适路性前照灯系统的研究

VIP免费

3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 1.32MB 71 页 15积分

侵权投诉

摘要

汽车前照灯是汽车在夜间行驶时最重要的主动安全部件，它可以保证驾驶者

看清前方路况，避免交通事故的发生。但是，汽车前照灯还存在许多可能威胁到

行车安全的不足之处。例如，汽车在过弯时，弯道内侧会出现大片盲区，一旦有

紧急状况发生，驾驶者将没有足够的时间作出反应；汽车负载的变化，或者加减

速的过程都会引起车身倾斜，改变前照灯光束的水平角度，从而使来车产生眩光

或者导致自身照程变短，这些都是潜在的安全隐患。适路性前照灯系统的提出正

是为了解决上述问题。

本文详细介绍了适路性前照灯系统的研发过程。

第一章，研究介绍了适路性前照灯系统提出的背景及该系统国内外发展现

状，从而明确了适路性前照灯系统设计的内容及难点。

第二章，针对设计的内容及难点，对系统辨识、模糊控制以及 LIN 总线技术

作了相应的介绍及研究，为下文适路性前照灯系统的具体设计作知识铺垫。

第三章，选择 PIC 单片机作为核心控制器，完成了整个系统的硬件设计。单

片机负责采集速度信号，前后轴水平传感器信号以及方向盘转角信号，配合相关

算法，控制步进电机，带动前照灯水平及左右方向转动，实现对前照灯的自适应

控制。本系统还设计了 LIN 总线接口，用于系统诊断。

第四章，通过对汽车前照灯水平调节模式的研究，借助系统辨识技术，设计

了水平调节算法；通过对汽车前照灯左右调节模式的研究，创新性地结合了模糊

控制技术，设计了左右调节算法。最后还对整个系统的软件进行了详细设计。

最后，在第五章中，概括论述了本文的主要研究结论，指出了需要进一步开

发和完善的内容，并对以后的发展作了展望。

关键词：适路性前照灯模糊控制左右调节数据拟合水平调节 LIN

总线

ABSTRACT

Headlamp, which makes roads visible for the driver to avoid traffic accidents, is

one of the most important safety equipments for night driving. But there are still

many shortcomings, which are possible causes to accidents. For example, while

making turn or driving on a winding road, there will be a huge piece of blind area

inside the curve, that makes the driver has no time to react while emergency occurs;

The body inclines because of loading、accelerating or decelerating, and all these may

cause glaring or shortness of illumination, which result in accidents. So Adaptive

Front-Lighting System proposed.

The dissertation introduces the whole progress of developing an Adaptive

Front-Lighting System.

Chapter 1, Introduced the background of Adaptive Front-Lighting System and its

level around the world. The content and key problems of the system were presented.

Chapter 2, According to the content and key problems, described three key

technologies: System Identification, Fuzzy Logic and LIN Bus.

Chapter 3, Introduce how to design the hardware of the system with PIC MCU.

The MCU acquires front and rear signals, steering signals and velocity signal, along

with algorithm, controls the steeping motors which rotate headlamps. The system is

equipped communication function through LIN Bus to fish the diagnosis.

Chapter 4, Designed leveling algorithm with System Identification and steering

algorithm with Fuzzy Logic, which is the “central nerve” of the whole system. The

software was designed in detail at the end of the chapter.

Last chapter, the important results and conclusions of this dissertation are

summarized, and the prospect of further studies on this system is opened up.

Key Word: AFS, Fuzzy Control, Steering Control, System

Identification, leveling Control, LIN Bus

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ...................................................... 1

