CN108674301A - 自适应控制的汽车前照灯结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自适应控制的汽车前照灯结构及控制方法，灯座左右两侧面上各固定连接一根第一转轴，每个六棱柱沉孔底部处设有一个六棱柱状的电磁铁，第二转轴和第三转轴的圆柱形深孔底部分别同轴固定连接一个横截面为三角形的伸缩杆，伸缩杆同轴固定连接外形呈六棱柱的衔铁，第三转轴外同轴套有和第一齿轮相啮合的第二齿轮，第一齿轮同轴套在第四转轴外，第一齿轮正下方是摆锤，右侧的第一转轴右端外同轴固定套有第一锥齿轮，第一锥齿轮与中心轴前后水平的第二锥齿轮相啮合，第一锥齿轮固定连接步进电机的输出轴，第二转轴和第三转轴外套接轴承，第二转轴固定连接灯架；能匹配汽车的不同行车工况，针对不同的路况能做出不同的响应。

Description

自适应控制的汽车前照灯结构及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车前照灯的电子控制技术，具体是一种能自适应控制汽车前照灯照射方向的结构和方法，使前照灯充分照亮汽车的行驶方向。

背景技术

传统的汽车前照灯，其照射方向相对于车身是固定的，在汽车行驶于不平路段或上、下坡等工况下时，前照灯无法充分照亮汽车的行驶方向，这就导致了夜间照明不足所引起的交通事故。据不完全统计，在夜晚，照明不足时发生车辆事故的概率是照明充足时的三倍。针对这一问题，在中国专利申请号为201110385418.5文献中公布了一种车灯转向***及其车灯旋转执行器，该机构通过步进电机和丝杆带动滑块的直线摆动，以此带动前照灯的转动，该装置结构简单，传动可靠，并且可以通过将接收的信号值与初始化的信号值作比较来减少转动中的累积误差，但该装置只具备通过电机控制这一主动过程，对于路面不平度较小时前照灯无需转动、以及当汽车行驶在路面较颠簸时前照灯需要实时转动这两种工况下，该装置均无法针对不同的路况做出不同的响应，且电机的长期介入不仅有损电机的使用寿命，而且光线的长期摆动也会使得驾驶员产生视觉上的疲劳，不利于安全行车。又如中国专利申请号为201610396122.6文献中公开的一种自适应装载条件和路况的汽车前照灯，该装置通过配重的摆动带动前照灯的摆动，以此保证汽车在不平路面行驶时，灯光具有一定的转角补偿值；该装置结构简单、造价低廉，且光线无损耗；但该装置存在的问题是：当汽车在上下坡时，无法通过电机的介入这一主动过程来更加精确的改变前照灯的转角。

发明内容

本发明的目的是针对现有汽车前照灯在照射路面时存在的上述问题，提出了一种自适应控制的汽车前照灯结构及其控制方法，针对不同的行车工况，前照灯能自适应地做出不同的状态选择，以此使得前照灯达到更佳的照射效果。

本发明所述的自适应控制的汽车前照灯结构采用的技术方案是：具有一个开口朝上的U形灯架和U形灯架中呈前后方向布置的灯座，灯座内固定装有前照灯，灯座左右两侧面上各固定连接一根第一转轴，两根第一转轴呈左右水平且相于灯座的中心左右对称，左侧的第一转轴的左端、右侧的第一转轴的右端各同轴延伸一个直径比第一转轴直径小的圆柱形凸台，每个圆柱形凸台的中心开有六棱柱沉孔，每个六棱柱沉孔底部处设有一个六棱柱状的电磁铁；左右水平的第三转轴的右端开有能同轴套接在左侧的第一转轴上的圆柱形凸台外的圆柱形深孔，左右水平的第二转轴的左端开有能同轴套接在右侧的第一转轴上的圆柱形凸台外的圆柱形深孔；第二转轴和第三转轴的圆柱形深孔底部分别同轴固定连接一个横截面为三角形的伸缩杆，伸缩杆外部同轴套有弹簧，伸缩杆同轴固定连接外形呈六棱柱的衔铁，所述衔铁与同侧的所述电磁铁同轴布置且相互面对；第三转轴外同轴套有和第一齿轮相啮合的第二齿轮，第一齿轮同轴套在左右水平布置的第四转轴外，第一齿轮的正下方是上下垂直的摆锤，摆锤上端固定连接第四转轴；右侧的第一转轴右端外同轴固定套有第一锥齿轮，第一锥齿轮与中心轴前后水平的第二锥齿轮相啮合，第一锥齿轮固定连接步进电机的输出轴；第二转轴和第三转轴外套接轴承，第二转轴固定连接灯架。

