CN102029941B - 汽车前照灯自适应控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车前照灯自适应控制方法及装置，方法包括：1)实时获取汽车的当前速度v、获取汽车在当前速度下的安全制动距离S；2)获取前照灯最佳照明位置对应的水平偏转角ω；3)获取前照灯最佳照明位置对应的垂直偏转角β；4)输出控制信号实时控制前照灯转动；装置包括控制单元(1)和分别与控制单元(1)相连的检测单元(2)、驱动机构(3)，检测单元(2)包括速度传感器(21)、方向盘转角传感器(22)、前轮车身高度传感器(23)、后轮车身高度传感器(24)、阳光雨量传感器(25)和加速度传感器(26)。本发明具有照射范围大、照明效果好、不易产生反射眩光、结构简单、控制精确、环境适应性好、安全可靠、驾驶舒适的优点。

Description

汽车前照灯自适应控制方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体涉及一种汽车前照灯自适应控制方法及装置。

背景技术

传统汽车前照灯的照射方向与车身平行，不能够随着车辆方向的调整而偏转。因此在实际应用中，往往存在着许多问题，例如：夜间在交通状况比较复杂的市区照明有效性会降低，特别是在转弯的时候存在照明的暗区；车辆在前后载荷发生变化，或起步及行进中的加速和制动时，前照灯会随着车身做俯仰运动，造成照射范围减小；车辆在雨天行驶的时候，地面积水反射前照灯的光线，容易产生反射眩光，这些都严重影响了司机对前方道路的判断，导致汽车的安全性能和驾驶舒适度的降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种照射范围大、照明效果好、不容易产生反射眩光、结构简单高效、控制精确、环境适应性好、安全可靠、驾驶舒适的汽车前照灯自适应控制方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种汽车前照灯自适应控制方法，其实施步骤如下：

1）实时获取汽车的当前速度v，获取汽车在当前速度下的安全制动距离S；

2）实时获取汽车的方向盘转角

并根据式（101）

式（101）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω，其中k为前轮转向角与方向盘转角

的比例系数，D为汽车前后轮轮轴之间的距离；

3）实时获取前轮车身高度变化量ΔH₁，后轮车身高度变化量ΔH₀，并根据式（102）

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1}{D}+{\tan }^{-1}\frac{\frac{L-D}{D}(\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1)+H}{D}-{\tan }^{-1}\frac{H}{C}$ 式（102）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的垂直偏转角β，其中L为前照灯与后轮轮轴的水平距离，C为前照灯水平时的照明距离、H为前照灯灯光光轴的离地高度；

4）根据上述水平偏转角ω和垂直偏转角β输出控制信号实时控制前照灯转动。

作为本发明汽车前照灯自适应控制方法的进一步改进：

所述步骤1）中获取安全制动距离S前预设拟合参数数据表，所述获取安全制动距离S时先获取当前的雨量、光线强度、汽车前后倾斜状态和道路平坦度，然后根据上述信息查找拟合参数数据表获取拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃，并根据所述步骤1）获得的当前速度v以及S=K₁v²+K₂v+K₃获得安全制动距离S。

所述获取拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃的详细步骤如下：

①对雨量进行决策，判定其属于晴天、小雨或者大雨；

②对光线强度进行决策，判定其属于强光、微光或者黑夜；

③对汽车前后倾斜状态进行决策，判定其属于前倾、正常或者后倾；

④对道路平坦度进行决策，判定其属于平坦、正常或者不平坦；

⑤对汽车行驶速度进行决策，判定其属于高速、正常或者低速；

⑥根据上述①～⑤的决策结果查询拟合参数数据表得到拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃。

所述步骤1）中获取汽车的当前速度v前包括对汽车前照灯进行转动检测的步骤，如果前照灯转动发生故障，则将前照灯的位置复位并停止对前照灯的自适应控制。

所述步骤4）中输出的控制信号为渐变式控制信号。

所述控制信号为PWM信号，所述渐变式控制信号是指控制信号与初始控制信号之间的关系为(P-P₀)=nt，其中P为当前输出PWM信号的占空比参数，P₀为初始PWM信号的占空比参数，n为每次调整的变化量，t为调整时间，所述t取值与所述步骤④得到的道路平坦度决策结果和所述步骤⑤得到的汽车行驶速度决策结果相关，汽车高速行驶、道路不平坦时，t取值无穷大，PWM信号保持不变；汽车高速行驶、道路正常时，t取值0.75s；汽车高速行驶、道路平坦时，t取值0.5s；汽车正常行驶、道路不平坦时，t取值1.5s；汽车正常行驶、道路正常时，t取值1s；汽车正常行驶、道路平坦时，t取值0.75s；汽车低速行驶、道路不平坦时，t取值2s；汽车低速行驶、道路正常时，t取值1.5s；汽车低速行驶、道路平坦时，t取值1.25s。

