莫舒玥，林土淦

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530021）

1 研究目的

很多駕駛員在夜間行車(chē)時(shí)有開(kāi)遠(yuǎn)光燈的習(xí)慣，以此獲得更好的視野，但是卻沒(méi)有在會(huì)車(chē)前自覺(jué)關(guān)閉遠(yuǎn)光，開(kāi)啟近光燈，因此遠(yuǎn)光燈的高亮度往往造成對(duì)向車(chē)輛的駕駛員視線(xiàn)不良甚至是炫目，由此導(dǎo)致夜間的交通事故。基于駕駛員的這一不良駕駛習(xí)慣，除了在交通執(zhí)法上加強(qiáng)力度之外，汽車(chē)設(shè)計(jì)專(zhuān)家們也在研究在汽車(chē)上安裝針對(duì)夜間行車(chē)會(huì)車(chē)時(shí)能夠自動(dòng)進(jìn)行遠(yuǎn)近光切換的裝置。

國(guó)內(nèi)外一些汽車(chē)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)方面研究或運(yùn)用。

美國(guó)凱迪拉克汽車(chē)裝配的前照燈自動(dòng)變光器件。通過(guò)具有光敏電阻的自動(dòng)變光器作為傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)前照燈自動(dòng)變光功能，其基本原理是由光照強(qiáng)度傳感器檢測(cè)對(duì)方來(lái)車(chē)的光照強(qiáng)度，隨著光照強(qiáng)度的變化，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，控制模塊根據(jù)這一信號(hào)變化控制遠(yuǎn)光、近光電路的導(dǎo)通與斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光的自動(dòng)變換[1]。

2006年，美國(guó)福特公司設(shè)計(jì)了一輛概念車(chē)，這款車(chē)中將智能前大燈技術(shù)推向了現(xiàn)代化，不僅節(jié)能而且環(huán)保[2]。

大連市的陳立杰發(fā)明的一種汽車(chē)燈光自動(dòng)控制器，“會(huì)車(chē)燈亮度自動(dòng)控制器”，專(zhuān)利號(hào)：ZLD3213613.7，可實(shí)現(xiàn)在兩車(chē)會(huì)車(chē)時(shí)自動(dòng)將遠(yuǎn)光燈轉(zhuǎn)為近光燈。

上海同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院英飛凌實(shí)驗(yàn)室的吳志紅、顧云峰、宮江海、毛明平等幾位專(zhuān)家基于英飛凌C167CS微控制器及智能功率器件設(shè)計(jì)的“基于C167CS及智能功率器件的汽車(chē)燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”高端車(chē)用燈光控制模塊[3]。

重慶一企業(yè)發(fā)明的自動(dòng)開(kāi)關(guān)和變光的智能汽車(chē)燈光控制系統(tǒng)，其不僅可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)照明燈光，還可根據(jù)汽車(chē)所處環(huán)境智能變光，選擇開(kāi)閉儀表燈、近光燈或者遠(yuǎn)光燈。

通過(guò)查閱大量的資料，并進(jìn)行了前期的理論研究，課題組成員認(rèn)為設(shè)計(jì)一個(gè)夜間會(huì)車(chē)遠(yuǎn)近光自動(dòng)控制系統(tǒng)是可行的。

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 控制原理

利用光照強(qiáng)度傳感器感應(yīng)前方車(chē)輛燈光強(qiáng)度，光照強(qiáng)度傳感器依據(jù)光電效應(yīng)工作，入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大[4]。光照強(qiáng)度傳感器這一特性接收到對(duì)向車(chē)輛的燈光強(qiáng)度變化即引起電阻值的變化，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)隨即送往控制模塊進(jìn)行處理，控制模塊接收信號(hào)后，按照程序控制遠(yuǎn)近燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

