ALS自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)簡介.doc

AFS專論1AFS自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)簡介 AFS（Adaptive Front Lighting System） 自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)簡介AFS是指能自動改變兩種以上的光型以適應(yīng)車輛行駛條件變化的前照燈系統(tǒng)。1AFS是目前國際在車燈照明領(lǐng)域最新的技術(shù)之一，同時也是一個和行車安全息息相關(guān)的主動式安全系統(tǒng)。AFS研發(fā)背景 傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)是由：近光燈、遠光燈、行駛燈和前霧燈組合而成。在城市道路行駛并且限速的情況下，主要采用近光；在鄉(xiāng)間道路或者高速公路上高速行駛的時候，主要采用遠光；霧天行駛的時候，應(yīng)該打開霧燈；白天行駛，應(yīng)該打開行駛燈（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）。但是實際的使用中，傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)存在著諸多問題。例如，現(xiàn)有近光燈在近距離上的照明效果很不好，特別是在交通狀況比較復(fù)雜的市區(qū)，經(jīng)常會有很多司機在晚上將近光燈、遠光燈和前霧燈統(tǒng)統(tǒng)打開；車輛在轉(zhuǎn)彎的時候也存在照明的暗區(qū)，嚴(yán)重影響了司機對彎道上障礙的判斷；車輛在雨天行駛的時候，地面積水反射前燈的光線，產(chǎn)生反射眩光等等。 歐洲汽車照明研究機構(gòu)曾經(jīng)就此作過做專項調(diào)查，結(jié)果顯示，歐洲司機們最希望改善的是陰雨天氣積水路面的照明，排在第二位的是鄉(xiāng)村公路的照明，接下來依次是彎道照明、高速公路照明和市區(qū)照明。1 上述這些問題的存在，就使得研制一種具有多種照明功能的前照燈成為必要，并且這些功能的切換，出于安全上的考慮，必須是自動實現(xiàn)的。所以歐洲和日本相繼研制了這種自動適應(yīng)車輛行駛狀態(tài)的前照燈系統(tǒng)AFS（自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)）。AFS功能簡介陰雨天氣的照明： 如圖1、圖2所示，陰雨天氣，地面的積水會將行駛車輛打在地面上的光線，反射至對面會車司機的眼睛中，使其目眩，進而可能造成交通事故。AFS有效的解決方法是：前燈發(fā)出如圖所示的特殊光型，減弱地面可能對會車產(chǎn)生眩光的區(qū)域的光強。1圖1雨天積水反射的AFS光線（側(cè)視）圖2雨天積水對AFS光線的反射（俯視）鄉(xiāng)村道路的照明： 在環(huán)境照明不好的鄉(xiāng)村道路上高速行駛的車輛，需要的是照得遠，照得寬的前照燈。同時AFS也不能產(chǎn)生使對面會車司機眩目的光線。轉(zhuǎn)彎道路的照明： 如圖3所示，傳統(tǒng)前燈的光線因為和車輛行駛方向保持著一致，所以不可避免的存在照明的暗區(qū)。一旦在彎道上存在障礙物，極易因為司機對其準(zhǔn)備不足，引發(fā)交通事故。AFS解決的方法是：車輛在進入彎道時，產(chǎn)生如圖4所示旋轉(zhuǎn)的光型，給彎道以足夠的照明。