本发明还提供一种汽车前照灯自适应控制装置，包括控制单元和分别与控制单元相连的检测单元、驱动机构，所述检测单元实时获取汽车的当前速度v、方向盘转角

前轮车身高度变化量ΔH₁以及后轮车身高度变化量ΔH₀并输出至控制单元，所述控制单元获取汽车在当前速度v下的安全制动距离S，并根据所述检测单元的输出信息以及安全制动距离S获取前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω、垂直偏转角β，并将所述水平偏转角ω和垂直偏转角β转换为对前照灯的转动控制信号并输出至驱动机构实时控制前照灯转动。

作为本发明汽车前照灯自适应控制装置的进一步改进：所述控制单元根据式（101）

式（101）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω、根据式（102）

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1}{D}+{\tan }^{-1}\frac{\frac{L-D}{D}(\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1)+H}{D}-{\tan }^{-1}\frac{H}{C}$ 式（102）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的垂直偏转角β，其中v为汽车的当前速度，k为前轮转向角与方向盘转角

的比例系数，D为汽车前后轮轮轴之间的距离，L为前照灯与后轮轮轴的水平距离，C为前照灯水平时的照明距离、H为前照灯灯光光轴的离地高度。

所述控制单元包括拟合参数数据表和依次相连的信号调理单元、控制决策单元、输出运算单元和执行单元，所述拟合参数数据表与控制决策单元相连，所述检测单元包括用于获取汽车的当前速度v的速度传感器、用于获取汽车的方向盘转角

的方向盘转角传感器、用于获取汽车的前轮车身高度变化量ΔH₁的前轮车身高度传感器、用于获取汽车的后轮车身高度变化量ΔH₀的后轮车身高度传感器、用于获取环境的雨量和光线强度的阳光雨量传感器和用于获取汽车加速度的加速度传感器，所述信号调理单元将阳光雨量传感器输出的雨量判定为晴天、小雨或者大雨，将阳光雨量传感器输出的光线强度判定为强光、微光或者黑夜，根据前轮车身高度传感器、后轮车身高度传感器输出的高度信息判定汽车前后倾斜状态为前倾、正常或者后倾，根据加速度传感器输出的加速度信息判定路面平坦度为平坦、正常或者不平坦，将速度传感器输出的汽车行驶速度判定为高速、正常或者低速，所述控制决策单元根据信号调理单元的决策结果从所述拟合参数数据表中查找拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃，所述输出运算单元获得安全制动距离S，并根据所述检测单元输出的检测数据和所述安全制动距离S输出前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω和垂直偏转角β，所述执行单元将所述水平偏转角ω和垂直偏转角β转换为对前照灯的控制信号并输出至驱动机构。

所述驱动机构包括水平驱动单元和垂直驱动单元，所述水平驱动单元包括用于驱动前照灯沿水平方向转动的水平调整舵机，所述水平调整舵机的输入端与控制单元相连，所述垂直驱动单元包括用于驱动前照灯沿垂直方向转动的垂直调整舵机，所述垂直调整舵机的输入端与控制单元相连，所述水平驱动单元包括水平截止点检测电路，所述水平截止点检测电路在前照灯转动至水平方向最大转角位置时输出检测信号至控制单元；所述垂直驱动单元包括垂直截止点检测电路，所述垂直截止点检测电路在前照灯转动至垂直方向最大转角位置时输出检测信号至控制单元。

本发明具有下述优点：

1、本发明汽车前照灯自适应控制方法通过先获取安全制动距离，然后根据式（101）和式（102）计算应驱动前照灯的转动角度，转弯的时候自动向内弯一侧调整以增加弯道的可视距离，车辆在前后载荷发生变化时可自动调整前照灯的纵向角度，从而保证最大的可视范围，具有照射范围大、照明效果好、不容易产生反射眩光、结构简单高效、控制精确、环境适应性好、安全可靠、驾驶舒适的优点。

2、本发明根据检测信息进行策略匹配查找预设的拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃，通过拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃获取安全制动距离S，可以有效简化处理，提高处理器处理的效率，对硬件的性能要求较低。

