大的照明盲区，提高车辆夜间行驶的安全性。另外在汽车整个行驶过程中，传统的汽车转向灯信号由驾驶员手动完成。

为解决汽车夜间转弯弯道照明问题，世界上许多汽车生产厂家、研究机构及个人都做了大量的研究，提出了各种解决方案。例如用电脑控制前照灯的照射角度，加宽照射面来解决弯路照明问题；也有用机械联动方式使前照灯旋转一定角度，从而可以看清弯道情况。用电脑控制比较先进，但成本太高；用机械联动方式不但成本较高，而且其稳定性和可靠性值得推敲。另外，只有当汽车驶入弯道时这些装置才开始工作，不能提前知道前方弯道情况。

实用新型的内容：

本实用新型的目的是提供一种结构简单，成本低廉，使用方便，功能多样，可靠性高，能实现为汽车转弯提供同步辅助灯光照明及汽车转向灯自动开启和关闭的汽车转向同步辅助照明装置。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型汽车转向智能同步辅助照明装置，汽车转向轴1上固连的主动齿轮2与传动箱4输入轴上的从动齿轮3啮合，传动箱4的输出元件上装有非接触电位器5或者装有磁钢7或11与霍尔传感器配合，非接触电位器或霍尔传感器的输出和功能设置开关与信号检测控制电路11或12的输入连接，信号检测控制电路6的输出与转向辅助照明灯，汽车转向灯，装置状态指示灯连接。转向辅助照明灯安装在汽车前或后大灯旁。

传动箱4为齿轮减速箱，其输出轴上有非接触电位器5或固定板9，固定板9上固定有弧形磁钢7，与固定板8相对的固定板17上固连有霍尔传感器15、16。

弧形磁钢7的弧度θ1由汽车车轮的最大转角决定，霍尔传感器15、16与磁钢7之间的弧度θ2、θ3汽车转弯时辅助照明灯及转向灯自动开启时的角度。

传动箱4为螺旋传动装置，其输入轴为螺杆9与螺母10配合，螺母10上装有磁钢11与箱体上线性霍尔传感器12相对。

信号检测控制电路为内部集成了CPU、RAM、FLASH、A/D、D/A、I/O、WATCHDOG及电源监控电路的单片机U₁。

霍尔元件15、16的输出分别通过插座J1和J2、分压电路及低通滤波器输入到单片机U1，设置开关S1、S2、确认按钮S3和电阻构成的转弯灵敏度设置电路与单片机U1连接，U1的两路输出分别接三极管Q1、Q2的基极，Q1、Q2的集电极分别接继电器K1、K2的控制端，继电器K1、K2分别和辅助照明灯强制关闭开关S4构成左、右转向辅助照明灯驱动控制电路。

非接触电位器或线形霍尔传感器的输出经插座J1和电阻、电容、集成运放U2组成的二阶低通有源滤波器输入到单片机U1，U1的一路输出经运放U3、晶体三极管Q1的集电极接插座J2，U1的一路输出接电位器W1和电阻R6构成灵敏度调节电路，设置开关S1、S2、S3、S4确认接钮S5和电阻构成的转角设置电路接单片机U1，单片机U1的两路输出分别经三极管和继电器组成的控制电路与左、右转向指示灯插座J4、J6连接，单片机U1的两路输出分别经三极管、继电器组成的控制电路和开关S6与右、右辅助照明灯插座J3、J5连接。

