ALS自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)簡介

1、- - -AFS專論1AFS自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)簡介AFS(AdaptiveFrontLightingSystem)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(yuǎn)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(yuǎn)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

2、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(jī)在晚上將近光燈、遠(yuǎn)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(jī)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(jī)構(gòu)曾經(jīng)就此作過做專項調(diào)查，結(jié)果顯示，歐洲司機(jī)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

3、駛狀態(tài)的前照燈系統(tǒng)一一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(jī)的眼睛中，使其目眩，進(jìn)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(qiáng)。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(yuǎn)，照得寬的前照燈。同時AFS也不能產(chǎn)生使對面會車司機(jī)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

4、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(jī)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(jìn)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(yuǎn)，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，

5、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(jī)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執(zhí)行機(jī)構(gòu)HELLA的AFS模塊化系統(tǒng)簡圖中央坯理踞要實現(xiàn)不同的功能，AFS必須要從

6、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

7、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(jìn)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(jī)構(gòu)是由一系列的馬達(dá)和光學(xué)機(jī)構(gòu)組成的。一般有投射式前照燈，對前燈垂直角度進(jìn)行調(diào)整的調(diào)高馬達(dá)，對前燈水平角度進(jìn)行調(diào)整的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，對基本光型進(jìn)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(jìn)行簡要的說明：5DENSO公司的AF

8、S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(dá)（圖12）對前燈（投射式）進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，傾斜度信息控制調(diào)高馬達(dá)對前燈進(jìn)行垂直旋轉(zhuǎn)。調(diào)高馬達(dá)近光前照燈縄讀握制電路圖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(dá)- - -AFS發(fā)展現(xiàn)狀據(jù)日本的DENS0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

9、。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AFSO4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13DENSO的AFS圖14HELLA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。

10、AdaptiveFrontLightingSystem,EurekaProjectEU1403,Presentationto48thSessionofGRE,9-12April2002.AdvancedLightingTechnology,AutoBusinessLtd.,CompanyProfiles.ModernLightingTechnologyforthecarsoftodayandtomorrow,HellaCorp.TechnicalInformationElectronicsLightingElectronics,HellaCorp.,2003.AdaptiveFrontLigh

11、tingSystem,DensoProducts,TokyoMotorShow2003.DENSOsLightingTechnologies,DensoCorp.,CompanyProfiles,22Oct2004.AdaptiveFrontLightingSystem(AFS)BendingLight,ValeoSylvania,CompanyProfiles.05-3-13AFS專論2AFS計算基礎(chǔ)2007-02-2111:56AFS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(diǎn)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

12、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(yùn)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(fù)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

13、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(jī)的運(yùn)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_DynamicalHeadlampLeveling)在何時調(diào)光、速度多快、精度多高，和車速

14、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。FrontHeightChange:dHfRearHeightChange:dHrWheelbase:LVehicleInclinationChange?aa二tan_1(dHr-dHf)/L)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

15、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(lán)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)（llux）- -

16、-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(jī)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(jī)、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(jìn)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(fù)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

17、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(jī)- #- -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

18、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。- - #-SAErecommendation- #- -.=140 x7/- - #-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

19、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(yuǎn)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(jìn)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(xì)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

20、下前燈反光強(qiáng)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(diǎn)是在如何感知和如何識別上，目前筆者也未進(jìn)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）2007-02-2413:56AFS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(jī)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

21、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(jī)構(gòu)，每個公司都會有獨(dú)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(jī)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。FixedLowBeamSwivelBL-34-圖1自由曲面旋轉(zhuǎn)核心-35- - -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(jī)、旋轉(zhuǎn)框架、PES單元和旋轉(zhuǎn)軸等部件。如果

22、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(jī)，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(jī)的安裝位置投射式前燈旋轉(zhuǎn)框架手動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)縱向調(diào)高電機(jī)HID燈泡LtTrn水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)圖5某旋轉(zhuǎn)核心的完整結(jié)構(gòu)-38-實現(xiàn)遠(yuǎn)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- - - -系統(tǒng)的軟硬件（下）_12008-09-0323:13AFS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

23、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(diǎn)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

24、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(fù)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

25、和前后兩個車身高度傳感器，加上執(zhí)行機(jī)構(gòu)一一調(diào)光馬達(dá)，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)。B后懸架高庚增加后懸架JS度障低傳感器杠桿圖2后懸車身高度傳感器原理- - #- #-調(diào)光馬達(dá)車身高度傳感器（前）調(diào)光馬達(dá)- #- - #-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(jī)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

26、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。- - - #-932Q齒輪/測量齒輪，3-5才詢斷電匿，L各向異性瑟嫩（AKR）集成電僵圖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- - - #-組合幵關(guān)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ME

27、MS（微機(jī)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(yùn)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

28、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）_22007-03-0519:19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(dú)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(jī)的調(diào)光馬達(dá)，達(dá)不到動態(tài)調(diào)光所要求的系統(tǒng)響應(yīng)速度）。ECU通過點(diǎn)火信號（IGN）和前燈點(diǎn)亮信號（來自繼電器）進(jìn)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(jī)，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

29、器信號，直流電機(jī)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(yùn)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(jìn)調(diào)高電機(jī)替代DC電機(jī)，因為步進(jìn)電機(jī)總成的執(zhí)行速度數(shù)- #- - #-倍于直流電機(jī)，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(yuǎn)。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

30、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(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，并可得封裝在電機(jī)內(nèi)的霍爾角度傳感器反饋的前燈轉(zhuǎn)角信號。但對于日式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)而言，要想使前燈保持此轉(zhuǎn)角必須維持一定的功率輸出，因為齒輪傳動無法實現(xiàn)自鎖功能。當(dāng)車速發(fā)生變化和車速過高的時候，動態(tài)調(diào)光功能也會啟動。如果車輛在彎道上制動，則水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)和調(diào)高電機(jī)同時工作。圖11是日本電裝公司的AFS控制器實物。- - #- #- #- - #-HeiglitSensorFrontSHFCNDIG

31、NIONHeadLampRelayECUSpeedometerHead_!_3m卩雪OFFSpEEcIciiTiEtmr亨叵rial卜E1圖7動態(tài)調(diào)光的控制器原理圖IGNR-ACTL-ACT- - #- #-希度對應(yīng)時間IIiIIIIIIIIII：IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIiIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII0|IIII!II|II：IIIIoo.o6.24ao：ia：ao00.12.0000.l4.oddd：ibjzocd：16：coco：so：coao：22：aa00.24.00co：25：27時l司B：4E-：55.9198：47：EO.ECO34705DOOB：-a7：.3：HT：L53-47ZQ.DOOS：47：25-.ECO3IT303：-37：35.000B：4T：4D2CC6-e.-132CC6-C.-132005-&-L32005-6-132DD5-B-132005-&-132CC6-e.-132005-&-L32005-6-132DD5-B-13B：47：45.9192005-6-13- #- - #-圖8雙路角度傳感器信號的獲取和處理（同步）圖9動態(tài)調(diào)光控制器實物（日本電裝）- - - #-HeadlampassemblyRH-HL