3、本发明依次根据雨量、光线强度、汽车前后倾斜状态、道路平坦度、汽车行驶速度进行策略匹配来查找拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃，可以有效简化数据处理模型，而且决策顺序上，由于雨量和光强信息的变化是一个渐变过程，而速度和路面平坦程度的变化是实时的，因此首先对阳关和雨量进行决策有利于增加决策效率。在雨天行驶的时候会抬高前照灯的纵向角度，不易因为地面积水反射光线，可防止地面积水反射眩光，在夜间交通状况比较复杂的市区照射距离更远，灯光更汇集，亮度更强。

4、本发明运用错误检测机制，一旦前照灯控制系统出现初始化错误、前照灯转动故障或者在运行过程中获取传感器数据读取失败，则将前照灯的位置复位，并停止对前照灯的自适应控制，可以有效防止车前照灯的自适应控制出现意外，安全性和有效性好。

5、本发明步骤4）中输出的控制信号为渐变式控制信号，因此每个相邻的两个周期输出的信号是逐渐变化的，不会产生信号突变，从而提高了前照灯照明的连续稳定性、安全性和有效性，可以减少舵机突然加速导致的磨损和噪声，同时避免突然的角度调整导致失控的危险。

6、本发明控制信号为PWM信号，且PWM信号的调整时间与步骤④得到的道路平坦度决策结果和步骤⑤得到的汽车行驶速度决策结果相关，因此可以根据不同路况来调整PWM信号的变化周期，从而可以提高前照灯控制的智能程序和适应性，更加安全可靠。

本发明汽车前照灯自适应控制装置由于具有上述前照灯的自适应控制方法对应的硬件装置，因此也具有与上述方法相对应的优点。

附图说明

图1为本发明方法实施例的实施流程示意图；

图2为本发明实施例的水平拐角情况数学模型示意图；

图3为本发明实施例的垂直调整情况数学模型示意图；

图4为本发明方法实施例策略匹配查找预设的拐弯距离拟合参数的流程示意图；

图5为本发明装置实施例的结构示意图；

图6为本发明装置实施例中控制单元的结构示意图；

图7为本发明装置实施例中控制单元的处理流程示意图；

图8为本发明装置实施例中驱动机构的俯视结构示意图；

图9为本发明装置实施例中驱动机构的后视结构示意图；

图10为本发明装置实施例中截止点检测电路的电路原理示意图。

图例说明：1、控制单元；11、信号调理单元；12、控制决策单元；13、输出运算单元；14、执行单元；15、拟合参数数据表；2、检测单元；21、速度传感器；22、方向盘转角传感器；23、前轮车身高度传感器；24、后轮车身高度传感器；25、阳光雨量传感器；26、加速度传感器；3、驱动机构；31、水平驱动单元；310、水平调整舵机；311、水平截止点检测电路；32、垂直驱动单元；320、垂直调整舵机；321、垂直截止点检测电路；4、前照灯；41、触点。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的汽车前照灯自适应控制方法的实施步骤如下：

1）实时获取汽车的当前速度v，获取汽车在当前速度v下的安全制动距离S；

2）实时获取汽车的方向盘转角

并根据式（101）

式（101）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω，其中k为前轮转向角与方向盘转角的比例系数，D为汽车前后轮轮轴之间的距离；

3）实时获取前轮车身高度变化量ΔH₁，后轮车身高度变化量ΔH₀，并根据式（102）

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1}{D}+{\tan }^{-1}\frac{\frac{L-D}{D}(\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1)+H}{D}-{\tan }^{-1}\frac{H}{C}$ 式（102）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的垂直偏转角β，其中L为前照灯与后轮轮轴的水平距离，C为前照灯水平时的照明距离、H为前照灯灯光光轴的离地高度；

4）根据上述水平偏转角ω和垂直偏转角β输出控制信号实时控制前照灯转动。

如图2所示，δ为外侧前轮转向角，因此可知

根据阿克曼转向几何原理：sinδ=D/R对安全制动距离S采用拟合方法进行预估，则有S=2Rsinω，由此可以推导得出式（101）。汽车的方向盘转角

与前轮转向角之间呈线性关系，k即为前轮转向角与方向盘转角

的比例系数，车型不同，比例系数k的具体取值也会有所不同。

如图3所示，车身前后倾角为α，ρ为前照灯4水平时的照明角度，则有

因此 $\mathrm{\α}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1}{D},$ 又根据

$\mathrm{\ρ}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\ΔH}+H}{D}{-\tan }^{-1}\frac{H}{C},$