发光二极管LED₁、LED₂ LED₃的正极接灵敏度调节电路的输出，负极接单片机U₁。

本实用新型有如下优点：

(1)结构简单、体积小、成本低；

(2)稳定性及可靠性高、使用寿命长；

(3)能够实现汽车转向灯自动开启与关闭；

(4)上电后检测电路立即获得汽车转向轴的转动角度；

(5)可对同步辅助照明灯的开启、关闭灵敏度进行调整；

(6)可对汽车转向灯的开启、关闭灵敏度进行调整；

(7)可对同步辅助照明灯开启、关闭时的角度进行设定；

(8)可对汽车转向灯开启、关闭时的角度进行设定；

(9)输出与汽车转向轴转动角度相对应的4-20mA电流信号；

(10)能够与汽车转向灯联动；

(11)具有辅助照明灯强制关闭功能；

(12)可对同步辅助照明装置的状态进行指示；

(13)安装简单、调整方便。

附图说明：

图1为本实用新型结构框图。

图2为本实用新型的结构图之一。

图3为传动箱结构图之一。

图4为本实用新型结构框图之二。

图5为传动箱结构图之二。

图6为照明灯安装位置图。

图7为霍尔传感器结构图。

图8为零尔元件与磁钢位置图。

图9为检测控制电路框图之一。

图10为检测控制电路框图之二。

图11为检测控制电路原理图之一。

图12为检测控制电路原理图之二。

具体实施方式：

实施例1：

1装置原理框图及结构图

装置原理框图如图1所示，结构图如图2所示。当驾驶员操纵汽车方向盘时，齿轮传动装置将汽车方向系中转向轴的机械转动传递到机械减速器，减速器将转向轴输出的转角范围缩小到360度之内，减速器的输出轴带动开关型霍尔传感器中的弧形磁钢同步转动，霍尔元件感测磁钢的转角，信号检测电路对霍尔元件输出的转角信号进行检测，当转角达到设定位置时，经过延时与灵敏度调整后，控制电路将驱动相应的继电器动作，继电器触点闭合，启动安装在汽车上相应一侧同步辅助照明灯及转向灯，为车辆夜间弯道行驶时提供辅助照明。

2机械部分

齿轮传动装置的作用是将转向轴的转动传递给后一级的减速器。齿轮传动的主动齿轮采用组合结构，以方便安装和拆卸。安装位置选择在方向系转向轴上，主要原因有两个：一是转向轴的角度改变先于汽车前轮方向的变化，且变化范围比汽车前轮方向变化的范围大，灵敏度高；二是此处的工作环境较好，有利于同步辅助照明装置的稳定工作，保证其可靠性和使用寿命。另外，车辆在行驶过程中会产生颠簸、震动，采用主动齿轮的宽度比从动齿轮宽度宽一些的设计，可以保证转向轴有少量轴向窜动时传动的可靠性及稳定性。由于传递的载荷较小、转速较低，采用了直齿圆柱齿轮传动装置。

减速器的结构如图3所示。汽车转向轴(方向盘)的多圈转角可通过减速器将角度的变化范围缩小到360度之内，以利于传感器对角度变化的检测。根据目前各汽车制造厂商提供的各型汽车方向系转向轴的最大转角以及后一级传感器的情况，又有条件将减速器输出轴的转角范围控制在一圈之内等综合因素，最终在图5中将减速器输出轴的转角范围确定在150度之内。鉴于传递的载荷较小，为了减小体积，降低成本，便于安装，减速器采用了两级同轴式直齿圆柱齿轮减速设计。

3传感器

传感器结构图如图7所示。由安装在减速器输出轴转动盘上的弧形磁钢及垂直于磁钢表面的两个霍尔元件组成。两者的相关位置如图8所示。图5为两个霍尔元件相对减速器输出轴转动盘及弧形磁钢表面垂直投影示意图。θ1为磁钢的弧度，根据汽车转向轴的最大转角及车轮的最大转角确定。θ2和θ3为汽车转弯时同步辅助照明灯及转向灯自动开启时的角度，只要转弯角度大于该角度，辅助照明灯及转向灯将自动开启。θ2和θ3可以根据实际情况进行调整。

4信号检测、处理与控制

信号检测、处理与控制原理框图如图9所示。正常指示LED指示同步辅助照明装置的状态，正常时亮，否则熄灭；转弯指示LED(左转)，当汽车左转弯角度大于辅助照明灯(左转)及转向灯(左转)开启的设定角度时点亮，否则熄灭；转弯指示LED(右转)，当汽车右弯角度大于辅助照明灯(右转)及转向灯(右转)开启的设定角度时点亮，否则熄灭；左转辅助照明控制信号及转向灯控制信号经过控制继电器(左转)后，对转向辅助照明灯(左转)及汽车转向灯(左转)进行控制；右转辅助照明控制信号及转向灯控制信号经过控制继电器(右转)后，对转向辅助照明灯(右转)及汽车转向灯(右转)进行控制。图中汽车转向灯(左转)与汽车转向灯(右转)为汽车自身的左、右转向灯。

信号检测电路由A/D转换电路及微控制器组成，完成对霍尔元件输出的转角信号进行检测和处理，当汽车转角到达设定位置时，经过延时与灵敏度调整后，控制电路将通过驱动电路驱动相应的继电器动作，继电器触点闭合，启动安装在汽车上相应一边的转向同步辅助照明灯及汽车转向灯，当转弯角度小于设定角度时，继电器触点断开，相应的转向同步辅助照明灯及汽车转向灯熄灭。另外，只要汽车转弯角度大于辅助照明灯开启的设定角度时，无论辅助照明灯强制关闭与否，汽车转向灯都将开启，可以防止汽车驾驶员转弯时未即时开启转向灯而带来的危险。辅助照明灯强制关闭是指在白天或者光线较好时，驾驶员可强制关闭辅助照明灯，即使汽车转弯角度大于同步辅助照明灯开启的设定角度，辅助照明灯也不会开启。