對(duì)加裝本系統(tǒng)的車(chē)型燈光控制數(shù)據(jù)格式進(jìn)行分析，找到開(kāi)、關(guān)遠(yuǎn)光燈的 CAN數(shù)據(jù)幀開(kāi)關(guān)記錄下來(lái)，并記錄編程。當(dāng)檢測(cè)到對(duì)向車(chē)輛的光照強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)就會(huì)發(fā)送我們關(guān)遠(yuǎn)光開(kāi)近光指令；從而實(shí)現(xiàn)通過(guò) CAN網(wǎng)絡(luò)的形式達(dá)到控制汽車(chē)遠(yuǎn)近燈光切換的動(dòng)作。

2.2 夜間會(huì)車(chē)遠(yuǎn)近光自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件部分

軟件部分主要分為兩塊，一塊是電源電路控制系統(tǒng)，電源電路主要為單片機(jī)系統(tǒng)提供穩(wěn)定3.3伏電壓，確保主控制電路正常工作。如圖1所示。

圖1 電源電路

汽車(chē)電源ON提供12V電壓通過(guò)R11限流電阻后，由電容C145濾波，送至78m05三端穩(wěn)壓管后變?yōu)?V電壓，該電壓經(jīng)過(guò)電容C112、C11濾波，再經(jīng)過(guò)TVS6二極管吸能濾波，送至AMS117三端穩(wěn)壓管U4，三端穩(wěn)壓管U4輸出3.3V標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電壓。該電壓再經(jīng)過(guò)電容C5、C6濾波后為單片機(jī)等芯片供電。

還有一塊是主控電路板（單片機(jī)），主要實(shí)現(xiàn)接收電阻信號(hào)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，對(duì)比系統(tǒng)設(shè)定的遠(yuǎn)近光切換數(shù)據(jù)，達(dá)到該值（145/cd）則將遠(yuǎn)光切換成近光。低于該值(145/cd)則保持遠(yuǎn)光或從近光切換成遠(yuǎn)光。如圖2單片機(jī)控制模塊電路。本模塊通過(guò)光照強(qiáng)度傳感器采集到對(duì)向車(chē)輛燈光照射過(guò)來(lái)的光線(xiàn)強(qiáng)度，單片機(jī)通過(guò)發(fā)送CAN數(shù)據(jù)幀到汽車(chē)的CAN網(wǎng)絡(luò)，對(duì)對(duì)向車(chē)輛燈光亮度進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)分析可以間接估算對(duì)向車(chē)輛與本車(chē)之間的距離，當(dāng)光強(qiáng)大于一定值(145/cd)，車(chē)輛燈光控制模塊接收到該關(guān)閉遠(yuǎn)光燈開(kāi)啟近光燈的CAN數(shù)據(jù)指令，執(zhí)行關(guān)遠(yuǎn)光，開(kāi)近光的動(dòng)作，完成遠(yuǎn)近燈光的切換。

圖2 單片機(jī)控制模塊電路

圖 2單片機(jī)控制模塊電路由 U9--單片機(jī) STM32F103 VET6、U8--CAN收發(fā)器J1050、Y1-晶振電路、電源電路、U10-光照強(qiáng)度傳感器構(gòu)成。U9--單片機(jī)STM32F103VET6負(fù)責(zé)讀取U10-光照強(qiáng)度傳感器的采集信息，并對(duì)光強(qiáng)度信息進(jìn)行分析后判斷是否關(guān)遠(yuǎn)光開(kāi)近光，如果符合此條件，則U9--單片機(jī) STM32F103VET6和通過(guò)內(nèi)置的 CAN控制器和U8--CAN收發(fā)器J1050向汽車(chē)的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)發(fā)送關(guān)遠(yuǎn)光開(kāi)近光的 CAN指令，當(dāng)原車(chē)的燈光控制單元接收到該控制指令后就執(zhí)行關(guān)遠(yuǎn)光開(kāi)近光的操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換遠(yuǎn)近燈光的功能。

2.3 夜間會(huì)車(chē)遠(yuǎn)近光自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件部分

圖3 遠(yuǎn)近光自動(dòng)切換控制系統(tǒng)

