汽车智能前照灯照明系统控制设计
第１６卷第４期２０１４年１２月
辽宁科技学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＡＯＮＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ０１．１６Ｓｅｐ．
Ｎｏ．４２０１４
文章编号：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—３７２３．２０１４．１２．００１
汽车智能ＬＥＤ前照灯照明系统控制设计
孟昭军，李月，周振超，朱海
（辽宁科技学院电气与信息工程学院，辽宁本溪１１７００４）
摘要：自适应前照灯系统（ＡＦＳ）是一种新型的、智能化的调整前照灯位置，该系统分为两个子系统：水平方向上前照灯偏转控制和垂直方向上对前照灯偏转控制系统。在水平方向上，系统实现近光灯的左顾右盼，即车辆在弯道中行驶时车灯随弯道转向。而在垂直方向，系统完成车灯的上下调整，即车辆在上坡或者下坡时选择对远近光的调节。汽车自适应前照灯控制系统（ＡＦＳ）极大改善了汽车照明问题，对于汽车的安全驾驶有很大意义。
关键词：汽车ＡＦＳ；ＬＥＤ前照灯；控制设计中图分类号：Ｕ４６３
文章标识码：Ａ
引言
随着汽车技术的迅速发展，人们对前照灯的要
总线中采集到传感器发送的信号并根据这些信号判断汽车的当前行驶状况，并发送对应的信号控制驱
求越来越高。现代汽车车灯实现了整体车型美、行驶安全、可靠性和智能化。传统的汽车前照灯在夜间转弯时存在照明盲区¨－５］。当夜间汽车在弯道上行驶，由于传统的前照灯无法及时调节照明角度，常常会在弯道内侧出现“盲区”，极大地威胁了驾驶员夜间的安全驾车Ｍ‘１０１。汽车前照灯智能照明系统，就是通过采集方向盘转动的角度信号、扭矩信号、车速信号，对大灯进行动态调节，从而调整了两侧前照灯的照射范围，尽可能为驾驶员提供足够有效的照明，这就弥补了传统前照灯的缺陷，为安全驾驶提高了强有力的保障。
１
动电路驱动直流电机对车灯进行相应的调整，以实
现系统功能。
２车灯调整原理
系统利用车速传感器来检测汽车行驶的车速来进行对前照灯的上下方向的调整，同时利用方向盘转角传感器和车速传感器共同对前照灯进行左右方向的相应调整。
控制过程：当车辆转弯时，随着方向盘的转动，控制系统检测转角的大小以及转弯时的车速，综合判定前照灯需要转动的角度。然后控制相应电机使前照灯向转弯方向转动，以尽可能的照亮转角处的面积，保证驾驶人的视觉清晰。转弯时如图２所示。当汽车后座有人乘坐、后备箱放置重物或车辆加减速时，前照灯的照射角度会上下改变。为了使前照灯保持在正确的高度，以避免对来车或前车造成眩光，同时又确保驾驶者有适当的照明视野，控制系统根据车速和车轴距地面高度的变化量，经相应的算法给出一个照射角度，然后控制前照灯的电机上下转动以使车辆前照灯的照射方向和角度合适，以控制照射距离，保证有效的刹车距离内的照明。
系统总体方案设计
汽车前照灯智能控制系统的总体框架主要包
括：传感器、信号调理电路、ＡＦＳ控制器、ＣＡＮ总线，
驱动电路和直流电机等。
系统的整体控制方案如图１所示。各类传感器通过调理电路将信号发送到ＣＡＮ总线，ＡＦＳ从ＣＡＮ
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图１
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系统的总体框架结构
收稿日期：２０１４—１１—２１
项目来源：辽宁省社会科学规划基金项目（Ｌ１３ＢＪＬ０１６），辽宁省普通高等学校本科工程人才培养模式改革试点专业
图２汽车转弯时转角示意图
３
堡孝簋窑：妻暨专１１翌４一），男，黑龙江克山人，辽宁科技学院电信学院副教授，博士．
万方数据
系统硬件设计
２
辽宁科技学院学报
第１６卷
本系统采用ＰＨＩＬＩＰＳ半导体公司的Ｐ８７Ｃ５９１
３．１
传感器
１．车速传感器
这里选用霍尔式车速传感器，用于测量变速器
单片机。Ｐ８７Ｃ５９１单片机是一个单片８位高性能微控制器，具有片内ＣＡＮ控制器，由８０Ｃ５１单片机派生而来。它采用了强大的８０Ｃ５１指令集并成功地包含了ＰＨＩＬＩＰＳ半导体ＳＪＡｌ０００ＣＡＮ控制其强大的ＰｅｌｉＣＡＮ功能。其主要参数如下：基于８０５１全兼容ＣＭＯＳ控制器，片内ＣＡＮ（ＳＪＡｌ０００），１０位ＡＤＣ，ＷＤＴ，３２条Ｉ／Ｏ引脚，３个定时／计数器，１５个中断源，４个优先级，１２Ｃ总线，１６ＫＢＥＰＲＯＭ，片内ＲＡＭ，２５６Ｂｙｔｅ附加的ＡＵＸ
