自适应前照灯系的运动学模型及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应前照灯系的运动学模型，其模型的建立过程包括：ＡＦＳ控制模块ＥＣＵ中的ＭＣＵ得出车辆的一组运动特征参数后，分别建立车灯的水平和垂直方向偏转模型，确定最大车灯水平偏转角度θ和车灯垂直输出偏角ｙ↓［ｏ］（ｔ），并综合上述车灯水平和垂直方向偏转模型，得出自适应前照灯系的整体运动模型。本发明专利技术建立的模型准确的描述了ＡＦＳ系统的运动特性，为快速相应处理，提高ＡＦＳ系统实时性提供了可靠保障。利用本发明专利技术自适应前照灯系的运动学模型对ＡＦＳ的控制符合技术参数要求，在车灯转向一侧时，另一侧的光轴保持初始位置，并且启动车速和偏角符合要求，其最大系统动态调整误差仅为０．２度，静态控制误差小于０．０１度，远远小于现有技术中０．０３５度的误差，同时系统动态调整相应时间小于１００ｍｓ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自适应调节汽车前照灯照射范围的控制系统，尤其涉及一种夜间弯道 行驶时前照灯自适应调节的运动学模型及其控制方法。
技术介绍
汽车照明对交通安全有重要作用。在各种不同条件下的有效路面照明，目的不仅仅是 增强人的视觉，最重要且必须考虑的是要有明亮程度、颜色和立体感，同时还有形状和动 作，以及亮度和颜色对比度。高性能前照灯以及其他前后车灯，是实现"看得见和被看见" 的汽车照明的基本目标。汽车前照灯系统的发展经历了多个阶段从最初的煤油灯发展到白炽灯；然后发展到 抛物面卤钨前照灯、自由曲面卤钨前照灯和投射系统前照灯；上世纪九十年代中期出现了 以气体放电灯为光源的投影系统前照灯和自由曲面前照灯系统。汽车前照灯系统的每一个 发展阶段都蕴含着对行车安全的不断追求。目前，在汽车前照灯的标准方面存在两种不同的标准欧洲标准和美国标准，两者主 要在近光配光上有较大的差别。欧洲标准特别注重对眩光的控制，因此在其配光上存在 15度的截止线，并且照度也比较低。而在美国，道路大多比较宽阔，因此对眩光没什么 特别的要求，只要前照灯能够照得更远更亮就可以了。但随着经济全球化进程的加快，人 们迫切要求消除这两种标准之间的差别，建立一个统一的国际标准。 一种方法就是将两种 标准中合理的部分综合起来形成一个双方都能接受的标准，这就是所谓的国际协调。另外 一种方法就是建立一个包括多种功能的前照灯系统，它能根据不同的路况、天气而采用不 同的照明方式，这就是AFS系统(即自适应前照灯系)。众所周知，作为传统行车灯的近光，只能工作在一种固定的模式下，但实际的道路使 用状况、环境状况、气候状况等等情况非常复杂。比如岔路口多的乡间小路、弯道状况、 路口转弯状况、在高速路上驾驶、在国道上驾驶、雨雾天气等。也正是这种复杂的道路环 境和天气状况，使得交通安全仍然存在巨大的隐患。统计表明，在欧洲那些车辆使用规范、 车辆安全要求和驾驶员素质较高的国度，由于照明引起的交通事故(即如果在白天或者照 明条件好则完全可以避免的交通事故)达到30%以上，造成的损失可想而知。再加上在路 上行驶的车辆日益增多、老年驾驶员的增多以及允许驾驶员驾驶年龄的延长(欧洲现行允 许驾驶年龄到70岁，老年人的视力和反应速度明显下降)等等诸多因素使得行车安全问题更加突出。在这些条件的要求下，AFS系统应运而生。它显著提高了在车辆前进方向，夜间行 驶时前方的交叉路口、弯道处的可视性；有效地降低夜晚弯路行车的疲劳程度，从而明显提升夜晚弯路上行车的安全性。