CN101398140A - 自适应转向前灯照明*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应转向前灯照明***，通过在车灯和前轮转轴上各安装一2D或3D的加速度传感器，来测量车辆和前灯在上下左右方向角度变化，然后通过ECU整合计算出前灯在上下左右方向应旋转的角度，再由车灯转向驱动控制模块控制前灯的旋转，从而确保了无论车辆处于上坡或下坡、加速或减速、还是在凹凸不平的道路上行驶，或者在转弯时，都能实现对车前灯的上下左右照射方向进行准确地调整，因此提高了车辆行驶的安全性；本发明还降低了AFS***的结构复杂度，降低了实现成本，同时提高了***中部件的移植性；另外，本发明所述***还降低了用户可能的维修成本，提高了进行推广使用的可能性。

Description

自适应转向前灯照明***

技术领域

本发明涉及一种自适应转向前灯照明***(AFS，AdaptiveFront-Lighting System)，尤其涉及一种以加速度传感器来测量车辆车姿变化及车辆左右转向角度变化的自适应转向前灯照明***。

背景技术

为了确保车辆的行车安全，一般应确保车灯的照射方向与车前、后轮的轮轴连线保持平行，具体如图1所示。但是，现在常用的车辆前灯一般都无法随着车辆姿态的变化、车辆转弯等具体情况对其照明方式进行调整。在实际情况下，如当乘客上车或下车、装货或卸货时车辆的载重都会发生变化，会致使车辆的车头上仰或者下偏；另外当车辆动态行进时因加减速、上坡下坡、或者路面凹凸不平时，也会引起车辆姿态的变化，即车头上仰或者下偏。由于这时车灯是无法进行自动调整的，因此当车头上仰时，车灯会有照射过高的情况，具体如图2a所示，这时会给对方来车造成炫光效果，影响了行车的安全；反之，当车头下偏时，车灯会有照射过低的情况，如图2b所示，这时会使得驾驶人无法看清前方的路况，因此也影响了行车的安全。而当车辆转弯时，如图3所示，这种车辆的前灯只能朝前照射(如图3中未调整的方向)，而无法提前照明弯曲道路上的情况(如图3中已调整的方向)，这对夜间驾驶安全性尤其会造成负面影响。

为此，早在2003年起就有人提出了自适应转向前灯照明***(AFS)，该***可根据车辆姿态及转向的变化，对前灯的照明方式进行自适应调整，从而：1、大大提高夜间驾驶的安全；2、提供接近更好弯道照明；3、避免因车辆满载或者因车辆加速等情况所引起的造成对方来车炫光等安全性问题等。如图4所示，为现有技术中常用的一种AFS的结构示意图，主要包括用于检测车辆行走状况的信息用传感器、电子控制单元(ECU)2和车灯转向驱动模块(未画出)，其中所述传感器将其检测到的信息发送给ECU 2结算出车灯上下左右需要旋转的角度，然后通过车灯转向驱动模块对前灯的水平上下及其左右转向角度进行调整。

一般情况下，所述传感器进一步包括：车辆转向角度传感器1A，用于检测车辆左右转向的角度变化，其安装在车辆方向盘的转动轴(Steering Column)上，并通过车辆汇排流(CAN)或其他讯号线，将转向角度数据传送给ECU 2，以供ECU 2对所述转向角度数据进行整合计算出前灯左右方向上应旋转的角度，然后通过车灯转向驱动模块控制前灯完成相应左右方向上旋转角度的调整；车速传感器1B，用于检测车辆的行进速度，其安装在车轮的轮轴上，并通过车辆汇排流(CAN)或其他讯号线，将车速数据传送给ECU 2，以供ECU 2整合计算出前灯应旋转的角度，然后通过车灯转向驱动模块控制前灯完成相应旋转角度的调整；车体车姿传感器1C，用于检测车辆在静止状态下及动态状态下姿态的变化(如车头上仰或下偏等)，前、后轮处各安装有一个，其可以为接触式(potentiometer)或者非接触式(hall effect)传感器，并分别通过车辆汇排流(CAN)或其他讯号线，将车辆姿态数据(如前、后轮的高度数据等)传送给ECU 2，以供ECU 2整合计算出如前、后轮间的高度差等，并计算出前灯在上下方向上应该旋转的角度，然后再通过车灯转向驱动控制模块控制前灯完成相应旋转角度的调整。

