汽车自适应前大灯控制系统的设计
汽车自适应前照灯控制系统的设计
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·60·2022年第08期文章编号：2095－6835（2022）08－0060－03汽车自适应前照灯控制系统的设计＊郭海，闻士硕，董高越，陈佩江（临沂大学机械与车辆工程学院，山东临沂276002）摘要：现在市场上汽车车灯照射范围和角度很多都是固定的，当汽车夜间在弯道上行驶时，前照灯无法调节前照灯光轴方向，由于灯光无法探测到弯道内侧从而出现“视野盲区”，驾驶员只能观察到前方灯光照射的地方，而弯道另一侧的情况信息不能及时获取，从而带来交通安全隐患。
基于方向盘转角等信息，设计了汽车自适应前照灯照明系统，根据前照灯转弯水平方向偏转模型，制定了自适应前照灯系统的控制策略。
汽车自适应前照灯控制系统能够根据车辆行驶状态、方向盘转角提供更加合理的照射范围，为驾驶员的行车安全提供更有力的保障。
关键词：自适应；前照灯；方向转角；控制策略中图分类号：TP273文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.08.018汽车前照灯自适应控制系统是现今汽车电子产业的必然产物，它通过对车速、方向盘转角信号的采集然后进行数据分析，从而实时调整两侧大灯的照射范围，使得灯光与汽车的前进方向始终保持一致，使驾驶员有更为合适的视野范围，确保了驾驶员在任何时刻都拥有最佳可见度，大大提高了夜间行车的安全[1]。
汽车自适应照明系统目前正处于迅速发展时期，国内研究尚处于起步阶段，基础理论还不完善，这给研究工作带来很大的机遇和挑战。
本项目针对传统汽车照明系统光型单一、无法进行故障预知、安全系数不高的现状，整合了全车灯光系统，设计了一种自适应的照明系统。
以最简单的方式实现了汽车的低成本、智能化照明。
1汽车自适应前照灯控制系统的总体设计汽车自适应前照灯控制系统主要由获取必要汽车行驶信息的各传感器（包括车速和方向盘转角等）、信号采集处理电路、驱动电路、执行电机等部分组成[2]，系统主要可分为以下几个模块，如图1所示。
安森美汽车自适应前照灯系统(AFS)方案及其设计要点
安森美汽车自适应前照灯系统(AFS)方案及其设计要点近年来，汽车中的电子成分不断提升，帮助提升燃油经济性，减少排放，增强安全、照明、车载网络及信息娱乐系统等。
其中，汽车前照灯是安全驾驶的一个重要环节，安森美半导体创新及领先行业的汽车自适应前照灯系统(Adaptive Front-lighting System, AFS)电机驱动方案克服传统前照灯的局限，帮助提升行车安全性。
本文分析AFS 的特性，介绍安森美半导体的AFS 方案，以及应用设计要点，帮助客户应用汽车AFS 方案。
自适应前照灯系统(AFS)的应用优势及工作原理传统汽车前照灯的灯光跟车身方向始终一致，在汽车转弯时无法有效照明弯道内侧的盲区，如果弯道内侧恰好存在人或物体，而车速又未恰当降低，则会带来安全隐患，如图1 所示。
相比较而言，AFS 功能可以提供旋转(swiveling)调节效果，能够根据方向盘的角度转动，把有效的光束投射到驾驶者需要看清的前方路面上，帮助降低安全隐患。
图1：AFS 功能的旋转调节(左图)及水平调节(右图)照明效果除了能够进行动态旋转调节，AFS 功能还能提供动态水平高度调节。
此功能根据负载轴传感器的信号来调节前照灯的水平高度，可以适应不同的负载及不同的斜坡环境。
如图1 右侧中，上图是AFS 功能在正常水平条件下的灯光投身效果，中图是在汽车启动或上坡时路面颠簸条件下灯光上扬效果，下图是在刹车或下坡条件下的灯光水平下沉照明效果。
可见AFS 可根据车身水平倾斜情况动态调节灯光高度，改善照明效果，增强安全性。
AFS 工作原理结构图分别如图2 和图3 所示。
图2：AFS 的工作原理结构图图3：AFS 的工作原理结构图(续)步进电机驱动器的安放位置选择汽车AFS 的旋转及水平高度调节，是各使。
汽车自适应前照等(AFS)系统
灯光与照明技术/标准委员会
灯光与照明技术/标准委员会
前轮
灯光与照明技术/标准委员会
后轮
2.光源系统：
汽车蓄电池给电子镇流器供电12V，电子镇流器 启动，产生高压脉冲（约22000伏），HID光源 启动。之后镇流器稳定输出85伏的交流电压， 使光源启动后工作于正常电流0.4安，灯泡功率 维持在35瓦左右。如图所示，在该HID光源启动 后1秒内，光源能发出额定光通量的1/4，即800 流明（=3200流明×25%），接近H4光源副丝的 水平；在4秒内，达到额定值的80%，即2560流 明，远高于H4光源主丝的水平。这样，就充分 保证了装配HID前照灯的汽车夜晚行驶的安全。
灯光与照明技术/标准委员会
4.电机：
用于实现AFS功能中E模式（高速公路模式）及静&动态自动水平调光功能。
灯光与照明技术/标准委员会
电机根据功能及通信方式有很多种结构 和分类，在此不再一一描述，感兴趣的 同事可以单独交流。
5.控制器：Master ECU
控制系统是核心，MasterECU从总线或硬线束获取信号单元发送或传感器输出的信号，进行相应 的计算、处理，形成相应的控制信号并发送至SlaveECU再到各执行机构。控制系统具有能够响应高 速总线丰富的指令集以及极短的指令周期和极高的处理速度的单片机，在保证控制系统的稳定性和 可靠性的同时，保证系统控制精度和速度。
灯光与照明技术/标准委员会
3.光学系统-投射灯：
投射灯光学系统（PES）是实现AFS功能 必不可少的，PES 单元安装在PES支架上， 在AFS工作时，PES单元通过旋转执行机 构驱动而绕旋转轴转动，从而实现AFS中 的弯道照明功能。
PES有单近光和远近光一体两种形式，
汽车自适应前照灯系统的设计分析
汽车自适应前照灯系统的设计分析汽车自适应前照灯系统的设计分析随着人们生活水平的提高，汽车成为了一个人们生活中不可或缺的交通工具。
在夜晚或恶劣天气下行驶时，光照不足会导致驾驶风险增加。
因此，汽车自适应前照灯系统被广泛应用于现代汽车。
汽车自适应前照灯系统是一种能够自动调节光照强度和光照范围的前照灯系统。
具体而言，当车辆在夜间行驶时，自适应前照灯系统能够依据环境亮度和路况判断前方障碍物或车辆，自动调节灯光亮度和灯光分布等参数，从而提供更好的视野和驾驶体验。
在雾天、雨天、雪天等天气恶劣时，自适应前照灯系统能够根据不同天气条件提供不同的光照程度和范围。
首先，自适应前照灯系统的设计需要考虑光源。
一般来说，汽车前照灯采用的光源包括LED、氙气和卤素灯等。
这些光源具有不同的特点和优缺点，因此设计者需要根据实际需求进行选择。
