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
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/jki.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。
前照灯控制模块主要包括调整灯光左右随动的步进电机。AFS主控制器包括微控制器、信号处理电路、电机控制电路、指示部分电路及开关电路。传感器模块包括速度传感器模块和方向盘转角处理模块。
1.1汽车行驶速度测量电路设计
根据霍尔传感器的工作原理，为让霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。于是可把霍尔传感器安装
在汽车的后轮上，以实现对汽车行驶速度的测量。
图1自适应前照灯控制系统的结构
为了保证汽车车轮转动的圈数和强磁材料转动的圈数相同，把霍尔传感器安装在汽车车轮中间轴承上不旋转的部分，而在车轮的轮毂上安装强磁材料。这样安装后强磁材料就会随着汽车车轮一起转动，每当强磁材料转过一周后霍尔元件的磁阻就会发生变化，由于霍尔传感器的磁阻发生了变化，就会使霍尔传感器的信号线输出也发生变化。
传感器无脉冲信号时为低电平输出，当汽车车轮转动一周时传感器就会产生一个脉冲信号，例如在主控制器的一个计数周期内，通过脉冲信号的数量进而确定车轮转动的的圈数，若产生N个脉冲信号，则汽车转动的圈数为N，又已知汽车车轮半径为R，通过公式可得汽车车轮转动一圈的时候汽车前进的距离L0=2πR。所以在一个计数周期内汽车转动N转，则前进距离L N=2NπR。根据以上数据即可计算出汽车的轮
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＊［基金项目］山东省大学生创新创业训练计划项目（编号：S202110452025）
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新
2022年第08期
·61·速V =2N πR /T 。
1.2方向盘转角信号的采集电路
采用电位器模拟转角信号，模拟信号均为0～5V 线形变化电压信号，这就需要进行AD 转换，本系统用PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS 数据获取器件。
PCF8591具有单电源，工作电源电压为2.5～6V ，低待机电流，通过12c 总线串行输入/输出，地址由3个硬件地址引脚决定，采样率由12c 总线速度决定，给出4个模拟输入，可编程为单端或差分输入、可选择自动递增通道、模拟电压范围从V ss 到V dd 、片上跟踪和保持电路、8位逐次逼近A/D 转换、一个DAC 模拟输出的特性信号采集电路图如图2
所示。
图2方向盘转角信号的采集电路
1.3控制电路的设计
基于系统架构，设计了电机旋转角度控制系统硬件平台。控制器主要负责控制电机驱动器、CAN 总线以及旋转角度感器，控制芯片为MC9S12XS128，该控制器内部集成了CAN 、LIN 双总线收发器以及12位精度ADC 转换器，主频达到90MHz ，完全能够满足系统的需求。为了增强系统的兼容性，降低车身线束复杂程度，旋转角度控制系统的数据传输使用CAN 总线实现。对电机旋转角度测量的采用M
URAT 公司的防尘型旋转角度传感器SV01A103。SV01A103的测量范围为0°～360°，输出信号为0～5V 模拟量。电机驱动模块采用7TPSM4220集成微型步进电机驱动器，该步进电机驱动器可同时驱动两路步进电机[3]。
转向自行机构系统电路结构图如图3所示。2自适应前照灯系统的控制策略
自适应前照灯的工作原理是：在车辆经过弯道或变更车道等情况下，需要观察车辆即将经过地区的路况时，MCU 通过采集汽车的行车速度和方向盘转角的变化，判断是否需要对前照灯进行水平调节，并进一步计算出两灯在左右方向上的调节角度，然后转换成各步进电机运动状态控制参数，步进电机按照参数进行运动，从而完成对灯光的调节[4]。
当车辆遇到前方发生事故，前车突然变道或转向
等紧急状况时通常需要驾驶员紧急制动来解决，自适应前照灯系统可以采集车辆方向盘旋转角度、汽车速度等一系列车辆数据来计算车辆灯光的偏转角度，使驾驶员可以更好地观察路面情况，从而满足车辆应对紧急状况的需要。
图3转向自行机构系统电路结构图
2.1前照灯转弯水平方向偏转模型设计
前照灯转弯水平方向偏转模型如图4
所示。
图4
前照灯转弯水平方向偏转模型
由圆弧长公式和前照灯转弯水平方向偏转模型图中的几何关系可得L =2Rφ，其中L 为圆弧长[5]。
由转弯时系统的照明要求可得：
L =Vt +S
（1）
式（1）中：V 为车速；t 为反应时间；S 为制动距离。
转弯半径为：
R =L 轴/sin β
（2）