当然，为了使得车辆能够针对不同的路况及不同可视范围，能够获得更好的照明效果，所述传感器还可包括雨水传感器、灯光传感器等。

但是，如上所述的AFS***的可移植性和兼容性并不是很好，而且实现起来较为复杂。因为由于ECU中的结算装置一般都是根据实际使用的传感器类型来进行编程的，而且不同厂家所用的方法也会有所不同，因此一旦ECU发生故障，或者前灯发生故障需要更换时，用户只能使用原配的ECU或者前灯，不然则需要连同所有的传感器一同进行更换，因此所需花费的代价较高。例如，当前灯发生故障需要更换时，必须使用与原来使用的前灯型号完全相同的前灯才行，但是在实际情况下，用户为了方便，往往会找一般的汽车维修公司来进行排故，但是维修公司不可能具有每种型号的前灯，而且原装的前灯一般难以在市场上找到(这可能是由于技术更新的原因、也可能是由于产地等原因造成的)，因此通常需要更换AFS***中所有的部件，但这个的维修成本太高，而且一般的汽车修理公司也难于完成。因此，最终往往使得用户只能放弃车辆前灯的自适应调整功能。

针对如上问题，有人提出了在车辆前灯中安装2D或3D的加速度传感器(G-sensor)的解决方案，从而达到简化AFS***结构的目的。该AFS***无需专门的车辆转向角度传感器、车速传感器和车体车姿传感器，而只需在前灯中安装一2D或3D的加速度传感器，可至少检测出前灯在重力加速度方向、垂直于重力加速度方向的车前灯向前行进方向上的加速度，然后该加速度传感器将其测量到的加速度数据传送给ECU，以供ECU整合计算出车头上仰或下偏的角度，然后计算出前灯在上下方向上应该旋转的角度，从而实现了对车前灯的调整。当然，如果使用3D的加速度传感器时，该***还可实现对车前灯向左右方向上的调整角度。但是，这类AFS***仍然存在着如下问题，例如，如图5a所示，当车辆沿着坡度为θ_W的斜坡上坡时，通过这里所速的加速度传感器只能计算出这时前灯照射方向(图中以实线表示)与上坡前照射方向(图中以虚线表示)间的角度θ_L，而无法计算出这时前灯照射方向与实际前、后轮轴连线方向间的角度。另外，本领域一般技术人员应当可以推理出，由于车辆上坡会致使车头上仰，因此θ_L>θ_W，所以如果这时ECU计算出的前灯在上下方向上应该旋转的角度要比其应当旋转的角度偏大，从而使得调整后的车前灯的照射方向实际上是过低的，因此其控制效果不理想。同理，如图5b所示，当车辆沿着坡度θ_W的斜坡为下坡时，由于下坡会致使车头下偏，从而θ_L>θ_W，因此ECU计算出的前灯在上下方向上应该旋转的角度要比其应当旋转的角度偏大，从而使得调整后的车前灯的照射方向实际上是过高的，因此其控制效果也不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应转向前灯照明***，可降低结构及实现复杂度，并且能够对车前灯的上下和左右方向的照射方向进行准确地调整，而无论是车辆处于加速或减速时、上坡或下坡时，还是转弯时，从而能够提高车辆行驶的安全度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种自适应转向前灯照明***，包括：电子控制单元、车灯转向驱动控制模块，其特征在于，还包括：安装在车辆前轮处的第一加速度传感器，及安装在车前灯内的第二加速度传感器，其中所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器的输出端均与所述电子控制单元的输入端连接在一起，而所述电子控制单元的输出端与所述车灯转向驱动控制模块的输入端连接在一起。

其中，所述第一加速度传感器为2D加速度传感器或为3D加速度传感器，用于至少测量：(1)车辆在重力加速度方向上的加速度变化；(2)车辆在垂直于重力加速度方向且朝向车头方向上的加速度变化。所述第一加速度传感器还可用于测量车辆在同时垂直于所述(1)和(2)两个方向上的加速度变化。

所述第二加速度传感器用于测量(3)车前灯在加速度方向上的加速度变化；(4)车前灯在垂直于重力加速度方向且与车头方向一致的方向上的加速度变化。所述第二加速度传感器还可用于测量车前灯在同时垂直于上述(3)和(4)两个方向上的加速度变化。

本发明由于采用了上述技术方案，具有这样的有益效果，即通过在车灯和前轮转轴上各安装一2D或3D的加速度传感器，来测量车辆和前灯在上下左右方向角度变化，然后通过ECU整合计算出前灯在上下左右方向应旋转的角度，再由车灯转向驱动控制模块控制前灯的旋转，从而确保了无论车辆处于上坡或下坡、加速或减速、还是在凹凸不平的道路上行驶，或者在转弯时，都能实现对车前灯的上下左右照射方向进行准确地调整，因此提高了车辆行驶的安全性；本发明还降低了AFS***的结构复杂度，降低了实现成本，同时提高了***中部件的移植性；另外，本发明所述***还降低了用户可能的维修成本，提高了进行推广使用的可能性。