$\mathrm{\ΔH}=\frac{L-D}{D}(\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1),$

β=α+ρ

其中ΔH为灯光光轴高度变化量，由此可以推导得出式（102）。

安全制动距离S理论上可以通过路面平均摩擦系数结合汽车的当前速度v进行估算。为了提高安全制动距离S的估算精度，本实施例通过结合雨量、光线强度、汽车前后倾斜状态、道路平坦度和汽车行驶速度信息的方式来估算安全制动距离S。步骤1）中获取安全制动距离S前预设拟合参数数据表，获取安全制动距离S时先获取当前的雨量、光线强度、汽车前后倾斜状态和道路平坦度，然后根据上述信息查找拟合参数数据表获取拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃，并根据步骤1）获得的当前速度v以及S=K₁v²+K₂v+K₃获得安全制动距离S。

本实施例中雨量根据数值范围分为晴天、小雨和大雨，光线强度根据数值范围分为强光、微光和黑夜，汽车前后倾斜状态根据数值范围分为前倾、正常和后倾，道路平坦度根据数值范围分为平坦、正常和不平坦，汽车行驶速度根据数值范围分为高速、正常和低速。设置拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃时，首先针对雨量、光线强度、汽车前后倾斜状态、道路平坦度、汽车行驶速度五种因素组合的集合中的每一个元素进行实验，获取该元素对应因素下的速度和安全制动距离S的多组对应实验值，然后通过最小二乘法二次曲线拟合获取该元素对应因素下的拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃。例如在某元素对应因素下的速度和安全制动距离S的多组对应实验值如下表所示：

i	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
											xi	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
yi	7	12	15	22	27	41	58	64	83	102

其中，i为序号，x_i为车速（单位为米/秒），y_i为安全制动距离（单位为米）。

采用最小二乘法二次曲线拟合：

$\left[\begin{array}{ccc}10& \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i& \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x_i}^2\\ \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i& \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x_i}^2& \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x_i}^3\\ \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x_i}^2& \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x_i}^3& \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x_i}^4\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{K}_1\\ K_2\\ K_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\\ \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{y}_i\\ \underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{x_i}^n{y}_i\end{array}\right]$

得到拐弯距离拟合参数：K₁=0.0095833 K₂=-0.012348，K₃=6.8833。最后针对雨量、光线强度、汽车前后倾斜状态、道路平坦度五种因素进行任意组合得到五种因素组合的集合，针对该集合的每一个元素进行实验，最终可以得到3⁵组拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃并预先存储于拟合参数数据表15中。在工作过程中，只需要根据传感器数据得到雨量、光线强度、汽车前后倾斜状态、道路平坦度信息并将其调理成相匹配的信息，然后根据调理结果进行策略匹配查找预设的拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃即可快速获得安全制动距离S。

如图4所示，本实施例中获取拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃的详细步骤如下：

①对雨量进行决策，判定其属于晴天、小雨或者大雨；

②对光线强度进行决策，判定其属于强光、微光或者黑夜；

③对汽车前后倾斜状态进行决策，判定其属于前倾、正常或者后倾；

④对道路平坦度进行决策，判定其属于平坦、正常或者不平坦；

⑤对汽车行驶速度进行决策，判定其属于高速、正常或者低速；

⑥根据上述①～⑤的决策结果查询拟合参数数据表得到拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃。

通过采用不同的控制策略，做到在路面平坦车速较快的高速路上照射距离更远，灯光更汇集，亮度更强；在车速较慢路面平坦的城市道路上，将光轴向左下方旋转，提高驾驶员侧人行道上的照明；在有雨光强较弱的雨雪雾天时，通过压低分散前照灯的照明角度，防止在车前形成聚光，减小光线通过地面积水反射对迎面车辆造成眩光的效应，同时，提高驾驶员近前方和左右侧的照明；根据车速，方向盘转角及车身倾角，动态调整前照灯角度，保证弯道安全照明范围。在各种颠簸路面和短时间路面冲击（减速路障）下，前照灯照射距离不进行频繁的调整，防止驾驶员眼睛疲劳。