所述的自适应控制的汽车前照灯结构的控制方法采用的技术方案是包括以下步骤：

A、汽车行驶在平路上时，右侧电磁铁通电，左侧电磁铁不通电，右侧衔铁水平向左运动被吸入右侧的第一转轴右端的六棱柱沉孔中，灯座处于固定状态；

B、汽车行驶在不平路面时，右侧电磁铁不通电，左侧电磁铁通电，左侧衔铁被吸入左侧的第一转轴左端的六棱柱沉孔中；摆锤摆动，带动灯座摆动；

C、汽车处于上下坡时，右侧电磁铁与左侧电磁铁均不通电，步进电机工作，带动第二锥齿轮与第一锥齿轮转动，灯座跟着转动。

本发明采用上述技术方案后体现出的有益效果是：

1、前照灯在主动状态下的转动是通过步进电机直接驱动的，相对于一般的电机驱动其转动的角度精度更高，能更加精确地改变前照灯的转角。

2、本发明汽车前照灯结构是一种能匹配汽车的不同行车工况的装置，针对不同的路况能做出不同的响应。相较于普通的汽车自适应前照灯，具有能根据不同的行车工况，在主动状态、半被动状态以及固定状态之间自动切换的特性，能避免前照灯长时间的晃动导致驾驶人员的视觉疲劳。

3、本发明中的控制机构采用了电磁铁与衔铁，其结构简单，且成本较低。

附图说明

图1为本发明自适应控制的汽车前照灯结构示意图；

图2为图1中灯架的结构示意图；

图3为图1中去掉灯架和安装板后的结构示意图；

图4为图1中位于灯座1左侧部分的放大结构***图；

图5为图1中位于灯座1右侧部分的放大结构***图；

图6为图1中左右第一转轴的装配关系示意图；

图7为图6中局部I的放大图；

图8为图6中局部H的放大图。

图中：1.灯座；2.第一转轴；3.第一锥齿轮；4.第二转轴；5.第二锥齿轮；6.步进电机；7.灯架；7a.左侧安装板；7b.右侧安装板；7c.左侧矩形板；7d.右侧矩形板；8.摆锤；9.第一齿轮；10.第四转轴；11.第二齿轮；12第三转轴；13.左侧电磁铁；14.弹簧；15.左侧衔铁；16.右侧衔铁；17.右侧电磁铁；18.伸缩杆。

具体实施方式

为了便于理解，规定本发明自适应控制的汽车前照灯结构的空间方位：参见图1，在汽车前进的方向上，规定以前照灯照射方向为“前”，其相对的另一侧方向为“后”；规定以图1中第四转轴10所在位置为“左”，以对面的步进电机6所在位置为“右”；在垂直方向上，规定以图1中灯座1所在位置为“上”，灯架7底部所在位置为“下”。下面结合附图对本发明作做进一步的阐述。

参见图1和图2，本发明自适应控制的汽车前照灯结构的底部是灯架7，灯架7是开口朝上的U形框架，U形框架的两侧板左右布置，两侧板分别是相互平行的左侧矩形板7c和右侧矩形板7d。在左侧矩形板7c、右侧矩形板7d之间设有垂直于U形框架底板的左侧安装板7a和右侧安装板7b，左侧安装板7a、右侧安装板7b均与左侧矩形板7c、右侧矩形板7d相互平行。在左侧安装板7a和右侧安装板7b之间设置灯座1，灯座1的开口朝向正前方。

左侧矩形板7c和左侧安装板7a之间留有间隙，右侧矩形板7d和右侧安装板7b之间留有间隙。左侧矩形板7c与左侧安装板7a的上端均开有两个呈水平分布的圆形安装孔，右侧矩形板7d与右侧安装板7b的上端均开有一个安装孔，且左侧矩形板7c、左侧安装板7a的前端安装孔与右侧矩形板7d、右侧安装板7b上的安装孔的中心线均在同一条轴线上；左侧矩形板7c、左侧安装板7a的后端安装孔的中心线在同一条轴线上；且前后两条轴线高度相等且相互平行。