圖3為夜間會(huì)車(chē)遠(yuǎn)近光自動(dòng)切換控制系統(tǒng)，圖中紅色線(xiàn)為1號(hào)ACC電源線(xiàn)，用途是給系統(tǒng)提供電量保持正常工作；黑色線(xiàn)為2號(hào)搭鐵線(xiàn)，為系統(tǒng)與車(chē)身搭鐵形成回路，搭鐵位置為汽車(chē)駕駛室車(chē)身內(nèi)部；3號(hào)為系統(tǒng)自動(dòng)控制切換開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)駕駛員自動(dòng)或手動(dòng)控制本系統(tǒng)的工作；4號(hào)為本系統(tǒng)的保險(xiǎn)，保障電量過(guò)大或過(guò)小時(shí)切斷本系統(tǒng)與汽車(chē)點(diǎn)煙器接頭處的連接；5號(hào)紫色線(xiàn)為控制模塊CAN-H（高電壓），6號(hào)白色線(xiàn)為控制模塊 CAN-L（低電壓），兩條線(xiàn)分別連接汽車(chē)OBD診斷接頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)遠(yuǎn)近光的自動(dòng)控制；7號(hào)為主控電路板即單片機(jī)控制模塊，實(shí)現(xiàn)接收8號(hào)光照強(qiáng)度傳感器的信號(hào)，進(jìn)行光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的處理，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的遠(yuǎn)近光切換的設(shè)定值判斷是否達(dá)到切換標(biāo)準(zhǔn)，如果達(dá)到則控制模塊通過(guò) OBD向汽車(chē)遠(yuǎn)近光控制電路發(fā)送切換指令，完成操作。

3 裝車(chē)實(shí)驗(yàn)

3.1 測(cè)試原理

1）測(cè)試車(chē)輛：兩臺(tái)馬自達(dá)CX5（1號(hào)測(cè)試車(chē)為安裝遠(yuǎn)近光自動(dòng)控制系統(tǒng)的測(cè)試車(chē)輛，2號(hào)測(cè)試車(chē)為模擬對(duì)向來(lái)車(chē)光照）。

2）測(cè)試燈類(lèi)型：氙氣大燈。

3）測(cè)試地點(diǎn)：南寧宏基工業(yè)園。

實(shí)驗(yàn) 1：將夜間汽車(chē)會(huì)車(chē)遠(yuǎn)近光自動(dòng)控制系統(tǒng)安裝于汽車(chē)上，光照強(qiáng)度傳感器用夾子安裝于汽車(chē)擋風(fēng)玻璃后車(chē)內(nèi)后視鏡位置，再通過(guò)另一臺(tái)車(chē)輛模擬對(duì)向來(lái)車(chē)，在測(cè)試車(chē)輛前方50米處進(jìn)行前方正負(fù)30°角的光強(qiáng)度模擬測(cè)試，模擬夜間一般路況下的會(huì)車(chē)情況，獲得一組測(cè)試數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)2：再進(jìn)行測(cè)試車(chē)輛正前方30米至150米會(huì)車(chē)情況對(duì)向車(chē)輛光照強(qiáng)度測(cè)試，通過(guò)模擬測(cè)試獲得150米距離內(nèi)對(duì)向車(chē)輛燈光的強(qiáng)度，也獲得一組數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)設(shè)定150米控制模塊切換遠(yuǎn)近光的光強(qiáng)度信號(hào)，由此獲得對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，確定會(huì)車(chē)距離150米左右時(shí)開(kāi)關(guān)近光燈的CAN數(shù)據(jù)幀，并記錄編程，對(duì)比原車(chē)開(kāi)、關(guān)遠(yuǎn)近光的 CAN數(shù)據(jù)幀，當(dāng)光照強(qiáng)度傳感器采集到的光強(qiáng)度高于設(shè)定值時(shí)，控制模塊執(zhí)行關(guān)遠(yuǎn)光、開(kāi)近光的操作，當(dāng)采集到的光強(qiáng)度低于設(shè)定值時(shí)，控制模塊執(zhí)行關(guān)近光、開(kāi)遠(yuǎn)光的操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光自動(dòng)切換。