另外还可以调整同步辅助照明灯及汽车转向灯的开启、关闭灵敏度。

5检测控制电路原理图

检测控制电路原理图如图11所示。U1为Philips公司单片机P89LPC924，它内部集成了CPU、RAM、FLASH、A/D、D/A、I/O、WATCHDOG及电源监控电路等，用来完成对信号的检测、处理及系统的控制。装置所需的电源VCC及VCC1分别为直流3V及直流5V，由电源电路对汽车上的蓄电池降压后提供。插座J1、J2分别为汽车左转弯及右转弯转角信号输入接口，它来自于霍尔元件(左转)及霍尔元件(右转)输出的电压信号；电阻R1和R2、R4和R5为输入信号分压电路；电阻R3和电容C1、电阻R6和电容C2构成了RC低通滤波器。转角信号经分压电路和滤波电路后，输入到P89LPC934内部的A/D转换器。可调电位器W1和电阻R7构成转弯灵敏度调节电路，电路输出的电压信号输入到P89LPC934内部的A/D转换器。设置开关S1、S2、确认按钮S3和电阻R8、R9、R10构成转弯灵敏度设置电路。S1为灵敏度设置使能开关，S2为设置时左转弯或右转弯选择开关。发光二极管LED1为装置正常指示灯；发光二极管LED2和LED3分别为汽车左转弯指示灯和右转弯指示灯信号。电阻R11、R12、三极管Q1、继电器K1及辅助照明灯强制关闭开关S4组成汽车左转向辅助照明灯及汽车左转向灯开启/熄灭驱动及控制电路。当P89LPC934输出低电平时，K1闭合，此时如果S4闭合，则辅助照明灯(左转)及车转向灯(左转)点亮；此时如果S4断开，则辅助照明灯(左转)熄灭。电阻R13、R14、三极管Q2、继电器K2及辅助照明灯强制关闭开关S4组成汽车右转向辅助照明灯及汽车左转向灯开启/熄灭驱动及控制电路。当P89LPC934输出低电平时，K2闭合，此时如果S4闭合，则辅助照明灯(右转)及汽车转向灯(右转)点亮；此时如果S4断开，则辅助照明灯(右转)熄灭。插座J4、J6分别与汽车自身的左转向指示灯及右转向指示灯的手动控制开关并联。

实施例2：

1装置原理框图及结构图

装置原理框图如图1所示，结构图如图4所示。当驾驶员操纵汽车方向盘时，齿轮传动装置将汽车方向系转向轴的机械转动传递到螺旋传动装置，螺旋传动装置将转向轴转动变成螺旋传动装置中螺母的直线移动，螺母的一侧装有磁钢，螺母移动使磁钢与线形霍尔传感器的距离发生变化，线形霍尔传感器的输出也产生变化，从而检测到转角的变化，信号检测电路对线形霍尔传感器输出的转角信号进行检测，当转角到达设定位置时，经过延时与灵敏度调整后，控制电路将驱动相应的继电器动作，继电器触点闭合，启动安装在汽车上相应一边的转向同步辅助照明灯及转向灯，为车辆夜晚弯道行驶时提供辅助照明。由于线形霍尔传感器能够检测转向轴的连续转动变化，因此还输出了4-20mA的电流，用来表示汽车方向系转向轴对应的转动角度。

2机械部分

齿轮传动装置同实施例1。

螺旋传动装置的结构如图5所示。齿轮传动装置带动螺旋传动装置中的螺杆转动，由于螺杆固定，螺杆转动将使螺母产生直线移动，螺母的一侧装有磁钢，从而将汽车转向轴转角的变化转化为磁钢与线形霍尔传感器距离的变化。

3传感器

由安装在螺母一侧的磁钢和线形霍尔传感器组成。螺旋传动装置中螺母的移动使磁钢与线形霍尔传感器间的距离发生变化，线形霍尔传感器的输出也发生相应的变化，从而检测到转向轴转角的变化。