步骤1）中获取汽车的当前速度v前包括对汽车前照灯进行转动检测的步骤，如果前照灯转动发生故障，则将前照灯的位置复位并停止对前照灯的自适应控制。此外，如果在初始化出错，或者运行过程中发生故障，同样将前照灯的位置复位，并停止对前照灯的自适应控制。前照灯的初始位置复位检测可以保证了安全性和有效性，防止车前照灯的自适应控制出现意外。

步骤4）中输出的控制信号为渐变式控制信号。本实施例中，控制信号为PWM信号，渐变式控制信号是指控制信号与初始控制信号之间的关系为(P-P₀)=nt，其中P为当前输出PWM信号的占空比参数，P₀为初始PWM信号的占空比参数，n为每次调整的变化量，t为调整时间，t取值与步骤④得到的道路平坦度决策结果和步骤⑤得到的汽车行驶速度决策结果相关，汽车高速行驶、道路不平坦时，t取值无穷大，PWM信号保持不变；汽车高速行驶、道路正常时，t取值0.75s；汽车高速行驶、道路平坦时，t取值0.5s；汽车正常行驶、道路不平坦时，t取值1.5s；汽车正常行驶、道路正常时，t取值1s；汽车正常行驶、道路平坦时，t取值0.75s；汽车低速行驶、道路不平坦时，t取值2s；汽车低速行驶、道路正常时，t取值1.5s；汽车低速行驶、道路平坦时，t取值1.25s。其关系如下表所示：

	不平坦	正常	平坦
				高速	t＝∞	t＝0.75	t＝0.5
正常	t＝1.5	t＝1	t＝0.75
				低速	t＝2	t＝1.5	t＝1.25

对于水平偏转角ω有ω=mP，对于垂直偏转角β有β=m′P，其中m为车灯水平转向偏角与占空比的比例系数，m′为车灯垂直转向偏角与占空比的比例系数，P为输出偏转控制信号的占空比参数。在旋转角度调整过程中，控制信号的输出值采用逐级变化的方法，在每一个系统周期增加一个变量，直到输出值变为运算要求值。因此每个相邻的两个周期输出的信号是逐渐变化的，不会产生信号突变，从而提高了前照灯照明的连续稳定性、安全性和有效性，可以减少舵机突然加速导致的磨损和噪声，同时避免突然的角度调整导致失控的危险。

如图5所示，本发明实施例的汽车前照灯自适应控制装置包括控制单元1和分别与控制单元1相连的检测单元2、驱动机构3，检测单元2实时获取汽车的当前速度v、方向盘转角前轮车身高度变化量ΔH₁以及后轮车身高度变化量ΔH₀并输出至控制单元1，控制单元1获取汽车在当前速度v下的安全制动距离S，并安全制动距离S和检测单元2输出的检测数据获取前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω、垂直偏转角β，并将水平偏转角ω和垂直偏转角β转换为对前照灯的转动控制信号并输出至驱动机构3实时控制前照灯转动，其中v为汽车的当前速度，k为前轮转向角与方向盘转角

的比例系数，D为汽车前后轮轮轴之间的距离，L为前照灯与后轮轮轴的水平距离，C为前照灯水平时的照明距离、H为前照灯灯光光轴的离地高度。

本实施例中，控制单元1根据式（101）

式（101）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω、根据式（102）

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1}{D}+{\tan }^{-1}\frac{\frac{L-D}{D}(\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1)+H}{D}-{\tan }^{-1}\frac{H}{C}$ 式（102）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的垂直偏转角β，其中v为汽车的当前速度，k为前轮转向角与方向盘转角的比例系数，D为汽车前后轮轮轴之间的距离，L为前照灯与后轮轮轴的水平距离，C为前照灯水平时的照明距离、H为前照灯灯光光轴的离地高度。

如图5和图6所示，控制单元1包括拟合参数数据表15和依次相连的信号调理单元11、控制决策单元12、输出运算单元13和执行单元14，拟合参数数据表15与控制决策单元12相连，检测单元2包括用于获取汽车的当前速度v的速度传感器21、用于获取汽车的方向盘转角