LED光源具有寿命长、易于调节和省电等优点，但其亮度不如氙气和卤素灯，同时成本也相对较高；氙气灯具有高亮度、远射程、启动快等优点，但寿命和可调节性较差，成本也相对高；卤素灯则亮度较高，启动快，但相对容易损坏和寿命短。
其次，自适应前照灯系统的设计需要考虑传感器。
传感器是判断环境亮度和路况等参数的重要组成部分。
在自适应前照灯系统中，常用的传感器包括摄像头、雷达、LIDAR等。
摄像头通过图像处理技术可以判断前方障碍物或路面情况，同时可以进行光学调节；雷达则可以判断前方距离和速度等参数，从而预测危险情况；LIDAR则利用激光技术测距、测速、测量空间位置等参数。
最后，自适应前照灯系统的设计需要考虑控制器和算法。
控制器和算法是将传感器获取的信息转换为控制信号的核心部分。
其中，算法是通过对传感器信息的处理和分析，根据停止距离、视线范围、车速等因素确定灯光强度、范围和方向等参数。
这些参数需要实时更新和调整，以应对各种路况情况。
综上所述，自适应前照灯系统的设计是一个复杂、综合性的过程，需要考虑光源、传感器、控制器和算法等多个因素。
汽车自适应前照灯的功能设计及实现 (1).
汽车自适应前照灯的功能设计及实现(1)介绍自适应前照灯系统(Adaptive Front-lighting System，AFS) 的产生背景、国内外发展概况;详细分析AFS 的6 种不同的照明模式:默认照明模式、高速公路照明模式、乡村照明模式、城市照明模式、弯道照明模式和恶劣天气照明模式; 就AFS 的以上功能，给出控制电路的硬件构成，系统由传感器组、传输通路、处理单元和执行机构4 部分组成。
通过对AFS 的理论阐述和实践分析，为国内在AFS技术上的进一步发展探索提供参考。
引言汽车介绍自适应前照灯系统(Adaptive Front-lightingSystem，AFS) 的产生背景、国内外发展概况;详细分析AFS 的6 种不同的照明模式:默认照明模式、高速公路照明模式、乡村照明模式、城市照明模式、弯道照明模式和恶劣天气照明模式; 就AFS 的以上功能，给出控制电路的硬件构成，系统由传感器组、传输通路、处理单元和执行机构4 部分组成。
通过对AFS 的理论阐述和实践分析，为国内在AFS技术上的进一步发展探索提供参考。
引言汽车前照灯是安全驾驶重要的一环，人们对前照灯的各方面要求越来越高，然而传统的前照灯只具有近光和远光2 种固定照明模式，不能满足客户需求。
如汽车在转弯时，由于传统前照灯的照明角度限制，存在照明暗区，会影响司机对弯道上障碍物的判断;雨天行驶时，地面的积水会反射迎面车辆前照灯的光线，造成司机眩目等。
由于这些问题的存在，使得夜间发生车祸的概率是白天的2 倍。
为了解决现存的这些问题，一种新的前照灯系统———自适应前照灯系统(AFS) 被提上开发日程。
该系统能够根据周边环境的变化适时自动地调整自身的配光方式，提供更适合的照明范围、照明距离和照明角度，提高驾驶的安全性及舒适度。
AFS 自1992年起被列为欧共体尤尼卡(EUREKA) 的1403号项目，欧洲的各大汽车公司和美国、日本的部分公司都参与了此项目。
汽车_自适应前照灯控制系统
静态自动调光；
动态调光（DHL）
仪表信号指示功能
远光近光控制模式
系统电源管理（Master和Slave）
故障诊断与Failsafe（Master和Slave）
负载故障诊断
控制器掉线诊断
失步检测和校正
基于CCP的标定接口（Master）
在线配置系统功能（Master和Slave）
在线升级控制软件
系统功能：
具有随动转向氙气大灯（HID）的光线照亮范围角度能够外侧旋转15°，内侧旋转7°。同时还能针对车速，以及汽车轴荷变化（载重量变化，加速和减速，上下坡等）情况来改变车灯上下的高度来保证合理的照射距离。不仅如此，AFS控制模块还能保证在颠簸路面和短时间的路面冲击下，前照灯照射距离不会进行频繁调整，以提高系统鲁棒性，防止驾驶员眼睛疲劳。
第一篇自适应前照灯控制系统（AFS）
自适应前照灯控制系统（AFS）
AFS能够根据汽车方向盘角度和车速，不断对大灯进行动态调节，适应当前的转向角，保持灯光方向与汽车的当前行驶方向一致，以确保对前方道路提供最佳照明并对驾驶员提供最佳可见度，从而显著增强了黑暗中驾驶的安全性。
系统结构：
AFS电子控制模块，包括一个Master和两个Slave。AFS主要是根据车辆和道路状况，来控制前照灯左右和上下的照射角度，从而提高驾驶员的视野，提升夜间驾驶的安全性。Master控制器以汽车方向转角、车速和前后轴高度等高速CAN总线信号或者真实传感器信号作为输入，经过复杂的控制逻辑和算法，得到期望的近光灯照射角度；并通过LIN总线发给左右两个Slave控制器，Slave再驱动电机来实现照射角度的实时动态变化。
除此之外，AFS还可以根据环境状况（如雨，雾）来适当的调整前照灯的角度。
嵌入式系统的自适应前照灯系统设计
嵌入式系统的自适应前照灯系统设计为了改善驾驶员在夜间或能见度较低环境下的视野范围，提高行驶的安全性，介绍了一种基于嵌入式系统的汽车自适应前照灯系统的设计方案。
此系统中的前照灯控制器采用FPGA来控制CAN总线控制器、数/模转换器和全桥电机驱动器等器件来实现接收方向盘转角信号，并使电机运行带动前照灯的转向。
自适应前照灯系统控制中心使用的是ARM9处理器。
该设计方案满足要求，已经在项目中获得了良好的应用效果。
汽车自适应前照灯系统是汽车安全系统的重要组成部分，它能根据转向角和车速的变化自动调整前照灯光束照射方向，增加了汽车行驶前方的有效照射区域，从而提高驾驶员在夜间或能见度低的环境下的视觉范围。
本设计采用了嵌入式技术来实现，嵌入式技术不仅广泛地应用于汽车行业，而且在工业自动化、监控系统、医疗仪器等领域也有广泛应用。
本文介绍的汽车前照灯转向控制器主要是由FPGA、D/A转换器、CAN总线控制器和电机驱动芯片等器件组成的。
它的设计分为CAN总线控制器模块和电机驱动模块两部分，由FPGA来控制并连接这两个模块。
CAN总线控制器模块实现接收CAN报文包消息，FPGA通过处理CAN 报文包消息来控制电机驱动模块使左右电机分别转动。
汽车前照灯转向控制中心使用的是ARM9处理器，它主要处理相关传感器的信息并根据相应的自适应算法计算出前照灯转角角度。
CAN总线结点控制器模块本模块设计中的CAN总线结点控制器模块主要是由FPGA、CAN总线控制器、CAN总线收发器和一些外围电路实现的。
CAN总线通信的核心是CAN总线控制器，由它完成CAN总线的通信协议，实现物理层和数据链路层的所有功能。
CAN总线收发器按照BOSCHCAN总线标准将0或1逻辑信号转换为标准中规定的电平。