ＡＤＣ０８３２
ＳＣＬＫ
输出轴的转速。
２．车身高度检测传感器
这里选用光电式车身高度传感器，检测汽车前后身高的位移变化。即检测地面的平整程度。
３．方向盘转角传感器
选择绝对式光电转角传感器，检测方向盘的转角位置信息；
４．光敏传感器
光敏传感器检测外界光照强度信息。
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ＰＣＡ８２Ｃ２５０
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ＡＴ８９Ｃ５１Ｐ３１
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３．２传感器ＣＡＲ总线节点设计
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于工业现场总线，是德国Ｂｏｓｃｈ公司２０世纪８０年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。
本系统的传感器节点硬件设计模块采用ＡＴ８９Ｃ５１单片机作为处理核心，采用ＳＪＡｌ０００作为ＣＡＮ总线控制器，ＰＣＡ８２Ｃ２５０作为ＣＡＮ总线收发器。ＡＴ８９Ｃ５１单片机是ＡＴＭＥＬ公司生产的低功耗、高性能８位单片机，与５１系列单片机的指令集完全兼容。对传感器输出的开关信号的采集利用ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ１口。
ＣＡＮ总线的通信协议主要是通过ＣＡＮ控制器来完成，由ＰＨＩＬＩＰＳ公司生产的ＳＪＡｌ０００芯片是应用于汽车和一般工业环境的独立的ＣＡＮ总线控制
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图３
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ＣＡＮ总线接口原理图
３．４驱动电路
本设计选用Ｌ２９８Ｎ作为电机驱动模块。Ｌ２９８Ｎ
为ＳＧＳ—ＴＨＯＭＳＯＮＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片（Ｄｕａｌ
Ｆｕｌｌ—Ｂｒｉｄｇｅ？Ｄｒｉｖ—
ｅｒ），Ｌ２９８Ｎ内部集成有两个桥式电路的电机驱动专用芯片，可以用来驱动直流电动机和步进电动机等感性负载。
Ｌ２９８Ｎ可驱动２个电动机，ＯＵＴｌ，ＯＵＴ２和ＯＵＴ３，ＯＵＴ４之间可分别接两个电机，引脚ＳＥＮＳＡ和ＳＥＮＳＢ接地，ＩＮｌ，ＩＮ２，ＩＮ３，ＩＮ４脚接输入控制电位来控制电机的正反转。Ｌ２９８Ｎ功能逻辑如表３．１所示。
器，其集成ＣＡＮ通信协议所要求的全部功能，只需
要简单的总线连接即可完成ＣＡＮ总线物理层和数据链路层的全部功能。ＣＡＮ总线接口原理框图如图３所示。
ＳＪＡｌ０００的地址／数据复用总线同ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０口相连，ＭＯＤＥ引脚接高电平时选择Ｉｎｔｅｌ模式，ＡＴ８９Ｃ５１的时钟信号由ＣＬＫＯＵＴ提供。为了提高总线的驱动能力，在ＳＪＡｌ０００与ＣＡＮ总线之间加ＰＣＡ８２Ｃ２５０总线驱动芯片，８２Ｃ２５０是ＳＪＡｌ０００与物理总线间的接口。对传感器输出的模拟信号的采样用ＡＤＣ０８３２。ＡＤＣ０８３２是美国国家半导体公司生产的一种８位分辨率、双通道Ａ／Ｄ转换芯片；最高分辨可达２５６级；逐次逼近型，基准电压为５Ｖ；５Ｖ
单电源供电；输人模拟信号电压范围为０～５Ｖ；输入
和输出电平与ＴＴＬ和ＣＭＯＳ兼容；在２５０ＫＨＺ时钟频率时，转换时间为３２ｕｓ；具有两个可供选择的模拟输入通道；功耗低，１５ｍＷ。性能价格比较高，适宜在袖珍式的智能仪器仪表中使用。
３．３
ＡＦＳ控制器
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图４
电机驱动电路
图５
程序流程图
万方数据
第１６卷第４期２０１４年１２月
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Ｖ０１．１６Ｎｏ．４２０１４
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｓｅｐ．