的方向盘转角传感器22、用于获取汽车的前轮车身高度变化量ΔH₁的前轮车身高度传感器23、用于获取汽车的后轮车身高度变化量ΔH₀的后轮车身高度传感器24、用于获取环境的雨量和光线强度的阳光雨量传感器25和用于获取汽车加速度的加速度传感器26，信号调理单元11将阳光雨量传感器25输出的雨量判定为晴天、小雨或者大雨，将阳光雨量传感器25输出的光线强度判定为强光、微光或者黑夜，根据前轮车身高度传感器23、后轮车身高度传感器24输出的高度信息判定汽车前后倾斜状态为前倾、正常或者后倾，根据加速度传感器26输出的加速度信息判定路面平坦度为平坦、正常或者不平坦，将速度传感器21输出的汽车行驶速度判定为高速、正常或者低速，控制决策单元12根据信号调理单元11的决策结果从拟合参数数据表15中查找拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃，输出运算单元13获得安全制动距离S，并根据检测单元2输出的检测数据和安全制动距离S输出前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω和垂直偏转角β，执行单元14将水平偏转角ω和垂直偏转角β转换为对前照灯的控制信号并输出至驱动机构3。

本实施例中，控制单元1通过LIN总线与阳光雨量传感器25相连，通过CAN总线与速度传感器21、方向盘转角传感器22相连。前轮车身高度传感器23和后轮车身高度传感器24通过与车轴或车轮悬挂装置相连接的传动杆上的转动杆检测车身高度变化量，前轮车身高度传感器23和后轮车身高度传感器24通常放置于车身和悬架之间，通过光耦组件的开关状态判断车身的高度，一般通过电控悬架采集然后通过车身网络共享信息。对于没有电控悬架的车辆，只需要加装车身高度传感器即可。阳光雨量传感器25为科士达生产的传感器模块，阳光雨量传感器25通过LIN总线与控制单元1相连。阳光雨量传感器25包括光线传感器、发射和接收二极管，光敏传感器是一种光电管，检测到的光强信息也通过LIN总线传送给控制单元1。发射和接收二极管分别发射和接收红外线，光线离开发射器二极管经过多次反射到达接收二极管，如果光学单元周围的风窗玻璃变湿或者变脏，部分反射光将会被损失掉，接收到的光由阳光雨量传感器25进行评估，并转化为信号值。雨量传感器中的微控元件会检测信号的变化，并通过LIN总线将信号传给控制单元1。加速度传感器26采用ADXL330加速度传感器，ADXL330加速度传感器输出信号为三维坐标轴的加速度大小信息，通过AD采样取得相应方向的加速度值，对加速度大小的实时监测能够有效的判断类似减速带导致的短暂车身倾角变化，结合车身高度变化量信息能够有效的判断路面状况。

本实施例中，根据加速度传感器26输出的加速度信息判定路面平坦度时，通过连续采用加速度信息，如果加速度变化超过0.5g，则判定为发生一次跳变，然后根据一定周期内的跳变次数判定路面状况。本实施例的跳变次数与路面平坦度的关系如下表所示：

采样时间	采样次数	跳变阈值	跳变次数	路面平坦度
					0.1s	20	0.5g	大于6	不平坦
0.1s	20	0.5g	2～6	正常
					0.1s	20	0.5g	小于2	平坦

本实施例中，控制单元1的主控芯片采用freescale的八位控制器MC9S08DZ60，该控制器集成了SCI、CAN、A/D、PWM、SPI等模块。电源控制器采用MC33742，MC33742为集成CAN收发器和电源转换功能的系统基础芯片，电源控制器与汽车的12V电源相连，将12V电源转换为5V电源后为控制单元1供电。如图7所示，系统上电后，控制单元1的主控芯片首先进行上电初始化，待内部锁相环工作稳定，对SCI、CAN、I/O、PWM等模块寄存器进行初始化，同时对LIN总线进行配置，对CAN总线数据进行监测。然后调用自检子程序，PWM控制舵机使前照灯调整到上下左右极大角，同时读取I/O口状态。待自检完成后，对自检结果进行判断：如果出现故障，禁用前照灯的自适应控制功能，发送大灯调整至原点控制命令，并输出故障信息；如果没有出现故障，读取雨量、光线强度、汽车前后倾斜高度、加速度、汽车行驶速度信息，信号调理单元11将上述信息进行调理，得到适合控制决策的信息；控制决策单元12调理的决策结果进行控制决策，选择拐弯距离拟合参数；输出运算单元13根据拐弯距离拟合参数获取汽车的安全制动距离，并根据检测单元2输出的检测数据和安全制动距离输出水平偏转角ω和垂直偏转角β；执行单元14将水平偏转角ω和垂直偏转角β转换为PWM信号后输出。