本设计中选用了Microchip公司开发的CAN总线控制器MCP2510和CAN总线收发器MCP2551。
Microchip公司生产的MCP2510是一款控制器局域网络(CAN)协议控制器，完全支持CAN 总线V2.0A/B技术规范。
自适应前照灯车灯模糊控制系统设计
结 合 的系 统 建 立 方 法。 。 第二阶段大约从 ｌ７— １７ ９ ４ ９ ９年， 这是产生简单模糊控制
器韵阶段。在这期间，美国加州一个公司率先生产 了第一只 模糊逻辑芯片。ｌ８ 年丹麦 的斯密司公司首次应用芯片在水 ９０
泥 烘 干 机 中成 功 地 实现 了模 糊 控 制 。 １７ ９ ９年至今是发展高性 能模糊控制器 的第三阶段 。 ９ ９ １７ 年 Ｔ．． ｒｃｙ和 Ｅ． Ｍａ ａ ｉ Ｊ Ｐｏｋ Ｈ． ｍｄｎ 共同提 出了 自学 习概念 ， 使 系 统 性 能 大 为 改 善 。１８ ９３年 日本 富土 电机 开 创 了 日本 第 一 项 应 用 — — 水 净 化 处 理０ 。 ３ ＡＦ Ｓ模 糊 控 制器 设 计 Ａ Ｓ系 统近 光灯 可 在 水 平 和 垂 直 两 个 方 向进 行 调 节 ，故 Ｆ 分 别 对 这 两 个 方 向进 行 模 糊 控 制 器 设 计 。 ３１水 平 方 向模 糊 控 制 器设 计 ． 水平方向上 ， 采用转 向轮偏差 Ｅ 根据汽车转向过程 中转 Ａ（ 向轴 的转动角度，以汽 车直线行驶时 的转 向轴位置为基本参 考 点 ，车 轮 向左 或 向右 转 动 的角 度 偏 离 汽 车 直 线 行 驶 时 与 参 考 点 的 角 度 偏 差） 转 向轮 偏 差 变 化 率 Ｄｅ 为 输 入 量 ， 制 和 Ａ作 控 量 为 车 灯 的 转 动 角度 Ｌ 。 ３１ ．． １输入输出论域 的确定 角度偏差 Ｅ 一般 ， Ａ： 汽车在转 向时， 相对参考点车轮转动 到 左 或 右 的 极 限位 置 时 ， 向轮 转 动 的 角度 约￣ ０ 把 它 离 散 转 ９， 为７ 个点 ， 论域为： ．， ，１ ０ ＋ ， ２＋ ｝ 偏差语言变量取 ｛ － －， ， ｌ＋ ， ３ ； ３ ２ 七个 ， ｛ 大， 即 负 负中 ， 小 ， ， 小 ， 中 ， 大 ｝ 用 符 号 表 示 负 零 正 正 正 ， 为 ｛ Ｎ ， ， ， Ｓ Ｐ ，Ｂ｝ ＮＢ， Ｍ ＮＳ Ｚ Ｐ ， Ｍ Ｐ 。 角 度 偏 差 变 化 率 Ｄ Ａ：把 它 离 散 为 ７ 个 点 ，论 域 为 ： ｅ ｛ ， ，１ ０＋ ， ２＋ ） 偏差语言变量取七个 ， ｛ ． ． ．， ， １＋ ， ３ ： ３ ２ 即 负大， 负 中 ， 小 ， ， 小 ， 中 ， 大 ）用 符 号 表 示 为 ｛ ＮＭ ， ， 负 零 正 正 正 ， ＮＢ， ＮＳ ｚ，Ｓ Ｐ Ｐ 。 Ｐ ， Ｍ， Ｂ｝ 输 出Ｏ ： Ｌ 根据 汽车在转 向过程 中车灯的转动角度设计要 求， 它的转动角度为相对参考 点转动角度论域为【 ０ ＋ ０ ， － ， ２ 】把 ２ 它 离 散 为 ７个 点 ， ：． ， ，１ ０ ＋ ， ２ ＋ ） 输 出语 言 变 量 即 ｛ ． ．， ， ｌ＋ ， ３ ， ３ ２ 取 七 个 ，负 大 ， 中 ， 小 ， ， 小 ， 中 ， ｛ 负 负 零 正 正 正大 ｝用 符 号 表 示 ， 为 ｛ ＮＭ ， ， Ｐ ，Ｍ ， Ｂ 。 ＮＢ， ＮＳ Ｚ，Ｓ Ｐ Ｐ ） ３１ 隶 属 度 的 确 定 ．． ２ 采用等腰三角形模化法确 定隶属度 ， 偏差 Ｅ 、 Ａ、偏差变化 率 Ｄ Ａ 、 输 出量 的 隶属 度 函数 如 图 ２ 图 ３ 图 ４所 示 。 ｅ 、 Ｌ 、 、
自适应前照灯的工作原理
自适应前照灯的工作原理
自适应前照灯（Adaptive Front Lighting System，AFS）是一种先进的汽车前照灯系统，它根据车辆驾驶状况和环境条件自动调整光束的方向和亮度，以提供最佳的照明效果和安全性。
以下是自适应前照灯的基本工作原理：
1.车速和转向角度检测：自适应前照灯系统会通过车辆的传
感器监测车速和方向盘的角度，以了解车辆的当前行驶状态。
2.环境照明检测：该系统还使用环境光传感器来检测周围的
照明条件，例如路灯亮度、其他车辆的前灯状态等。
3.算法和控制模块：基于车速、转向角度和环境状况的检测
数据，自适应前照灯系统的算法会计算出最适合的光束方向、亮度和灯光模式。
4.光束方向调整：根据算法的计算结果，自适应前照灯系统
会通过电动或液压机构，将前照灯的光束在水平和垂直方向上进行调整，以适应车辆的转向和车速变化，确保最佳的照明范围。
5.光束亮度调整：根据环境照明检测结果，自适应前照灯系
统会自动调整前照灯的亮度，以避免过亮或过暗对其他道路用户造成干扰，并提供最佳的照明效果。
总的来说，自适应前照灯系统通过车速、转向角度和环境条件的实时监测与分析，自动调整前照灯的光束方向和亮度，以提
供最佳的照明效果和安全性。
这种技术可以使驾驶者在夜间或复杂道路条件下获得更好的可见性，并减少对其他车辆的干扰。
汽车自适应前照灯系统的设计分析
Ｃ ＡＮ／ Ｉ ｕ ｐ ｌ ａｉｎ ｆ ＡＦ （ ａ ｔ ｅ Ｆ ｏ ｔ Ｌｇ ｔ ｇ Ｓ ｓｅ Ｌ Ｎ ｂ ｓ ａ ｐｉ ｔ ｏ Ｓ Ａｄ ｐｉ ｒｎ ｉｈｉ ｙｔｍ）ａｅ ｘ ｏ ｎ ｅ ｅｅ ｈ ｅ ｓｂｌ ｙ ｏ Ｓ ｄ ｓ ｎ ｃ ｏ ｖ ｎ ｒ ｅｐ ｕ ｄ ｄ ｈ ｒ．Ｔ ｅ ｆａｉｉｔ ｆＡＦ ｅ ｉ ｉ ｇ
成及 功能 示意 图 。
ＡＦ 是 指 针 对 外 界 条 件 对 汽 车 前 部 照 明 做 最 佳 Ｓ 调 整 以 增 强 行 车 安 全 的 系 统 。 ＡＦ 技 术 是 一 种 能 够 Ｓ 控 制 汽 车 前 照 灯 的 配 光 形 象 ， 并 且 控 制 车 灯 光 束 的 照射 角度 随着行 车状 况变化 而上下 左右 调节 的技术 ，
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： Ｖｅ ｉｌ ｅ ｄｌｍ ｐ；Ａ Ｆ ｈ ｃｅ ｈ ａ ａ Ｓ； ｆ ｎ ｔｏ ｌｄｅ ｉｎ； ｄｅ ｉ ｆｓ ｆｗａ ｅ ａ ｄ ｈａ ｄ ｕ ｃ ｉｎａ ｓｇ ｓｇｎ ｏ ｏ ｔ ｒ ｎ ｒ ｗａｒ ＣＡＮ／ Ｎ ｓ ｓ ｓｅ ｔ ｓ ｅ； ＬＩ ｂｕ ； ｙ ｔｍ ｅ ｔ
高 不 下 。给 人 民 的 生 命 财 产 造 成 了 巨 大 损 失 。 目前 传 统 的 车 辆 灯 光 照 明 系 统 存 在 着 诸 多 问题 ，在 复 杂
AFS自适应前照灯系统