2圖3傳統(tǒng)前燈的彎道照明問題圖4AFS的彎道旋轉(zhuǎn)照明 高速公路的照明： 車輛在高速公路上行駛，因為具有極高的車速，所以需要前照燈比鄉(xiāng)村道路照得更遠，照得更寬。而傳統(tǒng)的前燈卻存在著高速公路上照明不足的問題，如圖5所示。AFS采用了如圖6所示更為寬廣的光型解決這一問題。3圖5現(xiàn)有前燈在高速公路照明的問題圖6AFS在高速公路上的照明城市道路的照明： 城市中道路復(fù)雜、狹窄。傳統(tǒng)前照燈近光如圖7所示，因為光型比較狹長，所以不能滿足城市道路照明的要求。AFS在考慮到車輛市區(qū)行駛速度受到限制的情況下，可以產(chǎn)生如圖8所示的比較寬闊的光型，有效地避免了與岔路中突然出現(xiàn)的行人、車輛可能發(fā)生的交通事故。3 以上是AFS完整的功能，在實際使用中，歐洲和日本研發(fā)的AFS對以上功能各有取舍。圖7傳統(tǒng)前燈近光的照明的問題圖8AFS城市道路的照明AFS功能實現(xiàn) AFS是一個由傳感器組、傳輸通路、處理器和執(zhí)行機構(gòu)組成的系統(tǒng)。由于需要對多種車輛行駛狀態(tài)做出綜合判斷，客觀上決定了AFS是一個多輸入多輸出復(fù)雜的系統(tǒng)。圖9是德國HELLA公司AFS的系統(tǒng)簡圖：4圖9 HELLA的AFS模塊化系統(tǒng)簡圖 要實現(xiàn)不同的功能，AFS必須要從不同的傳感器取得不同的車輛行駛信息。比如，為了實現(xiàn)彎道旋轉(zhuǎn)照明的功能，除了要從車速傳感器獲取車速、方向盤角度傳感器獲取方向盤轉(zhuǎn)角、車身高度傳感器獲得車身傾斜角度以外，還必須通過一些特殊的傳感器，獲取車輛實際轉(zhuǎn)向角度的信息；為了實現(xiàn)陰雨天照明的功能，就要從濕度傳感器獲得是否陰雨的信息因為在通常的情況下，AFS所需獲得部分信息也被其他的控制系統(tǒng)采用，即AFS實際上要和其他的系統(tǒng)共用一些傳感器，所以，必須通過總線這一傳輸通路以后，才能實現(xiàn)這些傳感器信息的共享。 AFS接受到的信息，除了車速，車身轉(zhuǎn)角和車身傾斜角等等少數(shù)信息是可以定量的以外，其他傳感器發(fā)回的信息大多只能到定性的程度。諸如，地面平不平，雨下得大不大等等車身之外的環(huán)境信息，都是不能精確量化的。這就使得AFS的中央處理器能夠進行模糊的判斷。并且很多信息之間是相互關(guān)聯(lián)的。比如，在陰雨天氣，路面積水的情況下，車輛的轉(zhuǎn)角和晴天相比有極大的差異AFS的中央處理器不僅要做模糊的判斷，而且還要隨著這種環(huán)境的改變不斷的修整系統(tǒng)參數(shù)，這使得AFS最終成為一個自適應(yīng)的模糊系統(tǒng)。 AFS的執(zhí)行機構(gòu)是由一系列的馬達和光學(xué)機構(gòu)組成的。一般有投射式前照燈，對前燈垂直角度進行調(diào)整的調(diào)高馬達，對前燈水平角度進行調(diào)整的旋轉(zhuǎn)馬達，對基本光型進行調(diào)整的可移動光柵，此外還有一些附加燈如角燈等等。 下面以日本DENSO公司的AFS為例，進行簡要的說明：5 DENSO公司的AFS系統(tǒng)目前只能實現(xiàn)彎道照明的功能，所以其系統(tǒng)比較的簡單，如圖10所示。系統(tǒng)從方向盤角度傳感器、車體速度傳感器、車身高度位移傳感器分別取得轉(zhuǎn)向輪旋轉(zhuǎn)角度、車體速度和車身傾斜度的精確信息。