如图8和图9所示，前照灯4通过触点41与汽车的电源相连。驱动机构3包括水平驱动单元31和垂直驱动单元32，水平驱动单元31包括用于驱动前照灯沿水平方向转动的水平调整舵机310，水平调整舵机310的输入端与控制单元1相连，垂直驱动单元32包括用于驱动前照灯沿垂直方向转动的垂直调整舵机320，垂直调整舵机320的输入端与控制单元1相连。本实施例中，水平驱动单元31包括水平截止点检测电路311，水平截止点检测电路311在前照灯转动至水平方向最大转角位置时输出检测信号至控制单元1；垂直驱动单元32包括垂直截止点检测电路321，垂直截止点检测电路321在前照灯转动至垂直方向最大转角位置时输出检测信号至控制单元1。

如图10所示，水平截止点检测电路311包括水平设于前照灯两侧的两个截止点检测开关K1和K2，垂直截止点检测电路321包括垂直设于前照灯两侧的两个截止点检测开关K3和K4，截止点检测开关K1、K2、K3和K4分别对应输出端口PB0、PB1、PB2和PB3，输出端口PB0、PB1、PB2和PB3与控制单元1相连。当前照灯转动至截止点检测开关对应的最大转角位置时，其对应的输出端输出高电平信号至控制单元1。在初始化的时候，控制单元1控制水平调整舵机310和垂直调整舵机320进行最大角度转动，当输出控制信号后与PB0、PB1、PB2和PB3相连的端口中一个或者多个没有输入高电平，则可以判定出错，此时控制单元1通过CAN总线输出报警信号，并停用前照灯的自适应控制功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种汽车前照灯自适应控制方法，其特征在于其实施步骤如下：

1）实时获取汽车的当前速度v，获取汽车在当前速度v下的安全制动距离S；

2）实时获取汽车的方向盘转角

并根据式（101）

式（101）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω，其中k为前轮转向角与方向盘转角

的比例系数，D为汽车前后轮轮轴之间的距离；

3）实时获取前轮车身高度变化量ΔH₁、后轮车身高度变化量ΔH₀，并根据式（102）

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1}{D}+{\tan }^{-1}\frac{\frac{L-D}{D}(\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1)+H}{D}-{\tan }^{-1}\frac{H}{C}$ 式（102）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的垂直偏转角β，其中L为前照灯与后轮轮轴的水平距离，C为前照灯水平时的照明距离、H为前照灯灯光光轴的离地高度；

4）根据上述水平偏转角ω和垂直偏转角β输出控制信号实时控制前照灯转动；

所述步骤1）中获取安全制动距离S前预设拟合参数数据表，所述获取安全制动距离S时先获取当前的雨量、光线强度、汽车前后倾斜状态和道路平坦度，然后根据上述信息查找拟合参数数据表获取拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃，并根据所述步骤1）获得的当前速度v以及S=K₁v²+K₂v+K₃获得安全制动距离S。

2.根据权利要求1所述的汽车前照灯自适应控制方法，其特征在于：所述获取拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃的详细步骤如下：

①对雨量进行决策，判定其属于晴天、小雨或者大雨；

②对光线强度进行决策，判定其属于强光、微光或者黑夜；

③对汽车前后倾斜状态进行决策，判定其属于前倾、正常或者后倾；

④对道路平坦度进行决策，判定其属于平坦、正常或者不平坦；

⑤对汽车行驶速度进行决策，判定其属于高速、正常或者低速；

⑥根据上述①～⑤的决策结果查询拟合参数数据表得到拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃。

3.根据权利要求1或2所述的汽车前照灯自适应控制方法，其特征在于：所述步骤1）中获取汽车的当前速度v前包括对汽车前照灯进行转动检测的步骤，如果前照灯转动发生故障，则将前照灯的位置复位并停止对前照灯的自适应控制。

4.根据权利要求1或2所述的汽车前照灯自适应控制方法，其特征在于：所述步骤4）中输出的控制信号为渐变式控制信号。

5.根据权利要求4所述的汽车前照灯自适应控制方法，其特征在于：所述控制信号为PWM信号，所述渐变式控制信号是指控制信号与初始控制信号之间的关系为(P-P₀)=nt，其中P为当前输出PWM信号的占空比参数，P₀为初始PWM信号的占空比参数，n为每次调整的变化量，t为调整时间，所述t取值与所述步骤④得到的道路平坦度决策结果和所述步骤⑤得到的汽车行驶速度决策结果相关，汽车高速行驶、道路不平坦时，t取值无穷大，PWM信号保持不变；汽车高速行驶、道路正常时，t取值0.75s；汽车高速行驶、道路平坦时，t取值0.5s；汽车正常行驶、道路不平坦时，t取值1.5s；汽车正常行驶、道路正常时，t取值1s；汽车正常行驶、道路平坦时，t取值0.75s；汽车低速行驶、道路不平坦时，t取值2s；汽车低速行驶、道路正常时，t取值1.5s；汽车低速行驶、道路平坦时，t取值1.25s。