AFS自适应前照灯系统（Adaptive Front-Loght System）一、功能根据车辆的行驶状况、路状以及天气来适时的调节前照灯的照射角度、形状、光亮度以及照射时间，从而达到相应状况下的最优照明表现。
二、工作原理及系统图AFS系统分为两大部分：1、前照灯光束高度自动控制系统2、智能AFS自适应前照灯系统1、前照灯光束高度自动控制系统前照灯点亮时，前照灯光束高度自动控制系统根据车辆的行驶状况，操作前照灯光束高度调节电动机。
AFS ECU根据高度控制传感器和各ECU的信号计算车辆状态的变化，然后ECU根据该信息控制前照灯光束高度调节电动机，以改变前照灯反射器角度。
2.智能AFS（自适应前照灯系统）智能AFS通过移动近光，在转向过程中保持大范围的近光照明及良好的视野。
智能AFS 采用中高速控制和低速控制。
在中高速控制过程中，系统根据转向角和转速计算目标光照角，并分别改变各近光前照灯的放置角。
在低速控制过程中，系统根据转向角计算目标光照角，并改变入弯侧近光前照灯的旋转角。
低速控制满足下死所有条件，AFS ECU执行低速控制·发动机正在运转·车辆正以10Km/H或更高的速度向前行驶·转向角为6º或更大·近光灯点亮·AFS OFF开关关闭旋转范围中速控制·发动机正运转·车辆正以30Km/h或更高时速前进·转向角为7.5º或更大·近光灯点亮初始化设定控制发动机起动时，AFS ECU驱动前照灯旋转执行器，将前照灯投射光束向车辆中间方向移至操作极限位置，然后使其返回到正常位置。
从而，AFS ECU估算进行基准控制的前照灯位置。
汽车自适应前照明系统设计实现-设计管理论文-设计论文
汽车自适应前照明系统设计实现-设计管理论文-设计论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：主要讨论汽车自适应前照明系统设计与研究。
在对ＡＦＳ系统现状及相关法规对ＡＦＳ的规定进行分析说明的基础上，阐述了在Ｃ、Ｖ、Ｅ、Ｗ几种不同照明条件下的试验方法以及配光要求，以汽车前照灯照明需求为依据完成了自适应前照灯系统控制模型的构建，并在此基础上完成了一种自适应前照灯控制系统的设计，实验测试结果表明该控制模型具有较高的控制精度，可有效满足车辆对自适应前照明系统的控制需求。
关键词：汽车前照灯；照明系统；设计分析；控制模型引言随着经济社会的快速发展，在人们生活水平逐渐提高的基础上，汽车的保有量在呈不断上升的趋势，导致交通环境越来越复杂，交通事故频频发生，直接影响到人们的生命财产安全。
在众多的交通事故中，夜间行驶汽车很容易由于光线问题而发生交通事故，而光照主要由汽车前照灯所负责，在路况比较复杂的状态下，传统的汽车前照灯设计还不能够完全满足汽车的安全行驶。
如何设计并完善汽车前照明系统以提高驾驶的舒适性和安全性仍然是目前研究的重点之一［１］。
为此本文主要对汽车前照灯自适应系统进行了研究。
１需求分析安全是车辆行驶过程中的首要需求，一个先进、有效的前照灯已经成为保证驾驶人人身安全及汽车安全的必要前提，随着交通环境的日益复杂多变，传统的汽车前照灯必须进行优化与完善，从而产生了可以对汽车行驶状况自动匹配的新型前照灯，在现今技术的支撑下使汽车的安全系数得到显著提升。
汽车自适应前照灯可以根据车辆运行参数，对光线进行适当调整，满足驾驶员夜间行驶的安全需求，在确保汽车夜间行车安全方面起到重要作用。
汽车自适应前照灯相关研究已经取得了一定的成果，根据模型种类的不同，自适应前照灯控制研究可以分为关系模型，主要以前照灯转角和车辆运动参数进行建立。
通过微型相机对路况进行分析，对光照进行实时调整２类；根据不同的执行机构可分为：通过步进／直流电机对车灯旋转进行驱动、通过数字反光镜阵列的使用改变光型、通过ＬＥＤ阵列调整光型３类。
汽车自适应前大灯控制系统的设计
汽车自适应前大灯控制系统设计同组成员：。
指导教师: 。
目录1前言 (4)2汽车AFS系统的国内外研究现状 (5)3自适应前大灯研究的意义 (7)4汽车自适应前大灯系统总体设计 (8)4.1 汽车AFS系统的结构组成与基本功能 (8)4.2 汽车AFS系统的基本原理 (10)4.3汽车AFS系统建模 (10)4.3.1线性二自由度汽车模型 (11)4.3.2前大灯光轴水平方向模型 (11)4.3.3步进电机模型 (13)4.3.4前大灯光轴垂直方向调节模型 (13)4.4PID控制 (14)4.5云模型控制 (16)5 汽车AFS控制系统硬件电路设计 (18)5.1 STC12C5A60AD单片机 (18)5.2车速信号调理电路 (18)5.3方向盘转角信号调理电路 (18)5.4步进电机驱动电路 (19)5.5电源及断电保护电路 (20)6汽车AFS控制系统软件设计 (21)6.1系统软件功能分析 (21)6.2系统软件设计 (21)7结论 (23)摘要：本设计主要完成以传感器作为检测器并通过软件的设计实现适时地对前大灯灯光调节，从而实现对汽车灯光的自适应控制。
这次设计是传感器技术和现代控制技术在汽车制造业中的应用，并且设计了控制系统的硬件电路设计，通过传感器检测到车速和方向盘转角，车身高度的变化，把信号输入单片机中通过程控步进电机执行组件的动作。
步进电机的实际转动位置通过位置传感器回馈给MCU，MCU根据不仅电机目标位置与实际位置之差发出调节修正指令，完成调光过程。
此设计能免去驾驶员对灯光的反复操作。
提高了驾驶安全性和舒适性，减少由于驾驶员对灯光操作及灯光的阴影区多带来的交通事故，也大大挺高了汽车前大灯运行的可靠度。
关键词：汽车、自适应、控制；1前言有统计表明，90%的交通事故是由于人的因素造成的，危险来源于复杂的交通状况，包括不合理信息、过度紧张等一系列的原因。
灯光是夜间和雨雾天气驾驶员仅有的信息载体，它让人们更加清楚地了解交通状况，判断可能存在的危险并及时采取措施。
汽车自适应前照灯系统的设计(毕业论文)
汽车自适应前照灯系统的设计摘要传统的汽车照明系统主要由前照灯系统，信号照明系统，车内照明系统三大部分组成。
随着科技的进步，传统照明系统也经历了长足的发展，但是实际的使用中，传统的前照灯系统依然存在着诸多问题，在面对复杂的道路条件和行车状况时，交通安全仍然存在巨大的隐患。
因此，如何使传统汽车照明智能化，驾车更安全，更舒适就成为一个十分紧迫而又有重大现实意义的课题。
针对传统的汽车照明灯夜间行驶在弯道时无法调节照明角度、在弯道内侧易出现盲区，在坡道无法调节照明角度等情况，提出了一种前照灯弯道自适应照明控制系统，以提高夜间行车安全性。
本文主要介绍了一种以单片机STC90C51为核心设计的汽车自适应前照灯计算机控制系统。
简要的介绍汽车自适应前照灯的产生的背景、当今国内外发展现状及趋势。
分析了该系统的组成、功能和工作原理。