§1.1 适路性前照灯系统（AFS）产生的背景 .........................1

§1.2 适路性前照灯的发展现状 ....................................2

§1.3 论文研究的内容及关键技术 ..................................3

第二章适路性前照灯系统相关技术 .................................... 5

§2.1 数学建模及系统辨识 ........................................5

§2.1.1 机理建模 ............................................ 6

§2.1.2 系统辨识 ............................................ 7

§2.2 模糊控制 ..................................................8

§2.2.1 模糊控制系统的结构 .................................. 9

§2.2.2 模糊控制器的组成 ................................... 10

§2.2.3 模糊控制器的设计 ................................... 14

§2.3 LIN 总线 ................................................. 15

§2.3.1 引言 ............................................... 15

§2.3.2 LIN 拓扑结构 ........................................16

§2.3.3 报文传输 ........................................... 16

§2.3.4 总线睡眠和唤醒 ..................................... 19

§2.3.5 错误监测和处理 ..................................... 20

第三章适路性前照灯系统的硬件设计 ................................. 21

§3.1 总体设计 .................................................21

§3.2 传感器模块 ...............................................22

§3.2.1 前后轴水平传感器 ................................... 22

§3.2.2 方向盘转角传感器 ................................... 24

§3.2.3 速度传感器 ......................................... 25

§3.2.4 传感器接口电路 ..................................... 26

§3.3 驱动部分 .................................................26

§3.3.1 驱动部件的选取 ..................................... 26

§3.3.2 驱动芯片 ........................................... 27

§3.3.3 机械结构 ........................................... 27

§3.4 核心控制模块 .............................................28

§3.4.1 单片机的选择 ....................................... 28

§3.4.2 单片机的外围电路 ................................... 29

§3.5 电源模块 .................................................30

§3.6 LIN 收发电路 ............................................. 31

§3.7 适路性前照灯控制系统电路板的设计 .........................32

§3.7.1 系统外部连接图 ..................................... 32

§3.7.2 接插件定义 ......................................... 33

§3.7.3 PCB 板的设计 ........................................34

第四章相关算法及软件设计 ......................................... 35

§4.1 适路性前照灯系统水平调节算法 .............................35

§4.1.1 适路性前照灯水平调节算法的研究 ..................... 35

§4.1.2 Tablecurve3D 拟合数据 ...............................38

§4.2 适路性前照灯系统左右调节算法 .............................41

§4.2.1 适路性前照灯左右调节的研究 ......................... 41

§4.2.2 模糊控制算法的设计 ................................. 42

§4.3 适路性前照灯系统的软件设计 ...............................50

§4.3.1 初始化 ............................................. 54

§4.3.2 数据更新 ........................................... 54

§4.3.3 状态判断及相关状态 ................................. 60

§4.3.4 电机位置计算及驱动 ................................. 61

§4.3.5 数据通信 ........................................... 62