3.2 測(cè)試數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)1測(cè)試距離：汽車(chē)正前方 50M

圖4 測(cè)試車(chē)輛前方50米正負(fù)30°光強(qiáng)度測(cè)試

表1 測(cè)試車(chē)輛前方50米正負(fù)30°角光強(qiáng)度測(cè)試

1號(hào)測(cè)試車(chē)輛前方50m處，2號(hào)測(cè)試車(chē)模擬會(huì)車(chē)車(chē)輛在前方正負(fù)30度角的范圍內(nèi)（測(cè)試角度范圍達(dá)到60°）進(jìn)行光照強(qiáng)度測(cè)試，每相隔 5°測(cè)試一個(gè)數(shù)據(jù)，分別測(cè)試兩次，計(jì)算得出表1中平均值（平均光照強(qiáng)度）。

實(shí)驗(yàn)2測(cè)試距離：汽車(chē)正前方 30m——150m

圖2 測(cè)試車(chē)輛前方30m-150m光強(qiáng)度測(cè)試

?

測(cè)試1號(hào)測(cè)試車(chē)輛前方，2號(hào)測(cè)試車(chē)模擬會(huì)車(chē)車(chē)輛在前方30m-150m范圍內(nèi)進(jìn)行光照強(qiáng)度測(cè)試，每相隔10m測(cè)試一個(gè)數(shù)據(jù)，分別測(cè)試兩次，主要取100m-150m的距離為主要光照強(qiáng)度數(shù)值，計(jì)算得出表2中平均值（平均光照強(qiáng)度）。

3.3 測(cè)試結(jié)果分析

由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析，在測(cè)試車(chē)輛前方正負(fù)30°范圍內(nèi)測(cè)試光強(qiáng)度，模擬車(chē)輛在直路或彎道會(huì)車(chē)，正負(fù)30°范圍包括了正常的彎道，由測(cè)試數(shù)據(jù)分析，測(cè)試車(chē)輛內(nèi)的光照強(qiáng)度傳感器均能正常獲取到會(huì)車(chē)時(shí)對(duì)向車(chē)輛的燈光。

測(cè)試車(chē)輛前方30m-150m光照強(qiáng)度測(cè)試，獲取到了會(huì)車(chē)車(chē)輛在不同間隔距離車(chē)燈的光照強(qiáng)度，用于確定相隔 150m處對(duì)向車(chē)輛燈光的一般強(qiáng)度，光照強(qiáng)度為145/cd，將此數(shù)據(jù)作為控制模塊控制遠(yuǎn)近光切換的基本信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到光照強(qiáng)度高于 145/cd時(shí)，控制模塊發(fā)出指令開(kāi)啟近光模式，低于145/cd執(zhí)行開(kāi)遠(yuǎn)光的操作。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的夜間會(huì)車(chē)遠(yuǎn)近光自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)切換開(kāi)關(guān)，方便駕駛員選擇手動(dòng)或自動(dòng)切換模式，在無(wú)路燈的高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路或鄉(xiāng)間道路，無(wú)路燈的干擾，可以選擇自動(dòng)控制模式；在市區(qū)道路有路燈的情況下可以選擇手動(dòng)模式，由駕駛員自己進(jìn)行遠(yuǎn)近光切換控制，因此該系統(tǒng)比較靈活。

由測(cè)試結(jié)果得知，本系統(tǒng)基本上能實(shí)現(xiàn)會(huì)車(chē)時(shí)距離在150m時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光自動(dòng)切換操作。由于測(cè)試車(chē)輛安裝的是氙氣燈，亮度較高，設(shè)定150m處檢測(cè)到的光照強(qiáng)度值145/cd，但有些汽車(chē)的車(chē)燈亮度下降或者安裝的是鹵素大燈，則光照強(qiáng)度有所下降，因此，檢測(cè)到光照強(qiáng)度達(dá)到145/cd的距離比氙氣燈距離要短，因此允許出現(xiàn)有些車(chē)輛在100m-150m的會(huì)車(chē)距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光的切換。

參考文獻(xiàn)

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