在文章硬件部分，详细设计了汽车自适应前照灯左右转向计算机控制系统的主控制器及外围电路。
在软件部分，设计了系统软件的整体流程，算法程序，实现了一个可根据道路以及方向盘转角信号随动转向的控制系统。
通过最后的系统调试，保证了车辆在弯道行驶时，前照灯能根据路况调整到合适的位置给驾驶者提供照明。
表明了本设计方案的可行性和正确性。
在论文的最后，对本次毕业设计进行了总结，提出了一些尚待解决的问题，为今后的进一步完善提出了参考意见。
关键词：自适应照明，随动转向，安全驾驶，STC90C51A PROJECT OF AUTOMOTIVE ADAPTIVE FRONTLIGHTING SYSTEMABSTRACTTraditional automotive lighting system consists of three major components: headlamp system, signal lighting and interior lighting system. As technology advances, the traditional lighting system also continues to develop, but in practice, there are still many problems in the traditional headlamp system. Facing complex road conditions and driving conditions, there are colossal security bungles in the traffic safety. Therefore, how to make the traditional automotive lighting intelligent, and how to make the driving more secure and more comfortable have become a very urgent and great practically significant issue.The traditional automotive lighting drive at night may be faced some conditions, for example, inability of adjusting illumination angels at the curve, the appearance of blind section at the clip, inability of adjusting illuminati on angels at the ramp, based on which, a headlamp adaptive lighting control system at the curve is put forward in order to improve the driving safety at night. This paper introduces a Computer control system of the automotive adaptive headlamps with STC90C51 microcontroller core design. The paper will briefly introduce the background of the appearance of auto-adaptive headlamps, and its current development situations and trends at home and abroad. It will also analyze the composition, function and working theory of the system. The hardware part in the paper detailed designs the host controller and peripheral circuits of the auto adaptive headlamps left and right tuning computer control system. The software part projects the overall process of system software, algorithms program, finishing a control system that canoptional turn according to vehicle speed and steering angle signals. The final system debugging ensures that when the vehicles are driving at the curve, the headlamps can adjust itsel according to road conditions to a suitable position to light for the drivers. The project is of feasibility and correctness.At the end of the paper, a conclusion of the project is drawn to put forward some problems waiting for solving and to come up with some idea about the later improvement.Key words: adaptive lighting, tracking turning, safe driving,STC90C5目录第1章绪论 (1)§1.1 课题背景 (1)§1.2 国内外发展现状及发展趋势 (3)§1.3本课题的研究意义与主要内容 (5)第2章系统整体方案设计 (6)§2.1 系统的功能及构成 (6)§2.2 系统基本功能 (8)§2.3 系统的工作原理 (8)§2.3.1 随动转弯角度 (9)§2.3.2 车身纵倾调光 (10)§2.4本章小结 (10)第3章系统硬件设计 (11)§3.1 AFS主控制器设计 (11)§3.1.1 微控制芯片的选型 (11)§3.1.2 信号处理电路设计 (13)§3.1.3 电源电路设计 (15)§3.1.4 电机控制电路设计 (15)§3.2 执行器选择 (17)§3.3 传感器模块选择 (17)§3.4本章小结 (19)第4章系统软件设计 (20)§4.1程序思路 (20)§4.2系统分块程序设计 (21)§4.2.1 随动转弯程序 (22)§4.2.2 倾角转动程序 (23)§4.3 本章小结 (24)第5章系统调试 (25)§5.1 系统硬件调试 (25)§5.1.1 常见的硬件故障 (25)§5.1.2 硬件调试方法 (25)§5.2 系统软件调试 (26)§5.3 基于PROE的运动建模 (27)§5.4 本章小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)附录 (32)附录1原理图 (32)附录2 PCB (33)附录3 实物图 (34)附录4程序代码 (35)第1章绪论§1.1 课题背景自19世纪汽车诞生以来，已经历了一个多世纪的风雨。