其中角度和速度信息通過中央控制電路（圖11）精確計算以后產(chǎn)生輸出信號控制旋轉(zhuǎn)馬達（圖12）對前燈（投射式）進行水平旋轉(zhuǎn)，傾斜度信息控制調(diào)高馬達對前燈進行垂直旋轉(zhuǎn)。圖10DENSO公司AFS系統(tǒng)簡圖圖11DENSO的AFS控制電路圖12DENSO的AFS的旋轉(zhuǎn)馬達AFS發(fā)展現(xiàn)狀 據(jù)日本的DENSO公司宣稱，世界上第一個實際裝車的AFS是由他們在2003年2月份完成的。6目前筆者所掌握的一些資料顯示，德國的HELLA公司研發(fā)的系統(tǒng)和完整意義上的AFS最為接近，他們將在2005年，推出能夠?qū)崿F(xiàn)所有功能的AFS。4汽車照明的另一家公司法國的VALEO也開發(fā)了自己的AFS系統(tǒng)。7圖13 DENSO的AFS圖14HELLA的AFS圖15VALEO的AFS 圖13、14和15分別是三家裝車后AFS的外觀效果。 目前已經(jīng)有不少豪華車，諸如BMW5系、奔馳E級、奧迪A8、凌志R系列等等，開始加裝AFS系統(tǒng)。最近有消息說在天津投產(chǎn)的TOYOTA的MARK2也要安裝AFS。但相形見絀的是，國內(nèi)現(xiàn)在對AFS的研發(fā)還處在萌芽狀態(tài)，恐怕在這新的一輪汽車照明革命的浪潮中，不得不又處于非常不利的地位。1 Adaptive Front Lighting System, Eureka Project EU 1403, Presentation to 48th Session of GRE, 9-12 April 2002.2 Advanced Lighting Technology, AutoBusiness Ltd., Company Profiles.3 Modern Lighting Technology for the cars of today and tomorrow, Hella Corp.4 Technical Information ElectronicsLighting Electronics, Hella Corp., 2003.5 Adaptive Front Lighting System, Denso Products, Tokyo Motor Show 2003.6 DENSOs Lighting Technologies, Denso Corp., Company Profiles, 22 Oct 2004.7 Adaptive Front Lighting System (AFS)Bending Light, Valeo Sylvania, Company Profiles. 05-3-13AFS專論2AFS計算基礎(chǔ)2007-02-21 11:56 AFS專論2AFS計算基礎(chǔ) 目前研發(fā)的AFS系統(tǒng)要解決前述五大問題尚有難度，因為首要的難點就是缺乏有效、廉價的傳感器能對基本道路狀況的做出判斷。要完成路面積水、轉(zhuǎn)彎道路、高速公路、鄉(xiāng)村道路和城市道路的綜合識別，即便是采用下一代基于CCD的圖像識別技術(shù)還是一個不小的挑戰(zhàn)。 所以時下國外量產(chǎn)的AFS系統(tǒng)都是運用了間接判斷，有限的實現(xiàn)個別功能。如采用車身高度傳感器感知車身的縱傾角，使前燈保持和路面水平；采用方向盤轉(zhuǎn)角傳感器感知前輪轉(zhuǎn)角，結(jié)合車速判斷道路的彎曲狀況，實現(xiàn)彎道旋轉(zhuǎn)的功能；采用自動雨刮的濕度傳感器感知雨量，實現(xiàn)前燈反光遮擋的功能。本文結(jié)合各種傳感器就上述三個功能的基本計算輔以簡要的說明。