参见图1、图3，灯座1外形大致为内部是空腔的圆台体形，前照灯固定安装在灯座1内的空腔中。灯座1呈前后方向布置，大端朝向前方，小端朝向后方。灯座1的左右两侧面上各固定连接有一根第一转轴2，两根第一转轴2相于灯座1的中心在水平方向上呈左右对称布置，其中心线位于同一条直线上。左侧的第一转轴2的左端向左穿过左侧安装板7a前端的安装孔，并通过轴承安装在左侧安装板7a前端的安装孔上；右侧的第一转轴2的右端向右穿过右侧安装板7b上的安装孔，并通过轴承安装在右侧安装板7b的安装孔上，以此使得灯座1和第一转轴2一起能够绕轴承和第一转轴2的共同中心线上下摆动。

参见图4、图6，左侧的第一转轴2的左端同轴延伸一个比第一转轴2直径小的圆柱形凸台，圆柱形凸台的中心线上开有六棱柱的沉孔，外形为六棱柱状的左侧电磁铁13安装在该六棱柱沉孔的底部。

参见图3、图4、图5、图6、图7，左侧第一转轴2的左端连接第三转轴12，第三转轴12在水平方向上呈左右布置，第三转轴12的中心线与左侧第一转轴2的中心线在同一条轴线上。第三转轴12的左端通过轴承安装在左侧矩形板7c的前端安装孔上、右端开有圆柱形深孔，且第三转轴12右端的圆柱形深孔同轴套接在左侧第一转轴2左侧的圆柱形凸台外，使第三转轴12与左侧第一转轴2连接在一起。

第三转轴12右端的圆柱形深孔的底部同轴固定连接伸缩杆18的左端，伸缩杆18的横截面为三角形，伸缩杆18的右端同轴固定连接外形呈六棱柱的左侧衔铁15的左端。伸缩杆18在水平方向上呈左右布置，在伸缩杆18外同轴套有弹簧14，弹簧14左端压靠在圆柱形深孔的底部，右端压靠在左侧衔铁15的左端面上。圆柱形深孔的外径大于左侧衔铁15的外径，左侧衔铁15的外径大于弹簧14的外径。左侧衔铁15的外径略小于左侧转轴2左端的六棱柱沉孔的内径，左侧衔铁15与左侧电磁铁13同轴布置，且相互面对面，通过左侧电磁铁13的吸引力，使得左侧衔铁15能够向右运动进入左侧的第一转轴2左端的六棱柱沉孔中，从而通过伸缩杆18和左侧衔铁15实现第三转轴12与左侧第一转轴2的同步转动。

参见图1、图3、图4，第三转轴12外同轴套有第二齿轮11，第二齿轮11和第一齿轮9相互啮合，第一齿轮9同轴套在第四转轴10外。第四转轴10呈水平方向上的左右布置，其左端通过轴承安装在左侧矩形板7c的后端安装孔上，右端通过轴承安装在左侧安装板7a的后端安装孔上。第四转轴10的中心线与第三转轴12的中心线在同一水平面上，且相互平行。

第一齿轮9的正下方是摆锤8，摆锤8呈垂直方向上下布置，摆锤8的上端固定连接第四转轴10。摆锤8呈上端呈U型，U型板的两侧开有圆柱形通孔，该圆柱形通孔穿过第四转轴10，且与第四转轴10之间为过盈配合，第一齿轮9位于U型板正中间。摆锤8的下端是一根细长的杆连接有一个圆柱形重物。初始时，整个摆锤8位于上下垂直方向上，当汽车上下颠簸时，摆锤8发生上下摆动，摆锤8的上下摆动带动第四转轴10和第一齿轮9转动，第一齿轮9与第二齿轮11啮合转动，从而带动第三转轴12转动，灯座1随着第三转轴12转动。