附图说明

图1为正常情况下车辆前灯的照明方向示意图；

图2a为当车头上仰使得车辆前灯照射过高时的示意图；

图2b为当车头下偏使得车辆前灯照射过低时的示意图；

图3为车辆转弯时车辆前灯的照射方向示意图；

图4为现有技术中自适应转向前灯照明***的结构示意图；

图5a为车辆上坡时车灯中安装加速度传感器所测角度的示意图；

图5b为车辆下坡时车灯中安装加速度传感器所测角度的示意图；

图6为本发明所述自适应转向前灯照明***的结构简图；

图7车辆上坡时车辆和前灯在上下方向上的角度变化示意图；

图8车辆下坡时车辆和前灯在上下方向上的角度变化示意图。

具体实施方式

如图6所示为本发明所述自适应转向前灯照明***的结构简图，包括：第一加速度传感器62，安装在车辆的前轮处。在一个实施例中，所述第一加速度传感器62为2D的加速度传感器，至少可用于测量：(1)车辆在重力加速度方向上的加速度变化；(2)车辆在垂直于重力加速度方向且朝向车头方向上的加速度变化。通过所述(1)和(2)方向上的加速度变化可计算出车辆在上下方向上的角度变化。在另一个实施例中，所述第一加速度传感器62还可以是3D的加速度传感器，这时还可用于测量车辆在同时垂直于上述(1)和(2)两个方向上的加速度变化，通过该加速度变化及所述(2)方向上的加速度变化，可计算出车辆在左右方向上的角度变化。而且，该第一加速度传感器62的输出端通过车辆汇排流(CAN)或其他讯号线连接于电子控制单元(ECU)62的输入端，以将其测量到的加速度变化数据发送给所述ECU，从而通过可所述ECU计算出车辆在行进过程中上下或左右方向上的角度变化。

本发明所述***还包括第二加速度传感器(未画出)，安装在车前灯内，在一个实施例中，该第二加速度传感器为2D的加速度传感器，至少可用于测量：(3)车前灯在加速度方向上的加速度变化；(4)车前灯在垂直于重力加速度方向且与车头方向一致的方向上的加速度变化。通过所述(3)和(4)方向上的加速度变化可计算出前灯在上下方向上的角度变化。在另一个实施例中，所述第二加速度传感器还可以是3D的加速度传感器，这时还可用于测量车前灯在同时垂直于上述(3)和(4)两个方向上的加速度变化，通过该加速度变化及所述(4)方向上的加速度变化，可计算出前灯在左右方向上的角度变化。而且，该第二加速度传感器的输出端也通过车辆汇排流(CAN)或其他讯号线连接于电子控制单元(ECU)61的输入端，以将其测量到的加速度变化数据发送给所述ECU 61，从而可通过所述ECU 61计算出前灯在车辆行进过程中上下或左右方向上的角度变化。

本发明所述***还包括电子控制单元(ECU)61，用于通过车辆汇排流(CAN)或其他讯号线接收来自第一加速度传感器62和第二加速度传感器的加速度变化数据，并分别计算出车辆及车前灯的在上下或左右方向上的角度变化，然后根据这些角度变化，整合计算出前灯在上下或左右方向应旋转的角度。

本发明所述***还包括车灯转向驱动控制模块(图中未画出)，其输入端通过车辆汇排流(CAN)或其他讯号线与ECU 61的输出端连接在一起，该模块用于接收ECU 61计算出的前灯应旋转的角度，然后根据该角度控制前灯在前后左右方向上进行旋转。

为了更清楚地讲解本发明的原理，下面通过具体的应用实施例来对相关变化角度的计算方法作进一步说明：

如图7所示为车辆上坡时车辆和前灯在上下方向上的角度变化示意图，其中标号71表示车辆上坡前的方向；72表示车辆上坡前车前灯的方向；73表示车辆上坡后的方向；74表示车辆上坡后车前灯的方向。设这时第一加速度传感器61所测到的车辆在上述(1)和(2)方向上的加速度变化分别为Δa_hW1和Δa_xW1；而第二加速度传感器所测到的车前灯在上述(3)和(4)方向上的加速度变化分别为Δa_hL1和Δa_xL1。因此车辆在Δt时间内在上述(1)和(2)方向上的距离变化分别为： ${\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{hW}1}=\frac{1}{2}{\mathrm{\Δa}}_{\mathrm{hW}1}{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2$ 和 ${\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{xW}1}=\frac{1}{2}{\mathrm{\Δa}}_{\mathrm{xW}1}{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2,$ 因此 ${\mathrm{\θ}}_{W1}=\arctan \left(\frac{{\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{hW}1}}{{\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{xW}1}}\right).$ 而车前灯在Δt时间内在上述(3)和(4)方向上的距离变化分别为： ${\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{hL}1}=\frac{1}{2}{\mathrm{\Δa}}_{\mathrm{hL}1}{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2$ 和 ${\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{xL}1}=\frac{1}{2}{\mathrm{\Δa}}_{\mathrm{xL}1}{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2,$ 因此 ${\mathrm{\θ}}_{L1}=\arctan \left(\frac{{\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{hL}1}}{{\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{xL}1}}\right).$ 由于在本发明中，车前灯是处于动态调整中的，其调整后的目的是使得车前灯照射方向与车辆前后轮轴的连线方向平行，因此线条71和72应该是平行的，所以最后通过ECU61可整合计算出的前灯应向下旋转的角度为θ_x1＝θ_L1-θ_W1。

