汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)控制設計

汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)控制設計孟昭軍;李月;周振超；朱海【摘要】自適應前照燈系統(tǒng)(AFS)是一種新型的、智能化的調整前照燈位置，該系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng):水平方向上前照燈偏轉控制和垂直方向上對前照燈偏轉控制系統(tǒng).在水平方向上，系統(tǒng)實現(xiàn)近光燈的左顧右盼，即車輛在彎道中行駛時車燈隨彎道轉向.而在垂直方向，系統(tǒng)完成車燈的上下調整，即車輛在上坡或者下坡時選擇對遠近光的調節(jié).汽車自適應前照燈控制系統(tǒng)(AFS)極大改善了汽車照明問題，對于汽車的安全駕駛有很大意義.【期刊名稱】《遼寧科技學院學報》【年(卷)，期】2014(016)004【總頁數(shù)】3頁(P1-3)【關鍵詞】汽車AFS;LED前照燈;控制設計【作者】孟昭軍;李月;周振超;朱?！咀髡邌挝弧窟|寧科技學院電氣與信息工程學院，遼寧本溪117004;遼寧科技學院電氣與信息工程學院，遼寧本溪117004;遼寧科技學院電氣與信息工程學院，遼寧本溪117004;遼寧科技學院電氣與信息工程學院，遼寧本溪117004【正文語種】中文【中圖分類】U463隨著汽車技術的迅速發(fā)展，人們對前照燈的要求越來越高。現(xiàn)代汽車車燈實現(xiàn)了整體車型美、行駛安全、可靠性和智能化。傳統(tǒng)的汽車前照燈在夜間轉彎時存在照明盲區(qū)〔1-5〕。當夜間汽車在彎道上行駛，由于傳統(tǒng)的前照燈無法及時調節(jié)照明角度，常常會在彎道內側出現(xiàn)〃盲區(qū)”，極大地威脅了駕駛員夜間的安全駕車〔6-10〕。汽車前照燈智能照明系統(tǒng)，就是通過采集方向盤轉動的角度信號、扭矩信號、車速信號，對大燈進行動態(tài)調節(jié)，從而調整了兩側前照燈的照射范圍，盡可能為駕駛員提供足夠有效的照明，這就彌補了傳統(tǒng)前照燈的缺陷，為安全駕駛提高了強有力的保障。1系統(tǒng)總體方案設計汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的總體框架主要包括:傳感器、信號調理電路、AFS控制器、CAN總線，驅動電路和直流電機等。圖1系統(tǒng)的總體框架結構系統(tǒng)的整體控制方案如圖1所示。各類傳感器通過調理電路將信號發(fā)送到CAN總線，AFS從CAN總線中采集到傳感器發(fā)送的信號并根據(jù)這些信號判斷汽車的當前行駛狀況，并發(fā)送對應的信號控制驅動電路驅動直流電機對車燈進行相應的調整，以實現(xiàn)系統(tǒng)功能。2車燈調整原理系統(tǒng)利用車速傳感器來檢測汽車行駛的車速來進行對前照燈的上下方向的調整，同時利用方向盤轉角傳感器和車速傳感器共同對前照燈進行左右方向的相應調整?？刂七^程:當車輛轉彎時，隨著方向盤的轉動，控制系統(tǒng)檢測轉角的大小以及轉彎時的車速，綜合判定前照燈需要轉動的角度。然后控制相應電機使前照燈向轉彎方向轉動，以盡可能的照亮轉角處的面積，保證駕駛人的視覺清晰。轉彎時如圖2所示。當汽車后座有人乘坐、后備箱放置重物或車輛加減速時，前照燈的照射角度會上下改變。為了使前照燈保持在正確的高度，以避免對來車或前車造成眩光，同時又確保駕駛者有適當?shù)恼彰饕曇?，控制系統(tǒng)根據(jù)車速和車軸距地面高度的變化量，經相應的算法給出一個照射角度，然后控制前照燈的電機上下轉動以使車輛前照燈的照射方向和角度合適，以控制照射距離，保證有效的剎車距離內的照明。圖2汽車轉彎時轉角示意圖3系統(tǒng)硬件設計3.1傳感器車速傳感器這里選用霍爾式車速傳感器，用于測量變速器輸出軸的轉速。車身高度檢測傳感器這里選用光電式車身高度傳感器，檢測汽車前后身高的位移變化。即檢測地面的平整程度。方向盤轉角傳感器選擇絕對式光電轉角傳感器，檢測方向盤的轉角位置信息；光敏傳感器光敏傳感器檢測夕卜界光照強度信息。3.2傳感器CAN總線節(jié)點設計CAN（ControllerAreaNetwork，控制局域網）屬于工業(yè)現(xiàn)場總線，是德國Bosch公司20世紀80年代初作為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種通信協(xié)議。本系統(tǒng)的傳感器節(jié)點硬件設計模塊采用AT89C51單片機作為處理核心，采用SJA1000作為CAN總線控制器，PCA82C250作為CAN總線收發(fā)器。AT89C51單片機是ATMEL公司生產的低功耗、高性能8位單片機，與51系列單片機的指令集完全兼容。對傳感器輸出的開關信號的采集利用AT89C51的P1口。