汽车自适应前照灯控制器设计
Major: Author: Advisor: School:
Circuits and Systems Jianpeng Zhao Hongsheng Zhong School of Electronic Engineering
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日
电 子 科 技 大 学
UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA
硕 士 学 位 论 文
MASTER THESIS
（电子科技大学图标）
论文题目
学科专业 学 号
汽车自适应前照灯控制器设计 电路与系统 201121020138 赵剑鹏 钟洪声 教授
III
目录
目
录
第一章 绪 论 .................................................................................................................. 1 1.1 研究工作的背景与意义 .................................................................................... 1 1.2 国内外研究历史与现状 .................................................................................... 1 1.3 本文的主要贡献与创新 .................................................................................... 5 1.4 本文的主要工作及章节安排 ............................................................................ 5 第二章 系统的基本原理及相关技术理论 .................................................................... 7 2.1 系统的功能及构成 ............................................................................................ 7 2.2 前照灯转向控制算法 ...................................................................................... 10 2.3 相关技术理论 .................................................................................................. 14 2.3.1 CAN 总线设计 .......................................................................................... 14 2.3.2 步进电机控制理论 .................................................................................. 17 2.4 本章小结 .......................................................................................................... 19 第三章 系统硬件设计 .................................................................................................. 20 3.1 系统总体设计 .................................................................................................. 20 3.2 系统各功能模块电路设计 .............................................................................. 21 3.2.1 CAN 总线通信结点模块 .......................................................................... 21 3.2.2 前照灯转向执行模块 .............................................................................. 25 3.2.3 汽车方向盘转角传感器采集模块 .......................................................... 30 3.2.4 汽车前照灯转向控制中心模块 .............................................................. 32 3.3 本章小结 .......................................................................................................... 