式（2）中：L 轴为汽车轴距；β为车轮转过角度。
方向盘和车轮转角的关系为：
β=Kα
（3）
式（3）中：K 为转向特征系数；α为方向盘转角。
可得φ=sin （Kα）（Vt +S /2L 轴）。
此表达式即为计算前照灯转向转角的经验公式，也是前照灯左右随动转角控制策略的重要依据。2.2水平转弯模式补偿算法及程序实现
系统检测到汽车的转向盘转动，则判断汽车进入
AFS 主控制器
CAN BUS 控制器MC9S12XS128最小系统CAN BUS 控制器MC9S12XS128最小系统左前照灯
SPWM ADC
右前照灯
SPWM ADC
线缆
旋转角度
采集电路线缆线缆
旋转角度
采集电路
线缆步进电机驱动器
步进电机驱动器
CAH_H
CAH_L
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水平转弯模式的时候，此时通过汽车转向盘转动角度和汽车的速度计算出自适应前照灯的补偿角度，随即调整前照灯执行左右转动模式，使得自适应前照灯系统实现弯道内侧水平方向盲区补偿，水平方向角度补偿算法程序流程如图5所示。
图5水平方向角度补偿算法程序流程图
3结束语
本文研究了汽车弯道自适应照明系统的控制原理，建立了AFS系统的数学模型，并给出了系统的总体设计方案。汽车自适应前照灯对于改善夜间弯道灯光利用效率差、夜间经过弯道存在盲区等问题有着很大作用，对于今后AFS的研究有着重要意义。
中国的AFS系统还存在很大的发展空间，有很多方面需要改进。可以从以下2点进行优化升级：利用LED灯进行灯光的照射范围调节，以适用于不同道路的灯光要求，如乡间小道、高速公路等；利用GPS的定位系统完成信息采集，再根据目的地的导航做到全自动自适应前照灯。
参考文献：
［1］德国BOSGH公司.汽车电气与电子［M］.魏春园，等译.北京：北京理工大学出版社，2004．
［2］谢明志.主动式灯头控制系统之研究［D］.台湾：大叶大学，2003．
［3］李礼夫，邓前.汽车自适应前照灯转弯模式的数学模型研究［J］.汽车技术，2010（10）：43-46.［4］李礼夫，邓前.汽车自适应前照灯的夜间转弯特性研究［J］.照明工程学报，2010，21（4）：32-36.［5］房旭，姚勇，刘军，等.智能汽车前照灯系统（AFS）研究［J］.天津汽车，2006（4）：17-20，24.————————
作者简介：郭海（2001—），男，临沂大学本科生，研究方向为机械电子。
汽车方向盘通讯作者：陈佩江（1977—），男，临沂大学教授，研究方向为智能汽车。
〔编辑：王霞〕
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息部门的工作人员，进行特定的信息安全教育，提高其算法素养、数据素养，增强工作人员对信息保密的意识和处理信息资源威胁的能力。
4.3共建信息安全环境，提高全民媒介素养
5G时代下，“赛博人”一词成为大众的代名词，手机上网习以为常，泛滥于网络的、隐私泄露等现象重现。面对大众隐私泄露、个人信息被滥用等现象，网上政务处理、电商等平台与公民个人信息安全息息相关。因此，政府和各类平台应当给予足够的重视。
对于三大运营商来说，在资金和技术方面占有较大优势。应及时开发信息安全类产品或相关解决方案，保护用户个人信息安全，为大众提供一个信息安全的环境。同时，近些年各种网络安全事件层出不穷，可以看出大众普遍缺乏信息安全相关知识，社会缺乏信息安全人才培养教育体系。大到社会组织，小到个人，应提高信息安全知识，提高媒介素养，应积极与政府配合，加强信息安全方面的教育。
5结语
智慧城市作为信息技术3.0时代新兴产物，展现了
大众新型的生活形态。智慧城市与信息技术同步发展，其中信息安全问题也才刚刚开始。从近年来在智慧城市建设中出现的信息安全问题来看，实现信息安全建设和发展需要政府、企业、居民三者共同努力。
参考文献：
［1］范渊.智慧城市与信息安全［M］.北京：电子工业出版社，2016.
［2］池天河，彭玲，杨丽娜.智慧城市空间信息公共平台［M］.北京：科学出版社，2015.
［3］金江军，郭英楼.智慧城市：大数据、互联网时代的城市治理［M］.北京：电子工业出版社，2016.［4］蒙婷婷.智慧城市信息安全体系构建研究［D］.
长春：吉林财经大学，2018.————————
作者简介：赵心铭（1996—），女，辽宁鞍山人，辽宁工业大学在读研究生，研究方向为新媒体技术与广告传播。陈爽（1979—），女，辽宁兴城人，硕士，教授，硕士研究生导师，研究方向为广告理论、新媒体传播。
〔编辑：丁琳〕
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转向盘转角计算左右前照灯转角执行机构执行
转角是否达到
预设值
结束Y
N
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