CAN總線的通信協(xié)議主要是通過CAN控制器來完成，由PHILIPS公司生產的SJA1000芯片是應用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨立的CAN總線控制器，其集成CAN通信協(xié)議所要求的全部功能，只需要簡單的總線連接即可完成CAN總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能。CAN總線接口原理框圖如圖3所示。SJA1000的地址/數(shù)據(jù)復用總線同AT89C51的P0口相連，MODE弓|腳接高電平時選擇Intel模式，AT89C51的時鐘信號由CLKOUT提供。為了提高總線的驅動能力，在SJA1000與CAN總線之間加PCA82C250總線驅動芯片，82C250是SJA1000與物理總線間的接口。對傳感器輸出的模擬信號的采樣用ADC0832。ADC0832是美國國家半導體公司生產的一種8位分辨率、雙通道A/D轉換芯片；最高分辨可達256級;逐次逼近型，基準電壓為5V;5V單電源供電;輸入模擬信號電壓范圍為0~5V;輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容;在250KHZ時鐘頻率時，轉換時間為32us;具有兩個可供選擇的模擬輸入通道;功耗低，15mW。性能價格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。3.3AFS控制器本系統(tǒng)采用PHILIPS半導體公司的P87C591單片機。P87C591單片機是一個單片8位高性能微控制器，具有片內CAN控制器，由80C51單片機派生而來。它采用了強大的80C51指令集并成功地包含了PHILIPS半導體SJA1000CAN控制其強大的PeliCAN功能。其主要參數(shù)如下:基于8051全兼容CMOS控制器，片內CAN(SJA1000),10位ADC,WDT,32條I/O引腳，3個定時/計數(shù)器，15個中斷源，4個優(yōu)先級，I2C總線，16KBEPROM，片內RAM,256Byte附加的AUXRAM。圖3CAN總線接口原理圖3.4驅動電路本設計選用L298N作為電機驅動模塊。L298N為SGS-THOMSONMicroelectronics所出產的雙全橋步進電機專用驅動芯片(DualFull-Bridge?Driver),L298N內部集成有兩個橋式電路的電機驅動專用芯片，可以用來驅動直流電動機和步進電動機等感性負載。L298N可驅動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接兩個電機，引腳SENSA和SENSB接地，IN1，IN2，IN3，IN4腳接輸入控制電位來控制電機的正反轉。L298N功能邏輯如表3.1所示。表3.1L298N的邏輯真值表ENAIN1IN2運轉狀態(tài)10正傳101反轉0XX快速停止011停止000停止圖4電機驅動電路圖5程序流程圖電機驅動電路如圖4所示。由于電機具有較大的感性，電流不能突變，若突然將電流切斷，將在功率管兩端產生很高的電壓，易損壞功L298N芯片。因此我們在此電路中應用的是二極管來續(xù)流。利用二極管的單向導通性，當直流電機A正轉時，若突然掉電，D1、D4導通，D2、D3截止;當電機反轉時，突然掉電D2、D3導通，D1、D4截止。直流電機B原理同A。4軟件設計本文的軟件采用模塊化的設計思想，按照功能分為不同的程序模塊，各模塊間相對獨立，以完成特定的功能。前照燈水平轉動模塊、前照燈上下轉動模塊，這2個模塊是智能前照燈系統(tǒng)根據(jù)不同的行駛環(huán)境來控制前照燈的照射方向和開關狀態(tài)以輔助駕駛者完成駕駛任務，其主程序流程圖如下圖5所示。結論本文主要研究了汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)硬件結構的設計，模擬的是硬件結構的設計對汽車智能LED前照燈的控制。在模擬實驗過程中，通過調節(jié)兩個電位計值的大小，使兩臺直流電機發(fā)生正反轉。通過模擬汽車在行駛時的變化驗證了系統(tǒng)的可行性和所要達到的期望效果。該系統(tǒng)具有四個主要功能，可以根據(jù)不同的行車環(huán)境自動調整前照燈的角度和強度，從而不僅提高了汽車夜間駕駛的安全性，也提高了光源的利用率。參考文獻【相關文獻】〔1〕房旭，姚勇，劉軍，等.智能汽車前照燈系統(tǒng)研究〔J〕.汽車技術.2004(5):42-43.〔2〕雷雨海.前照燈智能化控制〔J〕.交通科技與技術,2004(5):42-43.〔3〕李新良，遲永斌.汽車AFS頭燈隨動轉向規(guī)律研究〔J〕.汽車技術，2011(08):36-39.⑷陳建林，吳青等.汽車AFS系統(tǒng)車燈轉角動態(tài)模型研究〔J〕.汽車技術，2010:45-47.〔5〕戎輝，龔進峰.AFS系統(tǒng)關鍵技術研究〔J〕.汽車電器，2008(5):15-18.〔6〕李詳兵.汽車自適應前大燈系統(tǒng)仿真實驗平臺研究〔D〕.武漢理工大學,2010.〔7〕衛(wèi)修明，張曉玲.隨動轉向汽車前大燈定位