34 第四章 系统软件设计 .................................................................................................. 35 4.1 嵌入式 LINUX 系统移植 ................................................................................ 35 4.2 CAN 控制器 LINUX 设备驱动程序 ............................................................... 36 4.3 前照灯转向执行器的 FPGA 程序 .................................................................. 43 4.4 旋转编码器采集的 PIC 单片机程序 .............................................................. 47 4.5 AFS 系统的主控程序 ....................................................................................... 49 4.6 本章小结 .......................................................................................................... 52 第五章 系统测试 .......................................................................................................... 53 5.1 步进电机驱动部分 .......................................................................................... 53 5.2 CAN 总线通信的测试 ...................................................................................... 54
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汽车自适应前大灯控制系统设计同组成员：。
指导教师: 。
目录1前言 (4)2汽车AFS系统的国内外研究现状 (5)3自适应前大灯研究的意义 (7)4汽车自适应前大灯系统总体设计 (8)4.1 汽车AFS系统的结构组成与基本功能 (8)4.2 汽车AFS系统的基本原理 (10)4.3汽车AFS系统建模 (10)4.3.1线性二自由度汽车模型 (11)4.3.2前大灯光轴水平方向模型 (11)4.3.3步进电机模型 (13)4.3.4前大灯光轴垂直方向调节模型 (13)4.4PID控制 (14)4.5云模型控制 (16)5 汽车AFS控制系统硬件电路设计 (18)5.1 STC12C5A60AD单片机 (18)5.2车速信号调理电路 (18)5.3方向盘转角信号调理电路 (18)5.4步进电机驱动电路 (19)5.5电源及断电保护电路 (20)6汽车AFS控制系统软件设计 (21)6.1系统软件功能分析 (21)6.2系统软件设计 (21)7结论 (23)摘要：本设计主要完成以传感器作为检测器并通过软件的设计实现适时地对前大灯灯光调节，从而实现对汽车灯光的自适应控制。
这次设计是传感器技术和现代控制技术在汽车制造业中的应用，并且设计了控制系统的硬件电路设计，通过传感器检测到车速和方向盘转角，车身高度的变化，把信号输入单片机中通过程控步进电机执行组件的动作。
步进电机的实际转动位置通过位置传感器回馈给MCU，MCU根据不仅电机目标位置与实际位置之差发出调节修正指令，完成调光过程。
此设计能免去驾驶员对灯光的反复操作。
提高了驾驶安全性和舒适性，减少由于驾驶员对灯光操作及灯光的阴影区多带来的交通事故，也大大挺高了汽车前大灯运行的可靠度。
关键词：汽车、自适应、控制；1前言有统计表明，90%的交通事故是由于人的因素造成的，危险来源于复杂的交通状况，包括不合理信息、过度紧张等一系列的原因。
灯光是夜间和雨雾天气驾驶员仅有的信息载体，它让人们更加清楚地了解交通状况，判断可能存在的危险并及时采取措施。
有统计表明，在欧洲由于照明引起的交通事故（如果在白天或者照明好的条件下交通事故会减少30%以上）汽车自适应前大灯系统（Adaptive Front-light System，AFS）是使会车用前照灯（即近光灯）的光照射线随车辆行进方向作水平方向偏转，并根据车辆的俯仰作垂直方向的调整，为驾驶员在路口、弯道及颠簸不平的路面提供最佳的照明效果。
在国外，AFS系统已经开始得到广泛应用，然而由于进口的AFS系统大多是生产厂商为本国道路考虑，而且国内道路状况与国外差别较大。
另外，进口的AFS系统价格也非常高，因此进口AFS 系统在国内的普及应用存在的阻力较大。
目前，国内对AFS系统的研究还较少，基本上还停留在在仿真实验阶段，在为数不多的涉及AFS系统的实验研究中，主要采用信号单线通讯，线束数量较大，不仅给整车线束集成和分类带来困扰，而且由于需要依赖较多的硬件辅助，导致信号传输存在迟滞现象。
所以说无论是在国内还是国外都有广阔的市场开发前景。
在总结前人的研究成果的基础上，对汽车自适应前大灯系统设计，归纳如下几点：（1）根据汽车动力学理论建立了汽车自适应前大灯系统数学模型，其中包括前大灯光轴水平方向调节，前大灯光轴垂直方向调节及步进电机模型。
（2）以AFS系统数学模型为基础，分别对PID控制和云模型控制进行分析，发现云模型控制适应性强，有较好的控制效果。
使用STC12C5A60AD芯片作为运算核心部件，对汽车自适应前大灯系统的软硬件包括，单片机最小系统电路、车速信号调理电路、步进电机驱动电路、方向盘转角信号调理电路、电源断电保护电路等。
整个系统的软件开发是在集成开发环境下进行的，整体流程，实现了自适应前大灯系统的基本功能。
2汽车AFS系统的国内外研究现状国外对汽车自适应前大灯系统的雅尼局比较早，在80年代，在实验室就完成了静态自适应前大灯系统的开发和实验。
自1992年起静态自适应前大灯系统就被列为欧共体尤尼卡（EURE2KA）的1403号项目，在欧猪的各大汽车公司和美国、日本的部分公司都参与了此项目。