图l-l、图1-2和图1-3示出了AFS系统的效果，车辆在 弯道行驶时，如图1-3所示，AFS系统开启比不开时比如图1-2所示的AFS不开启时的 照明范围和距离明显增大，基本上与图l-l所示的车辆直线行驶时的照明效果相同(图中 外轮廓线为照明范围，圆点为照明距离)。因此，当车辆弯道行驶时，AFS系统可显著 增大近光灯的照明范围和照明距离，AFS系统能够增加弯道的照射面积达20度左右，按 照40KM/h的车速测算，能够为驾驶者将反应余量增加3秒以上，增加驾驶者反应时间这 一点对于时常进行夜晚运输的专业驾驶员而言至关重要。AFS前照灯系统作为车灯技术 的一项重大突破，对夜间行车的安全性产生了飞跃性的提高，同时大大提升了行车照明的 舒适性，这一点在日本和欧洲的汽车制造商当中己经成为一个共识。对于AFS前照灯系统的研究在国外已经取得了很大进展，日趋成熟。日本、欧洲等 国的知名汽车制造商都纷纷推出自己的AFS系统。在其高档轿车中标配AFS系统的同时， 将AFS系统在中档甚至中低档轿车车型中作为选配列出。比如奥迪A8，宝马5系，梅塞 德斯CLS、 E系、M系，大众B6，凌致RX330，丰田皇冠等等。国内目前使用的AFS系 统大多是引进产品，基本上是以生产商本国道路状况为设计出发点，而我国国内的道路状 况(如道路特点和地形地貌)与日本和欧洲有较大不同。因此，目前采用的AFS系统 的并不能发挥最大的作用，对AFS系统在我国的应用带来了阻力。现有技术中，关于AFS系统也有研究，公开日为2007年10月10日，公开号为CN 101049808A的中国专利技术专利申请中公开了一种"汽车前照灯自适应调节装置"，该装置属 于非便携式照明装置领域。其予以实现的技术方案是包括中央控制单元和驱动执行单元， 在中央控制单元与驱动执行单元之间设置有LIN总线收发器；在驱动执行单元步进电机 与中央控制单元主MCU芯片之间设置有位置反馈模块；中央控制单元与驱动执行单元通 过LIN总线连接。同时还公开了一种弯道照明时使用的调光算法。该调光算法是将方向 盘转角和车速作为参数，带入相应的公式中得出左、右两个前车灯在水平方向上的偏角， 然后驱动步进电机达到该位置。上述调光方法存在的不足之处是虽然提出了是依据前车 灯水平方向上的偏角来调整照明效果，但其运动特征定义不明确，无法实现AFS系统的 作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自适应前照灯系的运动学模型，建立了 AFS系统在水平和 垂直两个方向上的运动学模型，可以根据车前灯在水平和垂直两个自由度的运动来有效的 控制照明效果。本专利技术的自适应前照灯系的控制方法中，在明确的定义了相关参数的基础 上，准确地描述了 AFS系统的运动特性，并通过多种模式状态的判断，以更好的实现AFS 系统的功能，并进一步提升AFS系统的效果。为了解决上述技术问题，本专利技术自适应前照灯系的运动学模型予以实现的技术方案是其模型的建立过程包括(1) 自适应前照灯系控制模块ECU中的MCU通过输入调理模块接收来自于车身传感 器的信号，还通过连接线路接收来自于车灯、车底盘、避震系统、车轴部件和方向盘的信 号，最终得到该车辆的一组运动特征参数，所述一组运动特征参数包括//——照灯下边缘的高度(m); W——车辆的转弯半径(m);丄——车辆轴距；尺——转向特征系数；/>—一车灯光轴到车辆轴距中心的距离；Z)——车灯照明距离；并定义e——最大车灯水平偏转角度；"——相当于100x //的允许角度(deg);(2) 建立车灯的水平方向偏转模型 确定车灯的近似转向系近似模型为<formula>formula see original document