右侧的第一转轴2的安装方式与左侧的第一转轴2的安装方式呈左右对称关系。参见图1、图3、图5、图8，右侧转轴2的右端设置为一个比第一转轴2直径小的圆柱形凸台，圆柱形凸台的中心线上开有六棱柱的沉孔，右侧电磁铁17安装在该六棱柱沉孔的底部。第二转轴4在水平方向上呈左右布置，其右端固定安装在右侧矩形板7d的安装孔上，左端中心处开有圆柱形深孔，且第二转轴4左端的圆柱形深孔同轴套接在右侧的第一转轴2右侧的圆柱形凸台外。第二转轴4左端的圆柱形深孔的底部通过横截面为三角形的另一个伸缩杆18连接外形呈六棱柱的右侧衔铁16，另一个伸缩杆18外同轴套有另一个弹簧14，弹簧14左右两端分别压靠在圆柱形深孔底部和右侧衔铁16上。伸缩杆18在水平方向上呈左右布置，其右端面固定连接在第二转轴4左端的圆柱形深孔底部，左端面固定连接在右侧衔铁16的右端面上。右侧衔铁16的大小略小于第一转轴2右侧的六棱柱沉孔，右侧衔铁16与右侧电磁铁17同轴布置，且相互面对面，使得通过右侧电磁铁17的吸引力，右侧衔铁16能够进入右侧转轴2右侧的六棱柱沉孔中，从而使得右侧的第一转轴2通过固定安装在灯架7上的第二转轴4而无法转动。

右侧的第一转轴2右端外同轴固定套有第一锥齿轮3，第一锥齿轮3与第二锥齿轮5相啮合，第二锥齿轮5的中心轴前后水平布置，且与第一锥齿轮3的中心轴上下高度相等。第二锥齿轮5同轴固定套接在步进电机6的输出轴上，由步进电机6带动转动。步进电机6呈前后方向布置，其壳体通过螺钉固定安装在右侧矩形板7d上，且其输出端的中心线与第二转轴4的中心线位于同一水平面上，并且与第二转轴4的中心线相互垂直。

本发明工作时，针对不同的行车工况，能自适应调节三种控制状态，具体是：

第一种控制状态：是灯座1保持固定状态。当汽车在良好的平路上行驶时，通过汽车自身的陀螺仪可测得汽车车身与水平方向上的夹角变化值几乎为零，此时灯座1内的前照灯应保持固定状态，以此避免前照灯长时间的晃动导致驾驶人员的视觉疲劳。此时，右侧电磁铁17通电，而左侧电磁铁13不通电，右侧衔铁16水平向左运动被吸入右侧的第一转轴2右端的六棱柱沉孔中，通过右侧衔铁16和伸缩杆18的链接作用，使得右侧的第一转轴2、灯座1与第二转轴4成为一体，而左侧的第一转轴2、灯座1与第三转轴12却分离，且由于第二转轴4与灯架7为固定连接，从而保持固定不动的右侧的第一转轴2和灯座1处于固定状态，前照灯应保持在固定状态。

第二种控制状态：灯座1随着摆锤8的摆动而摆动的半被动状态。当汽车在道路不平的路面行驶时，通过汽车自身的陀螺仪可测得汽车车身与水平方向上的夹角变化值一直处于变化状态，且变化值不大，此时为了更好的照射效果，前照灯的转动应该具有一个与车身转动方向相同的补偿角度。此时，右侧电磁铁17不通电，而左侧电磁铁13通电，左侧衔铁15被吸入左侧的第一转轴2左端的六棱柱沉孔中，通过左侧衔铁15和伸缩杆18的链接作用，使得灯座1与左侧的第三转轴12成为一体，而与右侧的第二转轴4分离。当汽车驶入不平路面时，摆锤8的摆动带动第一齿轮9的转动，从而带动第二齿轮11以及第三转轴12的转动，最终使得灯座1能根据摆锤8的摆动而转动一定角度。

第三种控制状态：灯座1通过步进电机6的转动而精确地转动一定角度的主动过程。当汽车处于上下坡状态时，通过汽车自身的陀螺仪可测得汽车车身与水平方向上具有一个较大的夹角，此时为了达到更好的照射效果，前照灯的转动应根据坡度大小的不同而精确的转动一定的角度。此时，右侧电磁铁17与左侧电磁铁13均不通电，此时灯座1与第二转轴4和第三转轴12均处于分离状态。当汽车驶入上下坡时，控制步进电机6工作，步进电机6转动带动第二锥齿轮5与第一锥齿轮3的转动，最终使得右侧的第一转轴2和灯座1能根据步进电机6的转动而精确地转动一定角度。

Claims (8)