車身縱傾調(diào)光功能： 車身會因為前后負載的不同，改變縱傾的角度，安裝在車身上的車燈射出光線的角度也會發(fā)生改變，對夜間行車安全產(chǎn)生不利的影響。如圖1所示，上部是正常的前燈出射角度和照明范圍，中下部分別是后傾和前傾情況下的前燈角度和照明范圍，其差異是非常明顯的。圖1車身縱傾對前燈照明產(chǎn)成的影響 另外，車輛的加速和減速也能改變車身的縱傾角，圖1下部前傾尤其在制動時常見。 采用安裝在懸架和車身上的車身高度傳感器（詳述見專論3），獲取前軸和后軸的高度變化量，并依據(jù)軸距計算車身縱傾角度，計算見圖2。車身縱傾角度的變化量，就是前燈光軸角度的變化量，通過調(diào)光電機的運作，反向調(diào)整此角度變化，就可以使光軸回復(fù)到原先的狀態(tài)，保持水平。 當(dāng)然這只是一個理論公式，實際上，這種自動調(diào)光系統(tǒng)（DHL_Dynamical Headlamp Leveling）在何時調(diào)光、速度多快、精度多高，和車速及其變化都是息息相關(guān)的。例如，懸架是不停振動的，頻率、幅度變化都很大，但DHL需要的因隨著車身載荷和車身加減速導(dǎo)致的近穩(wěn)態(tài)變化量，而并非隨著路面不平度、輪胎受力、車輛側(cè)傾等引起的瞬態(tài)變化。車身傳感器信號的濾波、處理、識別才是真正令人頭痛的問題。這些問題的討論請見專論3，在本文提出，僅僅引起重視。圖2 車身縱傾角的計算圖 彎道旋轉(zhuǎn)功能： 傳統(tǒng)國標(biāo)對前燈照明有很嚴(yán)格的要求。如圖3所示的25m測試屏上實測到前燈（單燈近光）的等照度曲線（0.531lux），經(jīng)由計算各種不同能量的光線得到在空間中生成的光網(wǎng)，圖4紅線所圍成的空間區(qū)域就是前燈（單燈近光）1lux的光網(wǎng)，則雙燈能夠照亮路面圖5上藍線圍成的區(qū)域。圖325m測試屏上得到的前燈（單燈近光）的等照度曲線無疑此近光完全滿足國標(biāo)的配光要求，但這并不能保證駕駛員能發(fā)現(xiàn)彎道上近在咫尺的危險，因為橫向固定光軸的傳統(tǒng)前燈存在著盲區(qū)，如圖6所示。如果前近光燈能夠提前旋轉(zhuǎn)一個角度，如圖7中左燈旋轉(zhuǎn)15度，右燈旋轉(zhuǎn)9度，可見區(qū)域就能覆蓋大半個轉(zhuǎn)彎半徑37m左右的彎道，從而提早的發(fā)現(xiàn)道路上存在的危險，應(yīng)對處理。圖4 由等照度曲線生成的空間光網(wǎng)（1lux）圖5 由光網(wǎng)截成路面照明區(qū)域（雙燈1lux） 彎道上發(fā)現(xiàn)危機最極端的應(yīng)對措施就是制動，前燈需要旋轉(zhuǎn)的角度就是要保證這個有效的制動距離。一般來說從發(fā)現(xiàn)危機、踩下剎車到制動器啟動需要1.5秒的時間，這段時間車輛以初始速度行駛；制動器工作后，如不出現(xiàn)甩尾、抱死的情況，其制動距離大致和直線制動相同。二者相加，所需的距離必須要在前燈旋轉(zhuǎn)后的照明區(qū)域內(nèi)。 由上面的分析可知，每一款不同前燈的等照度曲線都是不同的，進而其在路面的照明區(qū)域也是相異的；同樣，不同車輛的彎道制動特性也相差較大，甚至同一款車的負載、車況、路面改變后，制動能力也會受到很大的影響，所以要想精確計算前燈的轉(zhuǎn)向角度是不現(xiàn)實的。圖8中有一個SAE推薦的橫向轉(zhuǎn)角計算公式，應(yīng)該算是一個經(jīng)驗公式，但這不能表面上面的前燈光域的分析顯得多余，畢竟要想使照明更有效的覆蓋彎道，左燈、右燈的轉(zhuǎn)角也還是有差異的。 