汽車大燈自動控制的改進分析

汽車大燈自動控制的改進分析汽車大燈自動控制的改進分析汽車大燈自動控制的改進分析資料僅供參考文件編號：2022年4月汽車大燈自動控制的改進分析版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準:發(fā)布日期：五菱榮光汽車大燈自動控制系統(tǒng)的改進摘要汽車遠光燈是為了讓駕駛者在夜間高速行駛時看清遠方路況，但是在會車時如果不及時切換到近光，其強烈的光線會使對面車輛無法看清道路，極易發(fā)生交通事故。根據(jù)國內交通事故統(tǒng)計，在夜間發(fā)生的交通事故中，與遠光燈有關的事故占到近四成，并且成上升的趨勢。本文是通過在五菱榮光汽車前大燈控制電路中加入一套容易實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)。當在夜晚行車遠光燈打開時，系統(tǒng)能通過光檢測輸入模塊檢測前方是否有相對方向的較強光源，若有則激活自動變光模塊，切斷遠光電路并接通近光電路。能很好地解決傳統(tǒng)方式下，手動變光不及時和駕駛員因疏忽忘記切換近光等問題，從而大大減少事故的發(fā)生。關鍵詞：汽車前照燈；光敏電阻；晶體三極管；自動變光；WulingRongGuangimprovementoftheautomaticcontrolsystemofthecarheadlightsAbstraetTheautomobileheadlightsonfullbeamtoletdriverseeclearlythedistantplacestateofroadswhenthenighthigh-speedtravel,butwhenpassingintraffic,ifnotcuttheheadlightlowbeampromptly,itsintenseraywillkeeptheoppositevehiclesfromseeingclearlythepath,isextremelyeasytohavethetrafficaccident.Countsaccordingtothedomestictrafficaccident,intrafficaccidentthatthenighthas,occupieswiththeheadlightsonfullbeamrelatedaccidentabout40%,andbecomesthetrendofrise.ThisarticleisbyWulingRongGuangcarheadlightsaddedasetofeasytoimplementautomaticcontrolsystemtocontrolcircuit.Whendrivingatnightlampsturnedon,detectionthroughthesysteminputmoduledetectioninfrontoftherelativeorientationofastronglightsource,ifyouactivateautomaticdimmermodule,cuttingoffremoteopticalcircuitandturnonphotoelectricroad.Canbeaverygoodsolutiontothetraditionalmode,manuallightnotontimeandthedriverinadvertentlyforgottoswitchonnear-light,whichgreatlyreducetheoccurrenceofaccidents.Keywords:Carheadlight;Photoresistance；Triodetransistor;Autodarkening目錄1引言 引言隨著國民生活的不斷提高，汽車已經(jīng)從奢侈品轉變?yōu)樯畋匦杵?，它已逐漸的走入千家萬戶。根據(jù)公安部交管局發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，截至2011年8月底，全國機動車保有量達到億輛。其中，摩托車占％，約為億輛。汽車保有量占機動車總量的％，已經(jīng)超過1億輛。汽車是用來給我們提供方便的，讓我們的出行更安全，更便捷，所以汽車本身的安全系數(shù)也是我們大家所關注的問題。汽車遠光燈是為了讓駕駛者在夜間高速行駛時看清遠方路況，但是在會車時如果不及時切換到近光，其強烈的光線會使對面車輛無法看清道路，極易發(fā)生交通事故。國內統(tǒng)計，在夜間發(fā)生的交通事故中，與遠光燈有關的事故占到近四成，并且成上升趨勢，所以目前在中低端汽車上推廣汽車大燈遠近光燈自動變換已經(jīng)是大勢所趨。為了人身的安全以及駕駛員的舒適駕駛，構思了一種適合五菱榮光汽車的遠近光燈自動控制系統(tǒng)。