基于单片机控制的汽车自适应前照灯系统Theadaptivefront-lightsystemofautomobilebasedonmicrocontroller肖红，王洪佩，高松，郎华XIAOHong,WANGHong-pei,GAOSong,LANGHua（山东理工大学交通与车辆工程学院，淄博255049）摘要：针对汽车上安装的前照灯具有固定照射范围，当汽车夜间转弯时无法调节照明角度，常在弯道内侧出现盲区等情况，设计了一款采用STC12C5A60AD单片机为电子控制单元核心的汽车自适应前照灯系统，该系统根据车速和方向盘转角的变化来调整前照灯光轴照射角度，照亮前方道路，从而扩大驾驶员安全视野。全文详细介绍了该系统的工作原理、控制模型、硬件组成，重点对各传感器信号调理电路、步进电机驱动电路以及供电和断电保护电路进行了研究设计，并提出了软件实现方法。关键词：自适应前照灯；单片机；控制模型；步进电机中图分类号：U463文献标识码：A文章编号：1009-0134(2011)8(上)-0125-04Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2011.8(上).370引言汽车前照灯是重要的汽车主动安全部件，尤1汽车自适应前照灯的组成及工作原理汽车自适应前照灯系统包括传感器模块、其是在夜间行车时，能够提供适当照明功能，特别是夜间转弯时，如果不能及时看到对方来车，往往会发生严重交通事故。根据国外统计显示，虽然夜间的车流量不到白天流量的五分之一，但夜间发生的交通事故，却超过总发生事故的四分之一，而其中在弯道造成的交通事故，更是占了大部分[1]。目前汽车前照灯大都具有固定的照射角度与范围。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，常常会在弯道内侧出现“盲区”，驾驶员的视线被禁锢在大灯光束照射的直线范围内,从而带来交通安全隐患[2,3]。汽车自适应前照灯照明系统（AFS）通过对车速、方向盘转角信号的采集，实时的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一致，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安全。在国外汽车AFS已经得到广泛的应用，国内引进的AFS系统大多为生产商本国道路状况考虑，且国内道路和国外道路差别很大，使得引进的汽车AFS系统在国内的普及应用存在很大的阻力。目前，国内对AFS的研究还停留在仿真和实验阶段，自主研发AFS系统应用于实车批量生产的还没有出现[4]。MCU、步进电机、前照灯，如图1所示。图1汽车自适应前照灯系统结构图自适应前照灯的工作原理：当车辆进入弯道时，MCU通过采集车速和方向盘转角变化，判断是否对前照灯进行水平调光，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，控制相应步进电机动作，完成调光过程。22.1自适应前照灯系统控制模型研究线性二自由度汽车模型我们假定在正常速度范围内，忽略悬架作用，忽略左右轮轮胎由于载荷的变化而引起轮胎特性的变化以及轮胎回正力矩的作用，认为汽车收稿日期：2011-02-17作者简介：肖红（1964-），女，山东淄博人，工程师，主要从事汽车电子方面的教学与研究工作。只做平行于地面的平面运动，在这种情况下二自由度汽车模型精度足够。模型如图2所示。(4)图2二自由度汽车模型图2中汽车前、后轴中点的速度分别为u1和u2，侧偏角为α1、α2，质心速度为V，u和v为V在x轴和y轴上的分量。FY1、FY2分别为地面对前、后轮的侧偏反作用力，δ为前轮转角，a、b为质心距图3前照灯光轴水平调节模型汽车由于向心力的作用而转弯，而向心力是由路面和车轮的静摩擦力提供的，单纯的求静摩擦力是非常困难的。在汽车行驶时，前后轮侧偏角是很小的。在前后轮侧偏角忽略不计的情况下通过求解向心加速度来求向心力就变得比较容易。由向心加速度公式不难得到瞬态转弯半径(5)前、后轮的距离，为车辆绕轴的横摆角速度，质心的侧偏角为β，β=v/u。二自由度汽车运动微分方程如下[5]：由式(3)、(4)和(5)可知(1)(6)(2)式中k1、k2分别为前、后轮侧偏刚度，m为汽车质量，Iz为车辆绕z轴的转动惯量，ξ是u1与x轴的夹角，汽车质心绝对加速度沿横轴oy上的分量为由式(6)，根据前照灯光轴转角与车速和方向盘转角的关系，以及不同道路状况下的驾驶员的经验，拟合出三者之间的关系曲线，然后取点制成表格，单片机把采集到...