1.一种自适应控制的汽车前照灯结构，具有一个开口朝上的U形灯架（7）和U形灯架（7）中呈前后方向布置的灯座（1），灯座（1）内固定装有前照灯，其特征是：灯座（1）左右两侧面上各固定连接一根第一转轴（2），两根第一转轴（2）呈左右水平且相于灯座（1）的中心左右对称，左侧的第一转轴（2）的左端、右侧的第一转轴（2）的右端各同轴延伸一个直径比第一转轴（2）直径小的圆柱形凸台，每个圆柱形凸台的中心开有六棱柱沉孔，每个六棱柱沉孔底部处设有一个六棱柱状的电磁铁；左右水平的第三转轴（12）的右端开有能同轴套接在左侧的第一转轴（2）上的圆柱形凸台外的圆柱形深孔，左右水平的第二转轴（4）的左端开有能同轴套接在右侧的第一转轴（2）上的圆柱形凸台外的圆柱形深孔；第二转轴（4）和第三转轴（12）的圆柱形深孔底部分别同轴固定连接一个横截面为三角形的伸缩杆（18），伸缩杆（18）外部同轴套有弹簧（14），伸缩杆（18）同轴固定连接外形呈六棱柱的衔铁，所述衔铁与同侧的所述电磁铁同轴布置且相互面对；第三转轴（12）外同轴套有和第一齿轮（9）相啮合的第二齿轮（11），第一齿轮（9）同轴套在左右水平布置的第四转轴（10）外，第一齿轮（9）的正下方是上下垂直的摆锤（8），摆锤（8）上端固定连接第四转轴（10）；右侧的第一转轴（2）右端外同轴固定套有第一锥齿轮（3），第一锥齿轮（3）与中心轴前后水平的第二锥齿轮（5）相啮合，第一锥齿轮（3）固定连接步进电机（6）的输出轴；第二转轴（4）和第三转轴（12）外套接轴承，第二转轴（4）固定连接灯架（7）。

2.根据权利要求1所述的自适应控制的汽车前照灯结构，其特征是：U形灯架（7）的左侧矩形板（7c）和右侧矩形板（7d）之间设有平行的左侧安装板（7a）和右侧安装板（7b），灯座（1）设在左侧安装板（7a）和右侧安装板（7b）之间；左侧的第一转轴（2）的左端向左穿过左侧安装板（7a）且通过轴承连接，右侧的第一转轴（2）的右端向右穿过右侧安装板（7b）且通过轴承连接；第四转轴（10）左端通过轴承连接左侧矩形板（7c）、右端通过轴承连接左侧安装板（7a）。

3.根据权利要求1所述的自适应控制的汽车前照灯结构，其特征是：所述圆柱形深孔的外径大于所述衔铁的外径，所述衔铁的外径大于所述弹簧（140的外径；所述衔铁外径小于所述六棱柱沉孔的内径。

4.根据权利要求1所述的自适应控制的汽车前照灯结构，其特征是：第四转轴（10）的中心线与第三转轴（12）的中心线在同一水平面上且相互平行。

5.根据权利要求1所述的自适应控制的汽车前照灯结构，其特征是：摆锤（8）上端呈U型板，U型板的两侧面开有与第四转轴（10）过盈配合的圆柱形通孔，第一齿轮（9）位于U型板正中间。

6.根据权利要求5所述的自适应控制的汽车前照灯结构，其特征是：摆锤（8）的U型板下端经细长杆连接有一个圆柱形重物。

7.一种如权利要求1所述的自适应控制的汽车前照灯结构的控制方法，其特征是包括以下步骤：

A、汽车行驶在平路上时，右侧电磁铁（17）通电，左侧电磁铁（130不通电，右侧衔铁（16）水平向左运动被吸入右侧的第一转轴（2）右端的六棱柱沉孔中，灯座（1）处于固定状态；

B、汽车行驶在不平路面时，右侧电磁铁（17）不通电，左侧电磁铁（13）通电，左侧衔铁（15）被吸入左侧的第一转轴（2）左端的六棱柱沉孔中；摆锤（8）摆动，带动灯座（1）摆动；

C、汽车处于上下坡时，右侧电磁铁（17）与左侧电磁铁（13）均不通电，步进电机（6）工作，带动第二锥齿轮（5）与第一锥齿轮（3）转动，灯座（1）跟着转动。

8.根据权利要求7所述的自适应控制的汽车前照灯结构的控制方法，其特征是：通过汽车自身的陀螺仪测得汽车车身与水平方向上的夹角变化值，根据夹角变化值给电磁铁通电或不通电。