彎道轉(zhuǎn)向最后剩下的問題就是如何求得R車輛的轉(zhuǎn)彎半徑了，這也是一個相當(dāng)讓人感到頭痛的問題。研發(fā)初期，有兩派意見一直爭執(zhí)不下：一是主張使用橫向加速度傳感器結(jié)合車速計算轉(zhuǎn)彎半徑；二是主張沿用國外的方案使用方向盤轉(zhuǎn)角傳感器結(jié)合車速計算轉(zhuǎn)彎半徑?，F(xiàn)在想來，兩種方法都是很有問題的。圖6 固定光軸的前燈不能發(fā)現(xiàn)彎道上的危機圖7 雙燈做不同角度的旋轉(zhuǎn)使得照明區(qū)域覆蓋大部分彎道 車輛在彎道轉(zhuǎn)向時存在著側(cè)傾，取得的橫向加速度信號并不能用來直接計算轉(zhuǎn)彎半徑，再者加速度信號本事也是個瞬態(tài)信號，很難穩(wěn)定選??；方向盤轉(zhuǎn)角對應(yīng)到前輪轉(zhuǎn)向角，結(jié)合車速計算轉(zhuǎn)彎半徑的經(jīng)驗公式是有的，但此算法需要考校前后輪的抗偏剛度、前后軸重心距等不定量，并且它們會隨著車身載荷而發(fā)生變化，也是一個算不準(zhǔn)的信號。當(dāng)然還是有辦法解決這個問題的，電噴那么復(fù)雜的多參數(shù)計算都能搞定，更何況還比較簡易的彎道計算呢！具體的解決方法請參照后續(xù)幾章的內(nèi)容，捎帶說一下：有很多實際的解決策略是參照電噴的制定的。圖8SAE推薦的前燈橫向轉(zhuǎn)角計算圖陰雨天燈光遮擋功能： 陰雨、壞天氣下的照明一直是影響夜間行車安全的主要因素，恐怕很多人都會有被圖9的前燈反光晃倒的經(jīng)歷。車輛前燈分為遠光和近光的原因，就是因為近光燈能有效避免光線直射到對面會車駕駛員的眼中，但在路面積水的狀況下，這種精心的設(shè)計完全失效。 所以AFS具備功能首位的就是壞天氣下的照明，即將如圖10中經(jīng)過反射后射進會車的光線（紅色區(qū)域）遮擋。對應(yīng)到25m測試屏等照度曲線上的遮擋范圍見圖11的左下方的白色區(qū)域。 目前筆者尚未接觸到能夠感知路面積水的傳感器，只是聽說可以采用自動雨刮的雨量傳感器替代。遮擋需根據(jù)反射光線逆推到等照度曲線，并根據(jù)前燈的實際配光效果作細致的調(diào)整，這些都屬于配光設(shè)計的范疇，已不在控制計算的討論之列。圖9陰雨天氣下前燈反光強烈圖10前燈對會車影響的反光區(qū)域圖11對應(yīng)在25m測試屏等照度曲線上的遮擋區(qū)其他的功能實現(xiàn)，也都是在識別的基礎(chǔ)上做出的配光改變，技術(shù)難點是在如何感知和如何識別上，目前筆者也未進行相關(guān)的研究。 史蒂芬霍金曾經(jīng)在時間簡史里說：再好的文章，只要出現(xiàn)一個公式，也會嚇走一半的讀者。所以筆者在專論中盡量避免使用復(fù)雜的公式，畢竟文章寫出來，還是要給人看得么！07-2-19AFS專論3系統(tǒng)的軟硬件（上）2007-02-24 13:56AFS專論3系統(tǒng)的軟硬件（上）車載控制系統(tǒng)的硬件指的是傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、控制單元和線束，軟件主要指的是控制單元ECU中的程序。AFS系統(tǒng)以實現(xiàn)不同功能為目的，選擇性配裝，所以其軟硬件變化比較大，特別是燈具中安裝的旋轉(zhuǎn)核心機構(gòu)，每個公司都會有獨特的設(shè)計。前燈旋轉(zhuǎn)核心： 目前大致共有兩大類旋轉(zhuǎn)核心機構(gòu)：自由曲面旋轉(zhuǎn)核心和投射單元旋轉(zhuǎn)核心。