§4.4 小结 .....................................................63

第五章总结与展望 ................................................. 64

参考文献 .......................................................... 66

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .................... 68

致谢 ............................................................ 69

第一章绪论

§1.1 适路性前照灯系统（AFS）产生的背景

据我国和欧美一些国家的统计资料表明，夜间交通事故的发生概率是白天的 1

到1.5 倍，而且夜间发生交通事故的后果一般都极其严重。造成夜间交通事故的很

大的原因是汽车驾驶者不能及时发现行驶路段的突发状况，故降低夜间交通事故

发生率的最有效的办法便是改善汽车的照明条件。在过去的 100 多年中，汽车的

照明条件得到了巨大的提升，从第一代的乙炔前照灯到第五代的卤钨前照灯，一

直到当今最为流行的高强度气体放电灯（High Intensity Discharge）——俗称氙气

大灯[1]，汽车前照灯在照明深度、照明强度以及聚光效果等方面得到了充分地改善，

但在对于夜间交通事故控制方面的贡献有限。原因大致有以下几点：一是车速越

来越快，驾驶者对于汽车的驾驭能力减弱；二是伴随着汽车前照灯照明深度、强

度等的增加，对来车造成眩光的问题也愈发突出。眩光是指来自视场中高亮度或

没有充分遮蔽的光源发出的光线直接对眼镜造成的刺激，被刺激者会出现瞬间大

脑空白或视力下降等情况。根据相关的标准，每一款汽车都会在出厂时设定前照

灯光束的照射高度，此高度既考虑了驾驶者必须拥有足够的可视范围，又可以降

低对来车的眩光。但是，汽车在日常使用中如果发生车身倾斜（例如汽车装载货

物、路面颠簸以及紧急刹车和制动等），就会引起汽车前照灯照程变短或者光束照

射角度过高。照程变短将导致驾驶者在遇到突发事件时没有足够的时间作出反应；

而光束照射角度过高，则会造成来车的眩光。三是汽车在夜间过弯时，弯道内侧

会出现大片盲区，增加了交通事故发生的概率。原因是汽车在夜间直行时，只需

看清前方路况即可。但是当汽车欲转弯时，驾驶者期望看到的是汽车的左前方或

右前方，即弯道内侧的路况。此时，汽车前照灯的照射方向依旧是车身的指向，

而并不是方向盘或者车轮的指向（前照灯的反应有一定时间的滞后），因此，汽车

的行进路线上依然是一片漆黑，称之为盲区。盲区内可能会出现很多异常情况，

如不明障碍物、行人、动物、车辆等，如果不能及早发现此类情况并作出刹车或

变向等处理，将直接导致交通事故。

因此，几年前，欧洲几大整车厂商联合提出研制适路性前照灯系统[2]AFS

(Adaptive Front-lighting System)的设想。它可以通过遍布于车身的传感器，采集反

适路性前照灯系统的研究

映车辆行驶状态的各种信号，分析判断汽车自身的状态以及所处的路况，并通过

相应的调节装置上下和左右调节汽车前照灯光束的照射角度，确保汽车拥有足够

的照程、防治对来车的眩光以及解决弯道内侧的盲区问题，在提高夜间行车安全

性的同时增加驾驶者的舒适性。

其中解决眩光问题的部分被称为汽车前照灯水平调节，它的作用是当汽车车身

发生倾斜时，上下调节汽车前照灯的照射角度，保证汽车自身的照明深度不受影

响，并将对来车的眩光影响减至最小；用于解决盲区的部分被称为汽车前照灯左

右调解系统，它的作用主要是在汽车过弯时，自动向左或向右调节前照灯，使车

灯光束转向汽车行进的目标区域，使驾驶者可以清晰判断行车方向上的具体情况，

确保安全。两部分合起来统称为适路性前照灯系统 AFS。

§1.2 适路性前照灯的发展现状

长期以来，汽车前照灯的标配组合只是远光灯和近光灯两种光型分布。近年

来，随着适路性前照灯概念的提出，国外几大汽车厂商率先开始对其作相应研究，

并取得了一定的研究成果。

（1）本田技术研究所与史丹利（stanley）电子联合开发了主动式头灯（AHL）

系统[3]，以协助汽车在转弯时将灯光送至目标区；主动式头灯可以根据车速和方向

盘转角信号调节汽车前照灯的照射角度。

（2）日本的小糸（koito）与日本国土交通省规划的先进安全车辆系统（ASVS）

相结合，正在研制最新的汽车照明系统。该系统针对会车，前方车辆与驾驶者操

作可即时改变照明光型。前照灯的调节方向由车速，方向盘转角信号以及其它车

辆传感器提供的信号来决定。

（3）欧宝（OPEL）公司也是较早研究适路性前照灯系统的厂商之一，它与海

拉（Hella）公司共同研制了一款适路性前方照明（Adaptive Forward Lighting）系

统。此系统具有曲线光（Curve-light）和转向光（Turning-light）两项特征。

曲线光：根据汽车的速度，方向盘转角，左右调节前照灯照射角度，可达到改

善90％的曲线照明。通过这个方法，不仅增加了汽车的安全性，还提升了动态操

控的舒适性。

转向光：该系统在汽车通过路口和狭窄的弯道时，增加两侧的照射角度，使它

成为一个广角的形态，照射在离汽车大约 30 公尺的距离上，传播的方向几乎是 90

度。由于系统的该项功能仅在车速低于 50km/hr 的情况下才起作用，因此不会在高

速公路上变换车道等情况下起作用。

文档加载中……请稍候！
如果长时间未打开，您也可以点击刷新试试。

下载文档到电脑，查找使用更方便

15 积分 4人已下载

立即下载 VIP免费下载

摘要：

摘要汽车前照灯是汽车在夜间行驶时最重要的主动安全部件，它可以保证驾驶者看清前方路况，避免交通事故的发生。但是，汽车前照灯还存在许多可能威胁到行车安全的不足之处。例如，汽车在过弯时，弯道内侧会出现大片盲区，一旦有紧急状况发生，驾驶者将没有足够的时间作出反应；汽车负载的变化，或者加减速的过程都会引起车身倾斜，改变前照灯光束的水平角度，从而使来车产生眩光或者导致自身照程变短，这些都是潜在的安全隐患。适路性前照灯系统的提出正是为了解决上述问题。本文详细介绍了适路性前照灯系统的研发过程。第一章，研究介绍了适路性前照灯系统提出的背景及该系统国内外发展现状，从而明确了适路性前照灯系统设计的内容及难点。第二章...

展开>> 收起<<

适路性前照灯系统的研究.pdf

共71页,预览8页

还剩页未读，继续阅读

适路性前照灯系统的研究

相关推荐

开通VIP享超值会员特权

作者详情

相关内容

推荐作者

热门标签

举报选择: