基于微傳感器的智能車燈調節系統（AFS）

王凡

摘 要 針對目前汽車前照大燈機械式的調光系統，AFS（adaptive Front—lighting System）提供了一種基于微米傳感器的智能汽車前照燈調節系統，核心器件為多個微米傳感器和兩組調節步進電機。傳感器包括采集光強信息的CMOS光電傳感器、采集轉彎角度的轉彎傳感器、測量車輛上下坡角度的微陀螺儀和微速度計。安裝在左、右車燈上的調節步進電機可控制大燈在水平和垂直兩個方向上的運動。基于此，AFS可根據汽車行車環境及狀態的即時調整車燈作用范圍和光照強度實現了車燈調節的智能化，大大降低了夜間行車的安全隱患。

關鍵詞 AFS微傳感器

中圖分類號：TP183 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.07.068

Adaptive Front-lighting System （AFS） Based on Micro-sensors

WANG Fan

（School of Astronautics， Northwestern Polytechnical University， Xi'an， Shaanxi 710072）

Abstract Aiming at the former car headlamps mechanical dimming system， AFS （adaptive Front-lighting System） provides a sensor-based smart car headlights micron conditioning system， the core device for multiple micron sensors and two-step adjustment into the motor. Light intensity sensor includes collecting information CMOS optical sensor， turning angle of turn sensor capture， measure the angle of the vehicle downhill micro gyro and micro speedometer. Adjust the stepper motor is mounted on the left and right headlight headlight movement can be controlled in both horizontal and vertical. Based on this， AFS can instantly adjust the light intensity headlights scope and adjust the lights to achieve the intelligent car driving environment and according to the state， greatly reducing the security risks of driving at night.

Key words AFS; micro-sensors

0 引言

汽車行駛安全是當今世界研究的一大主題，而夜間行車照明不佳是導致交通高事故率的重要原因。根據統計顯示，夜間行車發生重大事故次數的比例約為白天的1.5倍，60%的事故發生在照明不佳的彎道處。汽車大燈作為一個照明裝置，與夜間開車或在不同環境下的安全駕駛有著緊密的聯系。汽車車燈系統中，前組合燈最為復雜。一般來說，前組合燈主要由遠光、近光、轉向信號燈、位置燈等組成。其中遠光和近光的配光是設計的重點和難點。目前我國的汽車大燈普遍使用HID氣體放電燈，通常又叫氙氣燈。氙氣燈具備更遠的照射距離，但如果兩輛車迎面行駛，而且距離比較近的時候，就容易造成對方炫目，視線不清，存在安全隱患。對于夜間行車經驗不足、對需要變換遠近燈光的操作尚不熟練的司機，或者夜間路面情況復雜多變不易察覺，打遠光燈雖然可以增加照明亮度和視線距離，但極可能釀成車禍。

另一方面，目前機械式汽車車燈調節系統只能提供固定的光照范圍而不能根據汽車的行車環境和狀態改變車燈的光照范圍和強度，具有很大的局限性。AFS可在原有車燈機械調節的基礎上實現車燈的智能調節，降低了目前由于汽車大燈固定的照射范圍和光照強度給汽車夜間行車帶來的安全隱患，使駕駛者獲得更好的觀測效果，避免視覺盲區。

1 系統組成

該裝置包括安裝在汽車上的信息采集單元，主控ECU和執行機構。

1.1 信息采集單元

信息采集單元由多個傳感器組成，其核心元件包含：采集光強信息的CMOS光電傳感器;采集轉彎角度的轉彎傳感器;測量車輛上下坡角度信息的微陀螺儀以及微速度計。信息采集單元的輸出端與主控ECU連接。

1.2 主控ECU

ECU作為信息處理和控制元件，由微處理器、存儲器、輸入/輸出接口、模數轉換器以及整形、驅動等大規模集成電路組成。ECU從輸入接口接收信息采集單元傳送來的信息，微處理器對信息加以分析并根據分析結果發出控制命令，通過輸出接口將命令信號傳送給執行機構。

1.3 執行機構

執行機構接收ECU發出的命令并作出相應的調整措施：其核心器件為兩組可以帶動車燈運動的調節步進電機，分別安裝在車的左、右燈上，兩個電機分別控制車燈的水平方向的運動和垂直方向的運動，以此來控制車燈的作用范圍和光照強度。

附圖說明：

圖 1

圖2

圖1表示本實用新型裝置智能調光系統的主要結構示意圖;圖2表示本實用新型裝置智能調光系統的具體結構示意圖。

2 工作原理

該設計是一個由信息采集系統（傳感器組）、主控ECU和執行機構組成的系統。由于需要對多種車輛行駛狀態做出綜臺判斷，客觀上決定了這是一個多輸入多輸出的復雜系統。

汽車的行車環境和狀態包括：周圍環境的光亮程度，汽車的轉彎角度、上下坡角度以及車速。汽車要獲取這些信息，需要依靠于各種傳感器。根據實際情況，在該設計中使用了采集光強信號的CMOS光電傳感器，采集上下坡信息的微陀螺儀，采集轉彎信息的轉彎傳感器以及采集速度信息的微速度計。信息的處理則依賴于“車載電腦”即主控ECU。而對于燈光調節的具體實現則是依賴于四個電動機，分別控制水平、垂直方向車燈的調節。

2.1 傳感器組

CMOS光電傳感器的工作過程以照相機成像技術為基礎，具體工作過程如下：當對面一定距離內有車輛行駛過來時，CMOS可捕獲一定范圍內光照最強點，最弱點，光強差和平均光強。捕獲到的光信號經光電轉換后直接產生電流（或電壓）信號，傳送給主控ECU，ECU根據傳遞過來的電信號做出判斷調整燈光作用范圍和光照強度，避免由于車燈燈光過強而給對方車輛造成眩光。

采集轉彎角度的轉彎傳感器安裝在車輪上，當車輛轉彎時，轉彎傳感器通過測量車輪與車身之間的夾角確定轉彎角度并將數據傳送給ECU;微陀螺儀用來測量車輛上下坡的行車角度，微速度計則采集速度信息。主控ECU分析采集到的信息同時控制電機調整車燈作用范圍，降低因轉彎和上下坡造成的視野盲區而給行車帶來安全隱患。

根據不同的行車狀態，車燈的調節角度存在差異：前輪偏轉角小時，頭燈轉角要小;前輪偏轉角大時，頭燈轉角也要大。當車速較高時，駕駛員相對注重遠視距的路面情況，頭燈轉角相對大一些;車速較低時，駕駛員相對注重較近視距的路面情況，頭燈轉角相對小一點。具體參數如表1。

2.2 電動機組

電動機分為左右兩組，每組各有兩個內置式調節式電動機，分別為水平調節步進電動機和垂直調節步進電動機，分別安裝在前照燈的左、右燈上，控制左、右燈的水平和垂直方向的運動。調節系統中的電動機多采用小功率直線型調節電動機。

表1

3 結束語

隨著科學技術的發展，微納米技術逐漸走進我們的生活，其體積小、造價便宜、使用方便等特點使得微納米元件具有很好的市場前景。微納米技術與智能技術的結合更是適應了當前時代的發展。就目前的汽車市場來看，我國的智能車燈的發展才剛剛起步，擁有前照燈亮度感應調節及遠近光燈自動切換功能的車型較少，只限于配置要求較高的高檔轎車，我們的研究應遵循低成本的宗旨，使得我們的研究成果可以適應于廣泛的普通車型以便于廣泛的推廣。其次，我們在此研究成果的基礎上仍然保留了汽車原有的機械式操作的功能，使得汽車的行車安全性更為可靠。

參考文獻

[1] 何城中，張時.基于DSP的智能車燈系統[會議論文].2008.

[2] 王燾，陳文強，韋興民，趙福全.汽車車燈調光系統簡述.汽車電器，2013（2）.