圖1前燈下部的自由曲面旋轉(zhuǎn)前燈在測試屏上的打光效果如黃色區(qū)域，可左右移動。圖1自由曲面旋轉(zhuǎn)核心圖2投射單元旋轉(zhuǎn)核心圖3投射單元旋轉(zhuǎn)核心的結(jié)構(gòu) 圖2中的投射式旋轉(zhuǎn)單元在測試屏上的打光效果如中圖，可左右移動。 目前批產(chǎn)的AFS系統(tǒng)多見使用投射單元的旋轉(zhuǎn)核心，其大致的結(jié)構(gòu)如圖3所示，一個普通旋轉(zhuǎn)核心包括水平旋轉(zhuǎn)電機、旋轉(zhuǎn)框架、PES單元和旋轉(zhuǎn)軸等部件。如果系統(tǒng)有自動調(diào)平功能還要在后燈殼上安裝調(diào)光電機，如圖4所示，實現(xiàn)上兩種功能的旋轉(zhuǎn)核心完整結(jié)構(gòu)參見圖5。圖4調(diào)光電機的安裝位置圖5某旋轉(zhuǎn)核心的完整結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)遠近光切換和陰雨天遮擋的投射式單元，要采用電磁線圈拉動的遮光板。圖6上部是正常的近光光型，中部是拉動下部遮光板變作遠光光型，下圖是上遮光板也被拉動，遮擋靠近車身的光線，減少因路面積水而產(chǎn)生的反光。圖6線圈拉動遮光板改變光型圖7加裝了旋轉(zhuǎn)電機、電磁線圈的AFS旋轉(zhuǎn)核心和常規(guī)變光PES單元對比圖執(zhí)行電機： 比較常用的調(diào)高電機主要分為直流電機和步進兩種，直流電機通過渦輪蝸桿傳動后，輸出力較大，但同時響應(yīng)速度變慢且不可調(diào)節(jié)，壽命短、噪音也大一些；相比之下，步進電機輸出力小，響應(yīng)速度快可以調(diào)節(jié)、壽命長、噪音低。筆者曾參與開發(fā)直流調(diào)高電機總成由專用驅(qū)動芯片控制，并且有傳動桿進給量的反饋信號輸出，但曾經(jīng)使用過日本的某款步進調(diào)高電機總成則無反饋，有反饋在系統(tǒng)設(shè)計上能省去不少麻煩，所以電機總成設(shè)計必須要從系統(tǒng)控制的角度詳加考慮。圖8直流調(diào)高電機總成圖9步進調(diào)高電機總成 旋轉(zhuǎn)電機總成的設(shè)計方法分為日式設(shè)計和德式設(shè)計兩種，圖3是日式設(shè)計，圖7是德式設(shè)計。圖10是一款日式旋轉(zhuǎn)步進電機的剖視圖，包括步進電機、齒輪組合、霍爾角度傳感器幾部分組成。采用齒輪傳動的日式旋轉(zhuǎn)電機總成，響應(yīng)速度可以調(diào)節(jié)，但存在一個必須通電保持不能自鎖的缺陷，步進電機每相都需要幾百ma的電流，所以是非常耗電的。如果從傳動的機械角度考慮到自鎖性能，就可以為整個系統(tǒng)工作節(jié)省大量的電能，德式設(shè)計具備了上述的優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)更加的緊湊。但德式的電機傳動部件和旋轉(zhuǎn)框架結(jié)合緊密，裝配比較復(fù)雜。圖10旋轉(zhuǎn)電機總成剖視系統(tǒng)的軟硬件（下）_12008-09-03 23:13AFS專論3系統(tǒng)的軟硬件（下）_1傳感器：車速傳感器：常用的車速信號的通常來自變速器的轉(zhuǎn)速信號或者ABS的輪速信號，一般不建議從輪速信號傳感器直接取得信號，因為四輪轉(zhuǎn)速各自不同和車速也不同，要取輪速信號也只能從ABS的ECU中取經(jīng)過處理后的信號。