6.一种汽车前照灯自适应控制装置，包括控制单元（1）和分别与控制单元（1）相连的检测单元（2）、驱动机构（3），其特征在于：所述检测单元（2）实时获取汽车的当前速度v、方向盘转角前轮车身高度变化量ΔH₁以及后轮车身高度变化量ΔH₀并输出至控制单元（1），所述控制单元（1）获取汽车在当前速度v下的安全制动距离S，并根据所述检测单元（2）的输出信息以及安全制动距离S获取前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω、垂直偏转角β，并将所述水平偏转角ω和垂直偏转角β转换为对前照灯的转动控制信号并输出至驱动机构（3）实时控制前照灯转动；所述控制单元（1）根据式（101）

式（101）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω、根据式（102）

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1}{D}+{\tan }^{-1}\frac{\frac{L-D}{D}(\mathrm{\Δ}{H}_0-\mathrm{\Δ}{H}_1)+H}{D}-{\tan }^{-1}\frac{H}{C}$ 式（102）

得到前照灯当前最佳照明位置对应的垂直偏转角β，其中v为汽车的当前速度，k为前轮转向角与方向盘转角

的比例系数，D为汽车前后轮轮轴之间的距离，L为前照灯与后轮轮轴的水平距离，C为前照灯水平时的照明距离、H为前照灯灯光光轴的离地高度；所述控制单元（1）包括拟合参数数据表（15）和依次相连的信号调理单元（11）、控制决策单元（12）、输出运算单元（13）和执行单元（14），所述拟合参数数据表（15）与控制决策单元（12）相连，所述检测单元（2）包括用于获取汽车的当前速度v的速度传感器（21）、用于获取汽车的方向盘转角

的方向盘转角传感器（22）、用于获取汽车的前轮车身高度变化量ΔH₁的前轮车身高度传感器（23）、用于获取汽车的后轮车身高度变化量ΔH₀的后轮车身高度传感器（24）、用于获取环境的雨量和光线强度的阳光雨量传感器（25）和用于获取汽车加速度的加速度传感器（26），所述信号调理单元（11）将阳光雨量传感器（25）输出的雨量判定为晴天、小雨或者大雨，将阳光雨量传感器（25）输出的光线强度判定为强光、微光或者黑夜，根据前轮车身高度传感器（23）、后轮车身高度传感器（24）输出的高度信息判定汽车前后倾斜状态为前倾、正常或者后倾，根据加速度传感器（26）输出的加速度信息判定路面平坦度为平坦、正常或者不平坦，将速度传感器（21）输出的汽车行驶速度判定为高速、正常或者低速，所述控制决策单元（12）根据信号调理单元（11）的决策结果从所述拟合参数数据表（15）中查找拐弯距离拟合参数K₁、K₂、K₃，所述输出运算单元（13）获得安全制动距离S，并根据所述检测单元（2）输出的检测数据和所述安全制动距离S输出前照灯当前最佳照明位置对应的水平偏转角ω和垂直偏转角β，所述执行单元（14）将所述水平偏转角ω和垂直偏转角β转换为对前照灯的控制信号并输出至驱动机构（3）。

7.根据权利要求6所述的汽车前照灯自适应控制装置，其特征在于：所述驱动机构（3）包括水平驱动单元（31）和垂直驱动单元（32），所述水平驱动单元（31）包括用于驱动前照灯沿水平方向转动的水平调整舵机（310），所述水平调整舵机（310）的输入端与控制单元（1）相连，所述垂直驱动单元（32）包括用于驱动前照灯沿垂直方向转动的垂直调整舵机（320），所述垂直调整舵机（320）的输入端与控制单元（1）相连，所述水平驱动单元（31）包括水平截止点检测电路（311），所述水平截止点检测电路（311）在前照灯转动至水平方向最大转角位置时输出检测信号至控制单元（1）；所述垂直驱动单元（32）包括垂直截止点检测电路（321），所述垂直截止点检测电路（321）在前照灯转动至垂直方向最大转角位置时输出检测信号至控制单元（1）。

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