關于汽車夜間行車遠光燈的使用，《中華人民共和國道路交通安全法》做出了明確規(guī)定，但是在實際駕駛中不按規(guī)定在會車及通過路口時關閉遠光的情況十分嚴重，比如汽車交會時開遠光燈，強光直射對面司機眼睛，形成視覺盲區(qū)，極易造成車禍。不按規(guī)定使用遠光燈主要有三種情況：一是剛拿到駕照的新手，不知道如何使用燈光，亂打燈。二是有的司機明知違規(guī)用燈卻依然我行我素。三是在有些路段需要頻繁的切換遠近光燈，駕駛員在打開遠光燈后往往忘記關掉。因此而導致的交通事故給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了極大的危害，也在一定程度上影響了經(jīng)濟的發(fā)展。要最大程度減少這種事件發(fā)生，在加強交通執(zhí)法力度的同時，對夜間行車遠光燈的使用進行自動控制是一個有效地解決辦法。然而對于汽車近遠光燈控制系統(tǒng)，一定要確保安全，簡單有效；目前除去一些中高級豪華型車輛外，大多數(shù)路上行駛的中低端車輛都不具備遠光智能控制功能，這主要是汽車工業(yè)生產(chǎn)特點決定的，每一點點成本的增加都會改變一款車銷售情況，甚至影響一款車的市場定位。所以我們一定要在確保安全，簡單有效，成本低廉，易于集成的產(chǎn)品應用在市場占率高的中低端汽車上才是今后的發(fā)展趨勢。2課題研究的目的和擬解決的主要問題研究的目的本課題研究的目的是根據(jù)目前市場中低端汽車電子輔助系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，開發(fā)一套適合現(xiàn)有市場占有率非常大的微型商用車五菱榮光汽車的夜間行車遠光燈自動控制系統(tǒng)，，選擇合適的傳感器捕捉遠光燈信號，發(fā)現(xiàn)前方車輛的高強度遠光，及時將自己車的遠光換到近光。輔助駕駛者進行自我約束，確保汽車夜間行車遠光燈的按章使用，提高行車安全，減少因車遠光燈造成的交通事故。課題擬解決的主要問題連續(xù)五年蟬聯(lián)微車銷量冠軍的中國微車領軍企業(yè)，上汽通用五菱憑借旗下皮實耐用，經(jīng)濟實惠的微車產(chǎn)品，已幫助無數(shù)農(nóng)民和私營小業(yè)主走上發(fā)家致富的道路。目前五菱之光系列微型汽車市場保有量已經(jīng)達到了近300萬輛。但是在這個巨大的市場背后有30%左右的各大交通事故都少不了經(jīng)濟實惠的微型汽車的參與。所以想通過對五菱榮光汽車的大燈變光控制的改進，在原有的大燈電路中引入一套性價比高的自動變光系統(tǒng)使經(jīng)濟實惠的五菱汽車也能做到會車大燈近遠光燈的自動切換，從而大大提高五菱榮光汽車的夜間行車安全性，減少夜間因為燈光引起事故的發(fā)生，保證了行車的人生和財產(chǎn)安全的同時也順應了如今汽車智能化的發(fā)展趨勢。3國內外對汽車遠光燈控制的研究狀況國內汽車遠光燈控制的研究現(xiàn)狀汽車防眩遠光前照明燈汽車防眩的技術特征是根據(jù)燈光測試平面上眩目光線區(qū)間的界線與光線反射平面的關系確定燈絲的安裝空間，其防眩光形可以根據(jù)不同測試標準變化，具有遠光的照射距離和近光的防眩光形。但是從眼睛的感光角度來說，光覺是最基本的視覺。眼的感光最早由視網(wǎng)膜的兩種視細胞，即視桿細胞和視錐細胞開始，視桿細胞在甚暗的環(huán)境，可對微弱的光產(chǎn)生感覺，即暗視覺。視錐細胞則在較亮的光線下，產(chǎn)生光覺，即明視覺及顏色感覺。而錐細胞主要分布在眼球的中心凹。也就是說眼球正常固視前方的情況下，中心視野30°范圍內對光的敏感度最強;30°以外的周邊視野光敏感逐漸減弱。當兩車夜間交會車時，往往有些開車的人視覺會不自覺地跟隨對方的車燈，也就是瞪視對方來車，這樣眼睛的中心視野正對著對方的車燈，所以遠光燈眩目的問題依然存在。利用偏振光防眩目其基本原理是根據(jù)馬斯呂定律(兩個起偏器的偏振軸互相垂直時，對光的透射率幾乎為零;而兩個起偏器的偏振軸相互平行時透光率最大)，在每輛車的風擋玻璃和車燈玻璃加上偏振片，其偏振軸與水平面成45度角，則兩車相向行駛時，一方風擋上偏振軸與對方車燈上偏振軸正交。根據(jù)馬斯呂定律，對方車燈發(fā)出的光線經(jīng)過車燈玻璃和本方風擋玻璃的透射率幾乎為零。當前，偏振片的透光率很不理想，單片透光率只有36%左右，因此需要加大車燈功率，提高車燈亮度。這種方式由于偏振片性能有待提高，尚未達到實用化程度。汽車前照燈自動變光器其工作方式是利用光敏傳感器探測前方來車的遠光燈，當距離對面車輛200m左右時，自動變光器可根據(jù)對方車輛燈光變換作相應的變換，如果對方車輛遠光超過2s不變換時，本車能自動恢復遠光，提醒或迫使對方車輛變光。