如图8所示为车辆下坡时车辆和前灯在上下方向上的角度变化示意图，其中标号81表示车辆下坡前的方向；82表示车辆下坡前车前灯的方向；83表示车辆下坡后的方向；84表示车辆下坡后车前灯的方向。设这时第一加速度传感器61所测到的车辆在上述(1)和(2)方向上的加速度变化分别为Δa_hW2和Δa_xW2；而第二加速度传感器所测到的车前灯在上述(3)和(4)方向上的加速度变化分别为Δa_hL2和Δa_xL2。因此车辆在Δt时间内在上述(1)和(2)方向上的距离变化分别为： ${\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{hW}2}=\frac{1}{2}{\mathrm{\Δa}}_{\mathrm{hW}2}{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2$ 和 ${\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{xW}2}=\frac{1}{2}{\mathrm{\Δa}}_{\mathrm{xW}2}{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2,$ 因此 ${\mathrm{\θ}}_{W2}=\arctan \left(\frac{{\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{hW}2}}{{\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{xW}2}}\right).$ 而车前灯在Δt时间内在上述(3)和(4)方向上的距离变化分别为： ${\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{hL}2}=\frac{1}{2}{\mathrm{\Δa}}_{\mathrm{hL}2}{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2$ 和 ${\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{xL}2}=\frac{1}{2}{\mathrm{\Δa}}_{\mathrm{xL}2}{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2,$ 因此 ${\mathrm{\θ}}_{21}=\arctan \left(\frac{{\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{hL}2}}{{\mathrm{\Δs}}_{\mathrm{xL}2}}\right).$ 由于在本发明中，车前灯是处于动态调整中的，其调整后的目的是使得车前灯照射方向与车辆前后轮轴的连线方向平行，因此线条81和82应该是平行的，所以最后通过ECU可整合计算出的前灯应向上旋转的角度为θ_x2＝θ_L2-θ_W2。

按照上面相同的原理，也可计算出车辆在向左或向右转弯时，车辆在左右方向上应旋转的角度。

Claims (9)

1、一种自适应转向前灯照明***，包括：电子控制单元、车灯转向驱动控制模块，其特征在于，还包括：安装在车辆前轮处的第一加速度传感器，及安装在车前灯内的第二加速度传感器，其中所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器的输出端均与所述电子控制单元的输入端连接在一起，而所述电子控制单元的输出端与所述车灯转向驱动控制模块的输入端连接在一起。

2、根据权利要求1所述的自适应转向前灯照明***，其特征在于，所述第一加速度传感器为2D加速度传感器或为3D加速度传感器。

3、根据权利要求2所述的自适应转向前灯照明***，其特征在于，所述第一加速度传感器至少用于测量：(1)车辆在重力加速度方向上的加速度变化；(2)车辆在垂直于重力加速度方向且朝向车头方向上的加速度变化。

4、根据权利要求3所述的自适应转向前灯照明***，其特征在于，所述第一加速度传感器还用于测量车辆在同时垂直于所述(1)和(2)两个方向上的加速度变化。

5、根据权利要求1所述的自适应转向前灯照明***，其特征在于，所述第二加速度传感器为2D加速度传感器或为3D加速度传感器。

6、根据权利要求5所述自适应转向前灯照明***，其特征在于，所述第二加速度传感器至少用于测量：(3)车前灯在加速度方向上的加速度变化；(4)车前灯在垂直于重力加速度方向且与车头方向一致的方向上的加速度变化。

7、根据权利要求6所述的自适应转向前灯照明***，其特征在于，所述第二加速度传感器还用于测量车前灯在同时垂直于所述(3)和(4)两个方向上的加速度变化。

8、根据权利要求1所述的自适应转向前灯照明***，其特征在于，所述电子控制单元，用于根据其从所述第一加速度传感器和第二加速度传感器处接收到的加速度变化数据，分别计算出车辆及车前灯的在上下或左右方向上的角度变化，并根据所述角度变化，整合计算出前灯在上下或左右方向应旋转的角度。

9、根据权利要求1或8所述的自适应转向前灯照明***，其特征在于，所述车灯转向驱动控制模块，用于根据从电子控制单元处接收到的前灯应旋转的角度信息，控制前灯在上下或左右方向上进行旋转。

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