电机驱动电路如图４所示。由于电机具有较大的感性，电流不能突变，若突然将电流切断，将在功率管两端产生很高的电压，易损坏功Ｌ２９８Ｎ芯片。因此我们在此电路中应用的是二极管来续流。利用二极管的单向导通性，当直流电机Ａ正转时，若突然掉电，Ｄ１、Ｄ４导通，Ｄ２、Ｄ３截止；当电机反转时，
突然掉电Ｄ２、Ｄ３导通，Ｄ１、Ｄ４截止。直流电机Ｂ原
驶环境来控制前照灯的照射方向和开关状态以辅助驾驶者完成驾驶任务，其主程序流程图如下图５所
示。
结论
本文主要研究了汽车智能ＬＥＤ前照灯照明系统硬件结构的设计，模拟的是硬件结构的设计对汽车智能ＬＥＤ前照灯的控制。在模拟实验过程中，通过调节两个电位计值的大小，使两台直流电机发生正反转。通过模拟汽车在行驶时的变化验证了系统的可行性和所要达到的期望效果。该系统具有四个主要功能，可以根据不同的行车环境自动调整前照灯的角度和强度，从而不仅提高了汽车夜间驾驶的安全性，也提高了光源的利用率。
理同Ａ。
４软件设计
本文的软件采用模块化的设计思想，按照功能分为不同的程序模块，各模块间相对独立，以完成特定的功能。前照灯水平转动模块、前照灯上下转动模块，这２个模块是智能前照灯系统根据不同的行
参考文献
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ＣｏｎｔｒｏｌＤｅｓｉｇｎｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＬＥＤＦｒｏｎｔＬｉｇｈｔＳｙｓｔｅｍ
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ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ
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Ｂｅｎｘｉ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，１
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｅｒｆ—ａｄａｐｔｉｖｅｆｒｏｎｔｌｉｇｈｔｓｙｓｔｅｍ（ＡＦＳ）ｉｓ
ａ
ｎｅｗｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｗｏｓｕｂｔｉｔｌｅｓ：ｔｈｅｈｏｒｉ－
ｚｏｎｔａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｔｕｒｎｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅｄｅｓｉｇｎ
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ｆｒｏｎｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｂｙｓｉｍｕｌａｔｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅＡＦＳｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｉｓｄｅｖｉｃｅ，
ｒｅｖｅｒｓｅ
ｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒｖａｌｕｅＣａｎｍａｋｅｔｈｅＤＣｍｏｔｅｒｔｏｒｏｔａｔｉｏｎｔｈａｔｍｅａｎｓｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｆｒｏｎｆｌｉｇｈｔｗｉｔｈａｌｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｄ—
ｊｕｓｔｍｅｎｔ．ＴｈｅＡＦＳｇｒｅａｎｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｆｒｏｎｔｌｉｇｈｔｐｒｏｂｌｅｍ，ａｎｄｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｓａｆｔｙｄｒｉｖｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；ＡＦＳ；Ｆｒｏｎｆｌｉｇｈｔ；Ｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎ．
万方数据