此裝置存在一定的弊端，如果對方未關閉遠光，本車也不關閉遠光，使得會車時的危險加倍;如果對方關閉遠光，本車裝置要在安全距離以外及時準確的發(fā)現(xiàn)對方車輛較為困難，故實際使用效果不理想，目前一直未能得到廣泛應用。遠光燈的控制問題一直沒有得到妥善解決。國外汽車遠光燈控制的研究現(xiàn)狀紅外夜視系統(tǒng)紅外夜視是利用目標與周圍環(huán)境之間由于溫度或發(fā)射率的差異所產(chǎn)生的熱對比度進行成像。由于熱對比度的差異而把紅外輻射能量密度分布圖顯示出來，成為熱像，再通過熱像將紅外圖像變?yōu)榭梢姽鈭D像。[9-10]目前應用的紅外夜視主要分為兩種，遠紅外夜視系統(tǒng)能夠看清前方300m。顯示輻射熱能物體，物體越熱，光線就越強，主要是人和動物。近紅外夜視系統(tǒng)能夠看清前方150m，但畫面更為明亮，顯示信息更為豐富。紅外夜視系統(tǒng)只能作為遠光輔助，不能完全解決遠光危害問題，且其價格昂貴，國外最低售價也在人民幣兩萬元左右。目前只有在奔馳S級，寶馬740以上的豪華汽車中才裝配。單色光防眩單色光防眩是利用單色光的遠光燈來照明。研究發(fā)現(xiàn)，飽和照明時，人眼對黃光有比白光更佳的敏感度;人眼睛被黃光眩目后暗視野的恢復相對較快?？梢栽诰o急情況出現(xiàn)時爭取寶貴時間。這種方法利用的僅是黃光這一段較窄波長范圍的光，通常照射效率低，視野較暗。效果不理想。液晶變光裝置液晶變光的基本原理是在車燈前加液晶版，利用光敏傳感器探測外界光照強度，自動平穩(wěn)地隨外部照明情況改變液晶的透射率，從而控制遠光燈的眩目問題。問題在于系統(tǒng)的造價高，液晶面板的耐溫特性差，此技術尚不成熟。美國GENTEX公司開發(fā)成功了智能變光汽車前照燈該前照燈利用傳感裝置感測前方光源。當迎面來車時會自動降低前照燈的光照度，當會車畢又恢復強光。此種光照度變化十分柔和，是漸進的。但如前方車流突增，如轉彎行駛時光照度亦會立刻減弱。福特林肯車系(Lineoln-Mereeury)己決定從2004年起裝用此種變光照度前照燈。該燈現(xiàn)在存在的問題是成本價稍高些，現(xiàn)Gentex已在做著將其成本降到150-200美元的工作，以期向別的車種進行普及。汽車遠光燈控制的研究發(fā)展趨勢違章使用汽車遠光燈造成的交通事故不在少數(shù)，每年新增車輛越來越多，由遠光燈使用不當造成的夜間交通事故比例更是急速上升。對國內外研究情況的分析發(fā)現(xiàn)，國外汽車遠光燈自動變光系統(tǒng)控制技術是比較成熟的，但是普遍技術復雜，成本較高，不能在普遍車型中加裝此套系統(tǒng)，從而很大意義對解決當前因為違章使用汽車遠光燈所造成的事故起不到很大的作用，因為目前出事故率高的都集中在中低端不具備自動變光系統(tǒng)的車輛中。這主要是汽車工業(yè)生產(chǎn)特點決定的，每一點點成本的增加都會改變一款車銷售情況，甚至影響一款車的市場定位。所以要確保安全，簡單有效，成本低廉，能夠普及到中低端車型中去是今后這類產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。4光敏電阻及晶體三極管光敏電阻簡介光敏電阻器是一種對光敏感的元件，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化。光敏電阻器是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感。它在無光照射時，呈高阻狀態(tài)；當有光照射時，其電阻值迅速減小。光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。光敏電阻器的種類光敏電阻器根據(jù)制作材料和光譜特性來分類按制作材料分類光敏電阻器按其制作材料的不同可分為多晶光敏電阻器和單晶光敏電阻器，還可分為硫化鎘（CdS）光敏電阻器、硒化鎘(CdSe)光敏電阻器、硫硫化鉛(PbS)光敏電阻器、硒化鉛(PbSe)光敏電阻器、銻化銦(InSb)光敏電阻器等多種。按光譜特性分類光敏電阻器按其光譜特性可分為可見光光敏電阻器、紫外光光敏電阻器和紅外光光敏電阻器?？梢姽夤饷綦娮杵髦饕糜诟鞣N光電自動控制系統(tǒng)、電子照相機和光報警器等電子產(chǎn)品中。紫外光光敏電阻器主要用于紫外線探測儀器。紅外光光敏電阻器主要用于天文、軍事等領域的有關自動控制系統(tǒng)中。光敏電阻器的主要參數(shù)光敏電阻器的主要參數(shù)有亮電阻（RL）、暗電阻（RD）、最高工作電壓（VM）、亮電流（IL）、暗電流（ID）、時間常數(shù)、溫度系數(shù)靈敏度等。1．亮電阻亮電阻是指光敏電阻器受到光照射時的電阻值。2．暗電阻暗電阻是指光敏電阻器在無光照射（黑暗環(huán)境）時的電阻值。