4信号检测、处理与控制

信号检测、处理与控制原理框图如图10所示。正常指示LED指示同步辅助照明装置的状态，正常时亮，否则熄灭；转弯指示LED(左转)，当汽车左转弯角度大于转向灯(左转)开启的设定角度时闪烁，大于辅助照明灯(左转)开启的设定角度时亮，否则熄灭；转弯指示LED(右转)，当汽车右弯角度大于转向灯(右转)开启的设定角度时闪烁，大于辅助照明灯(右转)开启的设定角度时亮，否则熄灭；辅助照明左转控制信号经过照明控制继电器(左转)后，对转向辅助照明灯(左转)进行控制；转向信号左转控制信号经过汽车转向继电器(左转)后，对汽车转向灯(左转)进行控制；辅助照明右转控制信号经过照明控制继电器(右转)后，对转向辅助照明灯(右转)进行控制；转向信号右转控制信号经过汽车转向继电器(右转)后，对汽车转向灯(右转)进行控制；图中汽车转向灯(左转)与汽车转向灯(右转)为汽车自身的左、右转向灯。

信号检测电路由A/D转换电路及微控制器组成，完成对线形霍尔传感器输出的转角信号进行检测和处理，当汽车转角到达设定位置时，经过延时与灵敏度调整后，控制电路将通过驱动电路驱动相应的继电器动作，继电器触点闭合，启动安装在汽车上相应一边的转向同步辅助照明灯或汽车转向灯，当转弯角度小于设定角度时，继电器触点断开，相应的转向同步辅助照明灯或汽车转向灯熄灭。另外，只要汽车转弯角度大于辅助照明灯开启的设定角度时，无论辅助照明灯强制关闭与否，汽车转向灯都将开启，可以防止汽车驾驶员转弯时未即时开启转向灯而带来的危险。辅助照明灯强制关闭是指在白天或者光线较好时，驾驶员可强制关闭辅助照明灯，即使汽车转弯角度大于同步辅助照明灯开启的设定角度，辅助照明灯也不会开启。

由于线形霍尔传感器能够检测转向轴的连续变化，同时还输出了4-20mA的电流，可以用来表示汽车方向系转向轴对应的转动角度。另外，根据汽车转向轴的最大转角及车轮的最大转角，可以利用角度设置功能来设定同步辅助照明灯开启时的角度及汽车转向灯开启时的角度，而且还可以调整同步辅助照明灯及汽车转向灯的开启、关闭灵敏度。

5检测控制电路原理图

检测控制电路原理图如图12所示。U1为Philips公司单片机P89LPC934，它内部集成了CPU、RAM、FLASH、A/D、D/A、I/O、WATCHDOG及电源监控电路等，用来完成对信号的检测、处理及系统的控制。装置所需的电源VCC及VCC1分别为直流3V及直流5V，由电源电路对汽车上的蓄电池降压后提供。插座J1为转角信号输入接口，它来自于线形霍尔传感器输出的电压信号；电阻R1和R2构成输入信号分压电路；电阻R3、电容C1和集成运放U2构成了二阶低通有源滤波器。转角信号经分压电路和滤波电路后，输入到P89LPC934内部的A/D转换器。J2为输出的与汽车转向轴转动角度相对应的4-20mA电流信号；外部负载(连接在J2上的电阻型负载)、电阻R5、晶体三极管Q1和运放U3构成电压/电流转换电路。P89LPC934内部的D/A转换器输出的电压信号经电压/电流转换电路后，变成4-20mA电流信号。可调电位器W1和电阻R6构成灵敏度调节电路，电路输出的电压信号输入到P89LPC934内部的A/D转换器。设置开关S1、S2、S3、S4、确认按钮S5和电阻R7、R8、R9、R10、R11构成转角设置电路。S1和S2为汽车转向灯启动信号设置开关，S3和S4为同步辅助照明灯启动信号设置开关。发光二极管LED1为装置正常指示灯；发光二极管LED2和LED3分别为汽车左转弯指示灯和右转弯指示灯信号。电阻R15、R16、三极管Q2、继电器K1及辅助照明灯强制关闭开关S6组成汽车左转向辅助照明灯开启/熄灭驱动及控制电路。当P89LPC934输出低电平时，K1闭合，此时如果S6闭合，则辅助照明灯(左转)点亮；此时如果S6断开，则辅助照明灯(左转)熄灭。电阻R17、R18、三极管Q3及继电器K2组成汽车左转向灯开启/熄灭驱动及控制电路。当P89LPC934输出低电平时，K2闭合，则汽车转向灯(左转)点亮。电阻R19、R20、三极管Q4、继电器K3及辅助照明灯强制关闭开关S6组成汽车右转向辅助照明灯开启/熄灭驱动及控制电路。当P89LPC934输出低电平时，K3闭合，此时如果S6闭合，则辅助照明灯(右转)点亮；此时如果S6断开，则辅助照明灯(右转)熄灭。电阻R21、R22、三极管Q5及继电器K4组成汽车右转向灯开启/熄灭驱动及控制电路。当P89LPC934输出低电平时，K4闭合，则汽车转向灯(右转)点亮。插座J4、J6分别与汽车自身的左转向指示灯及右转向指示灯的手动控制开关并联。