page 7</formula>(1)其中——车辆转向角函数；由于不同车辆的转向齿轮传动比不同，车辆转向角函数可以由下式得到<formula>formula see original document page 7</formula> (2)由式(1)和(2)可得<formula>formula see original document page 7</formula> (3)其中；c,W——方向盘转角输入函数；由自适应前照灯系提前一定时间照明的要求可得<formula>formula see original document page 7</formula>, (4)其中x。(f)——车灯偏角输出函数；力)——车速函数; 由式(3)和式(4)可以得到;c。(,)和;c,( )之间的关系为:<formula&g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应前照灯系的运动学模型，其模型的建立过程包括：　（１）自适应前照灯系控制模块ＥＣＵ中的ＭＣＵ通过输入调理模块接收来自于车身传感器的信号，还通过连接线路接收来自于车灯、车底盘、避震系统、车轴部件和方向盘的信号，最终得到该车辆的一组运动特征参数，所述一组运动特征参数包括：　Ｈ－照灯下边缘的高度（ｍ）；　Ｒ－车辆的转弯半径（ｍ）；　Ｌ－车辆轴距；　Ｋ－转向特征系数；　Ｐ－车灯光轴到车辆轴距中心的距离；　Ｄ－车灯照明距离；　并定义：　θ－最大车灯水平偏转角度；　α－相当于１００×Ｈ的允许角度（ｄｅｇ）；　（２）建立车灯的水平方向偏转模型：　确定车灯的近似转向系近似模型为：　Ｒ＝Ｌ／ｔａｎα（ｔ）　（１）　其中：α（ｔ）－车辆转向角函数；　由于不同车辆的转向齿轮传动比不同，车辆转向角函数可以由下式得到：　α（ｔ）＝Ｋｘ↓［ｉ］（ｔ）　（２）　由式（１）和（２）可得：　Ｒ＝Ｌ／ｔａｎ　Ｋｘ↓［ｉ］（ｔ）　（３）　其中：ｘ↓［ｉ］（ｔ）－方向盘转角输入函数；　由自适应前照灯系提前一定时间照明的要求可得：　Ｒ.ｘ↓［ｏ］（ｔ）＝∫ｖ（ｔ）ｄｔ　（４）　其中：ｘ↓［ｏ］（ｔ）－车灯偏角输出函数；ｖ（ｔ）－车速函数；　由式（３）和式（４）可以得到ｘ↓［ｏ］（ｔ）和ｘ↓［ｉ］（ｔ）之间的关系为：　ｘ↓［ｏ］（ｔ）＝１／Ｌ.ｔａｎ　Ｋｘ↓［ｉ］（ｔ）.∫ｖ（ｔ）ｄｔ　（５）　根据下列式（６）得出α数值：　α＝ａｒｃｓｉｎ（５０×Ｈ／Ｒ）　（６）　确定最大车灯水平偏转角度θ，满足条件：θ＜α；　（３）建立车灯的垂直方向偏转模型：　由车灯的安装位置，即：Ｐ－车灯光轴到车辆轴距中心的距离和Ｈ－照灯下边缘的高度（ｍ），可得：　ｔａｎ　ｙ↓［ｉ］（ｔ）＝Ｈ（ｔ）／Ｐ　（７）　其中：ｙ↓［ｉ］（ｔ）－车身倾角输入函数；Ｈ（ｔ）－车灯光轴距地面高度函数；　由自适应前照灯系垂直特性可得：　ｔａｎ　ｙ↓［ｏ］（ｔ）＝Ｈ（ｔ）／Ｄ　（８）　由式（７）和（８）可以得出ｙ↓［ｏ］（ｔ）和ｙ↓［ｉ］（ｔ）之间的关系如下：　ｙ↓［ｏ］（ｔ）＝ａｒｃｔａｎ（Ｐ／Ｄｔａｎ　ｙ↓［ｉ］（ｔ））　（９）　其中：ｙ↓［ｏ］（ｔ）－车灯垂直输出偏角；　（４）建立自适应前照灯系的整体运动模型：　综合上述车灯水平和垂直方向偏转模型，得出自适应前照灯系的整体运动模型为：　＊＊＊　（１０）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚进峰，曹健，戎辉，黄森仁，
申请(专利权)人：中国汽车技术研究中心，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]