基于MATLAB的汽车前照智能大灯设计
摘要：根据汽车转向和停车视距随车速变化的规律，建立了弯道随动系统的控制模型，并采用Matlab/Simulink设计仿真程序对其进行模拟。仿真结果表明，所搭建的系统模型能较好的实现预期结果。
Design Based MatlabFor Automotive
Intelligent Front Light System Abstract: According to the vehicle steering and the stopping sight distance change with speed, bend servo system control model of frontlight intelligent system is established and using Matlab /Simulink program to simulate. The results show that the built system model can better achieve the expectations.
一、前言
1.1 AFS国内外现状
汽车行驶安全是当今世界研究的一大主题，而夜间行车照明不佳是导致交通事故的主要原因。研究表明，82%的汽车都是在夜间照明状况不佳的情形下发生。据相关文献统计显示，夜间行车发生重大事故的次数的比例约为白天的1.5倍，而且60%的事故是发生在照明不佳的弯道处[1]。为了改善汽车照明状况，近些年出现了汽车自适应前照大灯系统AFS（Adaptive Frontlight System）。
AFS前照灯系统是车灯技术的一项重大突破，它使夜间行车的安全性得到了飞跃性的提高，同时也大大提升了行车照明的舒适性，这一点已在世界各大汽车厂商中达成共识。对于AFS前照灯系统的研究
在国外已经取得了很大进展，技术方面相对成熟，日本、欧美等国家地区的知名汽车制造商都相继推出了AFS产品，并装配在高档和部分中低档轿车中，如奥迪A8、奔驰E系和M系、BWM5系等。
近年来国内也有多家厂商和机构展开了对AFS的研究，并取得了巨大的进展，许多已经装车配备。如北京经纬恒润科技所生产的AFS 产品已装在长城汽车的H2、H6、H8和一汽轿车的奔腾B90、X80、红旗H7等车中，并成为长城、一汽、北汽等汽车厂商的唯一供应商。
现有AFS系统都不是真正意义上的自适应前照灯系统。真正意义上的AFS系统应是随动转向照明、高速公路照明、城镇乡村照明和不利天气照明功能的集合，并且车辆能根据所检测到的车身和环境状况自动选择工作模式[2−3]。但是由于汽车的工作状况十分复杂，在技术上实现真正意义上的AFS仍有许多难题需要攻克，因此真正意义上的AFS的出现还需各个厂家和研究机构继续努力。本文也仅仅论述了汽车前照大灯弯道随动系统的设计。
1.2 AFS工作原理
现如今较成熟的AFS系统具有两个步进电机，一个用于控制水平方向的大灯旋转，一个用于控制灯光轴
线与水平方向的夹角，这两个步进电机使得汽车前照灯系统能根据车辆状况和外界环境如负载、车速、天气、坡道和弯道等的变化自动调节车灯照射距离和角度，以适应各种道路条件下的汽车安全照明。
AFS通过传感器检测到车速、方向盘转角等信息后输送至ECU中，并通过内部算法计算出水平方向上需要调整的角度，最后转化为步进
电机的旋转信号输送至安装在大灯下方的步进电机使其旋转相应的角度。水平方向调整的示意图如图1.1和1.2。
图1.1无弯道随动系统
中华汽车配件
图1.2 有弯道随动系统
AFS通过传感器检测到车身纵向倾角的变化，通过ECU控制高度方向上步进电机旋转调节灯光轴线的倾角，其示意图见图1.3和1.4。
图1.3无车身纵倾调光功能
图1.4有车身纵倾调光功能
从上图示意图可以看出，弯道随动系统可以让司机清楚观察道路状况，降低了事故发生的可能性。因此，设计汽车前照大灯弯道随动系统是非常有必要的。
二、前照灯偏转角的计算
2.1 转向模型的建立
本文采用阿克曼转向模型，并假设：
1.车体刚性；
2.车轮纯滚动；
3.不考虑轮胎的变形；
其转向示意图见图2.
图2.1 阿克曼转向模型
图中δ表示转向轮平均转向角，L表示汽车轴距，D表示轮距，R 为转向半径。阿克曼转向模型指汽车转弯时所有车轮均围绕一个圆心转动，且该圆心在汽车后轴轴线上。
由图2.1可以得出，转向半径R与转向轮平均转角δ的关系为
R=L/tanδ——2.1
2.2 停车视距的拟合函数
前照大灯弯道随动系统工作原理是根据汽车行驶速度及方向盘转角确定转弯半径，并以保证安全性的距离点与车头中点做直线与从车头中点做转弯弧线的切线的夹角作为前照大灯灯光轴线旋转的角度。调查研究表明，在紧急情况下，驾驶员倾向于采取制动措施[4]。制动距离为从驾驶员开始操纵制动装置到汽车完全停止所驶过的距离，而停车视距为驾驶员自观察到障碍物时起到障碍物前安全停车所需的最短行车距离。因此此处保证安全性的距离选择停车视距。
道路设计时速与停车视距的关系见表2.1：