实施例3：

1装置原理框图及结构图

装置原理框图如图1所示，结构图如图2所示。当驾驶员操纵汽车方向盘时，齿轮传动装置将汽车方向系转向轴的机械转动传递到机械减速器，经过减速器后，减速器输出轴的转角范围将缩小到360度之内，减速器的输出轴带动非接触式电位器同步转动，非接触式电位器感测转角的变化，信号检测电路对非接触式电位器输出的转角信号进行检测，当转角到达设定位置时，经过延时与灵敏度调整后，控制电路将驱动相应的继电器动作，继电器触点闭合，启动安装在汽车上相应一侧的转向同步辅助照明灯及转向灯，为车辆夜晚弯道行驶时提供辅助照明及转向信号。由于非接触式电位器能够检测转向轴的连续变化，因此装置同时还输出了4-20mA的电流信号，可以用来表示汽车方向系转向轴对应的转动角度。

2机械部分

同实施例1。

3传感器

由安装在减速器输出轴上的非接触式电位器组成。非接触式电位器具有性能稳定、寿命长的特点，减速器输出轴带动非接触式电位器旋转，从而输出与转角相关的电压信号。

4信号检测、处理与控制

与实施例2基本相同，实施例3中的传感器为非接触式电位器。

5检测控制电路原理图

同实施例2。

Claims (8)

1、汽车转向智能同步辅助照明装置，其特征在于汽车转向轴(1)上固连的主动齿轮(2)与传动箱(4)输入轴上的从动齿轮(3)啮合，传动箱(4)的输出元件上装有非接触电位器(5)或者装有磁钢与霍尔传感器配合，非接触电位器或霍尔传感器的输出和功能设置开关与信号检测控制电路的输入连接，信号检测控制电路的输出与转向辅助照明灯，汽车转向灯，装置状态指示灯连接。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于传动箱(4)为齿轮减速箱，其输出轴上有非接触电位器(5)或固定板(8)，固定板(8)上固定有弧形磁钢(7)，与固定板(8)相对的固定板(17)上固连有霍尔传感器(15)、(16)。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于弧形磁钢(7)的弧度θ1由汽车车轮的最大转角决定，霍尔传感器(15)、(16)与磁钢(7)之间的弧度θ2、θ3汽车转弯时辅助照明灯及转向灯自动开启时的角度。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于传动箱(4)为螺旋传动装置，其输入轴为螺杆(9)与螺母(10)配合，螺母(10)上装有磁钢(11)与箱体上线性霍尔传感器(12)相对。

5、根据权利要求1或2或4所述的装置，其特征在于信号检测控制电路为内部集成了CPU、RAM、FLASH、A/D、D/A、I/O、WATCHDOG及电源监控电路的单片机U1。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于霍尔元件(15)、(16)的输出分别通过插座J1和J2、分压电路及低通滤波器输入到单片机U1，设置开关S1、S2、确认按钮S3和电阻构成的转弯灵敏度设置电路与单片机U1连接，U1的两路输出分别接三极管Q1、Q2的基极，Q1、Q2的集电极分别接继电器K1、K2的控制端，继电器K1、K2分别和辅助照明灯强制关闭开关S4构成左、右转向辅助照明灯驱动控制电路。

7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于非接触电位器或线形霍尔传感器的输出经插座J1和电阻、电容、集成运放U2组成的二阶低通有源滤波器输入到单片机U1，U1的一路输出经运放U3、晶体三极管Q1的集电极接插座J2，U1的一路输出接电位器W1和电阻R6构成灵敏度调节电路，设置开关S1、S2、S3、S4确认接钮S5和电阻构成的转角设置电路接单片机U1，单片机U1的两路输出分别经三极管和继电器组成的控制电路与左、右转向指示灯插座J4、J6连接，单片机U1的两路输出分别经三极管、继电器组成的控制电路和开关S6与右、右辅助照明灯插座J3、J5连接。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于发光二极管LED1、LED2LED3的正极接灵敏度调节电路的输出，负极接单片机U1。

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