3．最高工作電壓最高工作電壓是指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高壓。4．亮電流視電流是指在無光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓受到光照時所通過的電流。5．暗電流暗電流是指在無光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過的電流。6．時間常數(shù)時間常數(shù)是指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63%時所需的時間。7．電阻溫度系數(shù)溫度系數(shù)是指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1℃8．靈敏度靈敏度是指光敏電阻器在有光照射和無光照射時電阻值的相對變化。晶體三極管的簡介及工作原理晶體三極管的簡介半導體三極管也稱為晶體三極管，可以說它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關作用。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結構成的，而三極管由兩個PN結構成，共用的一個電極成為三極管的基極（用字母b表示）。其他的兩個電極成為集電極（用字母c表示）和發(fā)射極（用字母e表示）。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見三極管的外觀如圖，大的很大，小的很小。三極管的電路符號有兩種：有一個箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是電流的方向。電子制作中常用的三極管有90××系列，包括低頻小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪聲管9014（NPN），高頻小功率管9018（NPN）等。它們的型號一般都標在塑殼上，而樣子都一樣，都是TO-92標準封裝。在老式的電子產(chǎn)品中還能見到3DG6（低頻小功率硅管）、3AX31（低頻小功率鍺管）等，它們的型號也都印在金屬的外殼上。晶體三極管的工作原理三極管是電流放大器件，有三個極，分別叫做集電極C，極B，射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。一、電流放大下面的分析僅對于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（假設電源，能夠提供給集電極足夠大的電流的話），并且基極電流很小的變化，會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)(β一般遠大于1,例如幾十,幾百)。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間,這就會引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大后,導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的,那么根據(jù)電壓計算公式U=R*I可以算得,這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來,就得到了放大后的電壓信號了。二、偏置電路三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由于三極管BE結的非線性(相當于一個二極管),基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生(對于硅管,常取。當基極與發(fā)射極之間的電壓小于時，基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比要小,如果不加偏置的話,這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小于時,基極電流都是0)。如果我們事先在三極管的基極上加上一個合適的電流(叫做偏置電流,上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的，所以它被叫做基極偏置電阻)，那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時,小信號就會導致基極電流的變化,而基極電流的變化,就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求,如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無效(因為沒有偏置時集電極電流為0,不能再減小了)。