90年代末期，静态自适应前大灯系统进入生产阶段，并成为豪华轿车的一个新卖点。
2003年，意大利玛涅马瑞利车灯公司在汽车上安装了动态AFS系统奠定了基础。
目前，汽车（电装）DENSO 公司的AFS、德国HELLA、法国（法雷奥）V ALEO和上海的小么等。
DENSO公司的AFS系统如图1所示。
系统从方向盘转角传感器、车速传感器、车身高度传感器分别取得转向轮旋转角度、车速和车身倾斜的精确信息。
其中角度和速度信息通过中央控制电路，精确计算以后产生输出信号控制旋转步进机对前灯光轴进行水平旋转，倾斜度信息控制调高步进电机对前大灯光轴进行垂直旋转调节。
HELLA公司的AFS是由一个传感器组、传输通路、处理器和执行机构组成的系统。
AFS的执行机构是由一系列的马达和光学机构组成的。
一一般有投射式前照灯，对前灯垂直角度进行调整的高马大，对前灯水平角度进行调整的旋转马达。
由于要对多重车辆行驶状态做出综合判断，客观上决定了AFS是一个多输入多输出的复杂系统。
图2是德国HELLA公司AFS系统。
V ALEO的AFS主要由速度传感器、方向盘转角传感器、车身高度传感器、处理器、步进马达组成。
通过速度传感器获取的速度和方向盘转角传感器获取角度控制水平方向步进马达旋转。
弯道外侧的大灯照亮范围角度7度，内侧的大灯照亮范围角度为15度，车身高度传感器获取的信息（倾斜度信息）控制垂直方向步进马达。
上海小么公司生产的AFS系统，是上汽与日本小么联合开发的AFS系统。
自适应转向大灯系统的基本构成包括：（1）两台步进马达，分别控制前照灯在水平和垂直方向的转动；（2）传感器部件以及步进马达的驱动部件；（3）微控制单元（MCU）；（4）前照灯的机械结构部件；（5）传递控制信号以及采集传感器数据的LIN总线，还有将传感器数据传递给其它控制装置。
国外的AFS系统已经日趋成熟。
目前，在中高档汽车中，如奔驰E级、奥迪A8、凯美瑞等，已经加装了部分功能的AFS系统。
在国外AFS系统已经得到了广泛应用，国内在这方面的研究还比较少，加之引进的AFS系统大多为生产商国道路状况也与欧洲的差别较大，有自己的道路特点，因此AFS系统并不能发挥到最大的作用，对AFS系统在国内的应用带来了阻力。
虽然国内在AFS控制系统方面的自主研发起步晚，但是目前已经取得了显著进步，沈阳北方汽车大灯有限公司和天津欧华汽车研发中心等一些机构在进行自主研发，实际试验已经取得较好的效果，但还没有批量生产，相信不久的将来，国产AFS系统将会出现。
3自适应前大灯研究的意义随着汽车技术的发展，对汽车的要求更为严格。
大到动力性能，小到舒适性能，都要求可以做到最好。
汽车照明，对交通安全有重要作用。
由于交通密度增加，车速越来越快，加之行驶环境错综复杂，使得前照灯和其它车灯的设计者，面临日益严峻的多种挑战。
有统计表明，90%的交通事故是由于人的因素造成的，危险来源于复杂的交通状况，包括不合理信息、过度紧张等一系列的原因。
灯光是夜间和雨雾天气驾驶员仅有的信息载体，它让人们更加清楚地了解交通状况，判断可能存在的危险并及时采取措施。
从自适应大灯的结构及工作原理，阐述了解决夜间行车的安全性问题，其优点在于保证汽车能在静态或动态行驶中，控制器一旦检测到加速或制动信号时，或者外界光的强度发生变化等不同工况时，都能自动改变照射光的位置，实现自我调节，减少交通事故率。
目前，AFS系统已经在中高档轿车中广泛使用，但是由于成本较高，并且大多采用开环控制，具有控制精度不高、累积误差大、反应时间滞后等问题。
基于上述问题设计建立了二度自由汽车模型、前大灯水平偏转模型和垂直调节模型、步进电机模型，并得出前大灯转角与车速、方向盘转角、车身高度之间的函数关系，同时对本体系采用死循环控制，并采用了不同的控制策略，分析找出了一种相对优越的控制策略。
在此及出生，设计了硬件电路，达到了预期的形容目的。
4汽车自适应前大灯系统总体设计4.1 汽车AFS系统的结构组成与基本功能汽车自适应前大灯的整体框架包括传感器、MUC、步进电机、前大灯，如图5所示：目前，汽车AFS系统主要实现以下几种道路照明系统的功能：调整公路照明模式、城市道路照明模式、乡村道路照明模式、恶劣天气照明模式等。
（1）高速公路照明模式：调整公路上的交通事故频繁发生，并且为重大交通事故，往往造成重大人员伤亡和财产损失。
改善高速公路上汽车照明条件下对行车安全有十分重要的意义。
汽车在高速公路上行驶时，车速很高，车辆密集度相对较低，侧向干扰较少，所以要求自适应前大灯必须比普通前大灯照的更远、更窄，要求车速越高，光型越长。
同时，光型的长度和汽车的速度成正比，车速越低，光型越短，这样一方面可以提前发现前方障碍，避免交通事故的发生，另一方面可以避免给对方驾驶员造成炫目，拉长视野，给高速行驶的汽车提供安全保障，AFS系统高速公路模式如图3所示，图3为进入高速公路模式，图4为未进入高速公路模式。
（2）城市道路照明模式：对于城市公路来说，一班都有路灯照明，但是道路复杂交错，人流车流大，前照灯的法规法定在会车时对对面驾驶员的光照强度不超1000CD。
是否进入城市道路照明模式由光敏传感器和汽车车速传感器或者传感器GPS来判断。
当光强度达到设定值，车速不超过规定值时，城市道路照明模式自动开启。
（3）乡村道路照明模式：乡村道路一般道路狭窄，弯道多，部分道路还凹凸不平、起伏不定。
有较多的人和牲畜。
同时，由于乡村道路照明条件较差，因此改善汽车前大灯在乡村道路照明条件，对于减少道路交通事故有重要意义。
是否进入乡村道路照明模式由光敏传感器和汽车车身高度传感器或者GPS来判断。
以右行国家为例，当汽车进入乡村时，左右近光灯的驱动功率均增大，从而增加亮度以补充照明，右灯的灯光要偏转一定的角度，以照射到边缘路面，效果如图6所示。
（4）恶劣天气照明模式：在恶劣天气，如雨、雾雪等天气状况下，由于驾驶员的能见度较低，视野不清，容易产生错觉，同时由于路面湿滑车辆制动性能差，因此交通事故频繁发生，为了降低恶劣天气下的交通事故率，除了要减缓车速外，改善汽车前大灯条件要很重要。
在恶劣天气状况，大雾或者大雨环境下，为了扩大驾驶员的视野范围，需要输出较强和较远的光型，以拉长驾驶员的可视距离，从而保证行车安全。
4.2 汽车AFS系统的基本原理当车辆进入弯道或者其它道路状况时，MCU通过采集车速和方向转角、车身高度的变化，判断是否对前大灯光轴进行调光，并进一步计算出两灯在左右、上下方向的调节角度，然后转换成各步进电机运动状态控制参数，控制相应步进电机动作，步进电机的实际转动位置通过位置传感器回馈给MCU，MCU根据步进电机目标位置与实际位置之差，发出调节修正指令，完成调光过程。