車速信號如果是數(shù)字信號，處理非常方便，但同時存在一個信號間隔的問題，即能不能在短時間通常是零點幾秒之內(nèi)判斷車輛是否處在加速或者是減速的狀態(tài)。如信號間隔時間過長，則無法將其應(yīng)用在動態(tài)調(diào)光的功能上，因為動態(tài)調(diào)光需要根據(jù)的加速度值，計算車身的傾斜狀態(tài)，調(diào)整燈光。車速信號如果是頻率脈沖，采樣方便，但處理比較復(fù)雜，在數(shù)十到數(shù)百毫秒內(nèi)精確判斷車速和加速度，需要一定的信號處理技巧。相關(guān)方面的論文很多，就不加以贅述。另，靜態(tài)調(diào)光只需在車輛未啟動之前調(diào)節(jié)即可，車速只相當(dāng)一個功能開關(guān)信號。車身高度傳感器：常用的車身高度傳感器如下圖1所示是一種有源非接觸轉(zhuǎn)角傳感器，因為此傳感器放置于車身和懸架之間，感知懸架振動的幅度，所以必須是有源抗干擾，非接觸理論壽命無限的傳感器。車身高度傳感器使用連桿將車身與懸架間的距離變化轉(zhuǎn)變?yōu)榻嵌茸兓⑼ㄟ^輸出電壓的改變線性測得此角度的變化量。圖1的車身高度傳感器在0至5V內(nèi)可表征正負40度的變化，并通過調(diào)節(jié)連桿的長度可以得到懸架在數(shù)十厘米間的變化量。車身高度傳感器隨懸架振動變化劇烈，在車輛未啟動之前尚可以通過求取多次均值的方法得到穩(wěn)定的輸出信號，一旦有了速度不僅振動的幅度很難確知，甚至連振動的頻率都是極難以描述的。建議動態(tài)調(diào)光車身縱傾根據(jù)加速度而變化的角度，采用理論計算的方法要比直接采集信號容易、有效的多。圖1車身高度傳感器使用車速傳感器和前后兩個車身高度傳感器，加上執(zhí)行機構(gòu)調(diào)光馬達，就可以架構(gòu)一個如圖3所示的動態(tài)自動調(diào)光系統(tǒng)。圖2后懸車身高度傳感器原理圖3動態(tài)自動調(diào)光系統(tǒng)的安裝圖方向盤轉(zhuǎn)角傳感器方向盤大致可以旋轉(zhuǎn)2.9圈，即1044度，通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)以固定的傳動比帶動前輪在左右40度內(nèi)變化。比較常見的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器通常有齒輪式（圖4）和光碼盤式（圖5）兩種。齒輪式是一種接觸的有源角度傳感器，而光碼盤則是一種非接觸的有源角度傳感器。都采用一個大盤帶動兩個小盤，通過兩個小盤的相位差判斷方向盤是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。輸出的信號一般都是經(jīng)過處理的數(shù)字信號，甚至有可能是CAN信號。這種數(shù)字信號用控制器處理時，也存在信號的傳送速率和更新速率的問題，選擇不當(dāng)，就會影響系統(tǒng)的最終效果。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的安裝位置如圖6所示，在組合開關(guān)的下面，方向管柱從中間穿出。圖4齒輪式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器圖5光碼盤式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器圖6方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的安裝位置 前面文章中曾經(jīng)提出過采用方向盤轉(zhuǎn)角而非橫向加速度傳感器計算轉(zhuǎn)彎半徑的問題，類似的問題也包括為何使用車身高度傳感器而非縱向傾角傳感器。