而加上偏置,事先讓集電極有一定的電流,當輸入的基極電流變小時，集電極電流就可以減小；當輸入的基極電流增大時，集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。三、開關作用下面三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因為受到電阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓），集電極電流是不能無限增加下去的。當基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時，三極管就進入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準則是：Ib*β〉Ic。進入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個開關閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當作開關使用：當基極電流為0時，三極管集電極電流為0（這叫做三極管截止），相當于開關斷開；當基極電流很大，以至于三極管飽和時，相當于開關閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關管。四、工作狀態(tài)

如果我們在上面這個圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那么當基極電流為0時，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時（大于流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù)β），三極管就飽和，相當于開關閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了，所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會隨著增加（在三極管未飽和之前）。對于PNP型三極管，分析方法類似，不同的地方就是電流方向跟NPN的剛好相反，因此發(fā)射極上面那個箭頭方向也反了過來——變成朝里的了。5系統(tǒng)設計原理及功能自動變光系統(tǒng)總設計原理自動變光系統(tǒng)是由光強檢測電路、光強信號處理電路、控制電路、開關電路、電源電路五部分組成。自動控制電路的總體框圖如下圖所示工作原理光強檢測電路的功能是利用光敏電阻的特性，即入射光強時，電阻減小，入射光弱時電阻增大，在光敏電阻的阻值變化的同時影響與其并聯(lián)的支路電壓，進而將光信號轉換為電信號。光強信號處理電路的功能是將光強監(jiān)測電路輸出的電信號輸入555定時器組成的斯密特觸發(fā)器集成電路，繼而得到一個電平信號，為控制電路作準備?？刂齐娐返墓δ苁菍⒌玫降碾娖叫盘査椭岭姶爬^電器，由電磁繼電器控制開關的開斷。開關電路的功能是利用繼電器控制近遠光燈的轉換。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。自動變光原理電路圖其工作原理如下：繼電器K的常幣觸點與遠光燈相連，常開觸點與近光燈相通。開關S為自動控制啟動開關。光敏電阻PC1用來傳感光照情況，其電阻值反比于光照強度，在黑暗中，PC1呈高阻態(tài)，但當收到一定的光照射時，它的電阻值便迅速下降。PC1和R7、R1、R2、R3、VT6、R11一起組成分壓器。射極輸出器VT1的輸出，由VT2放大并反相，VT2的輸出加在施密特觸發(fā)器VT3和VT4上，VT4的集電極控制繼電器激勵級VT5。設開關S處于關閉狀態(tài)，此時遠光燈處于打開狀態(tài)，若迎面無直射強光源，PC1呈高阻態(tài)，VT1基極呈低電位，VT1截止，VT2截止，VT3導通，VT4截止，VT5也由于基極電位提高而處于截止狀態(tài)。繼電器K線圈無電流，常閉觸點接通遠光燈。當迎面有直射強光源時，PC1阻值受到光照阻值迅速下降，VT1基極電位迅速提高，VT1導通，VT2也隨之導通，VT3截止，VT4、VT5導通，繼電器K線圈得到電，常開觸點閉合而接通近光燈。如果迎面來車的前照燈也轉換到了近光燈，光敏電阻PC1接到的光通量減少，但由于此時VT6已經(jīng)處于截止狀態(tài)而維持遠光。只有當迎面來車駛過而PC1無光照而呈高阻態(tài)時，VT1才截止，VT5也隨之截止，繼電器K線圈失