這種類型的非接觸MEMS（微機械）傳感器芯片，使用簡單，響應(yīng)速度快，在車載傳感器領(lǐng)域的運用愈加廣泛，但做一款控制系統(tǒng)的設(shè)計，必須從控制對象的特性出發(fā)。比如說底盤轉(zhuǎn)向特性分為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的兩種截然不同的情況，由于底盤復(fù)雜的避震系統(tǒng)，瞬態(tài)情況的振動時間特征曲線類似于一個二階系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)，要想得到穩(wěn)定的能反映轉(zhuǎn)向特征的輸出信號必須要在0.5s以后，即打過方向盤后0.5s后，采用橫向加速度傳感器讀出的穩(wěn)定信號，才能用于轉(zhuǎn)彎半徑的計算，僅得到信號并數(shù)據(jù)處理的時間就已經(jīng)超出了整個系統(tǒng)的響應(yīng)時間。至于說縱向傾角傳感器，即存在1度以下精度不夠，又有上下坡和車身縱傾信號混疊等問題，使得這個方案也很難應(yīng)用于實際系統(tǒng)。但更高精度的非接觸加速度和傾角傳感器卻能夠很方便的應(yīng)用于系統(tǒng)測試和數(shù)AFS專論3系統(tǒng)的軟硬件（下）_22007-03-05 19:19控制器ECU：目前市售的控制器可分別實現(xiàn)動態(tài)自動調(diào)光和彎道轉(zhuǎn)向的兩種功能，單獨實現(xiàn)靜態(tài)調(diào)光的控制器原理圖如7（因為使用的是DC電機的調(diào)光馬達，達不到動態(tài)調(diào)光所要求的系統(tǒng)響應(yīng)速度）。ECU通過點火信號（IGN）和前燈點亮信號（來自繼電器）進入功能啟動狀態(tài)，同時開始處理速度信號，當(dāng)車速為零的時候，處理來自于前后車身高度傳感器發(fā)出的在0至5伏之間的模擬信號，如圖8中的示意，計算此時車身的縱向傾角，并輸出0到5伏間的電壓控制直流電機，以相反的角度調(diào)節(jié)燈光。車速不為零，則不處理車身高度傳感器信號，直流電機為渦輪蝸桿的傳動方式，即使斷電也能夠自鎖保持在原角度。同時系統(tǒng)運行狀態(tài)指示信號輸出給儀表，故障則報警。動態(tài)調(diào)光控制器原理圖類似于圖7，僅有的區(qū)別是使用步進調(diào)高電機替代DC電機，因為步進電機總成的執(zhí)行速度數(shù)倍于直流電機，且可以調(diào)整。能夠完成在加減速狀態(tài)下的光軸的高速改變，但此種功能僅限于速度出現(xiàn)較大的變化。另，當(dāng)車速過高的時候，也要相應(yīng)抬高光軸的角度，使前燈照射的更遠。圖9是日本電裝公司的DHL控制器實物。圖10所示AFS控制器原理圖中包括了動態(tài)調(diào)光、彎道轉(zhuǎn)向功能，與動態(tài)調(diào)光控制器相比，AFS控制器增加了變速箱檔位信號、方向盤轉(zhuǎn)角信號，即在倒車狀態(tài)不啟動彎道轉(zhuǎn)向功能。車速為零時，執(zhí)行靜態(tài)調(diào)光功能，車速高于某個值的時候，啟動AFS功能?？刂破鳈z測到方向盤轉(zhuǎn)角的信號，乘以固定傳動比，得到前輪轉(zhuǎn)向角，結(jié)合相應(yīng)的車速計算出轉(zhuǎn)彎半徑，輸出多路PWM脈沖，控制水平旋轉(zhuǎn)步進電機轉(zhuǎn)動，并可得