專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)汽車前照燈照射范圍的控制系統(tǒng)，尤其涉及一種夜間彎道 行駛時前照燈自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車照明對交通安全有重要作用。在各種不同條件下的有效路面照明，目的不僅僅是 增強人的視覺，最重要且必須考慮的是要有明亮程度、顏色和立體感，同時還有形狀和動 作，以及亮度和顏色對比度。高性能前照燈以及其他前后車燈，是實現(xiàn)"看得見和被看見" 的汽車照明的基本目標。
汽車前照燈系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了多個階段從最初的煤油燈發(fā)展到白熾燈；然后發(fā)展到 拋物面鹵鎢前照燈、自由曲面鹵鎢前照燈和投射系統(tǒng)前照燈；上世紀九十年代中期出現(xiàn)了 以氣體放電燈為光源的投影系統(tǒng)前照燈和自由曲面前照燈系統(tǒng)。汽車前照燈系統(tǒng)的每一個 發(fā)展階段都蘊含著對行車安全的不斷追求。
眾所周知，作為傳統(tǒng)行車燈的近光，只能工作在一種固定的模式下，但實際的道路使 用狀況、環(huán)境狀況、氣候狀況等等情況非常復(fù)雜。比如岔路口多的鄉(xiāng)間小路、彎道狀況、 路口轉(zhuǎn)彎狀況、在高速路上駕駛、在國道上駕駛、雨霧天氣等。也正是這種復(fù)雜的道路環(huán) 境和天氣狀況，使得交通安全仍然存在巨大的隱患。統(tǒng)計表明，在歐洲那些車輛使用規(guī)范、 車輛安全要求和駕駛員素質(zhì)較高的國度，由于照明引起的交通事故(即如果在白天或者照 明條件好則完全可以避免的交通事故)達到30%以上，造成的損失可想而知。再加上在路 上行駛的車輛日益增多、老年駕駛員的增多以及允許駕駛員駕駛年齡的延長(歐洲現(xiàn)行允 許駕駛年齡到70歲，老年人的視力和反應(yīng)速度明顯下降)等等諸多因素使得行車安全問 題更加突出。
在這些條件的要求下，AFS系統(tǒng)(即自適應(yīng)前照燈系)應(yīng)運而生。它顯著提高了 在車輛前進方向，夜間行駛時前方的交叉路口、彎道處的可視性；有效地降低夜晚彎路行 車的疲勞程度，從而明顯提升夜晚彎路上行車的安全性。車輛在彎道行駛時，AFS系統(tǒng) 開啟可顯著增大近光燈的照明范圍和照明距離，增加駕駛者反應(yīng)時間，這一點對于時常進 行夜晚運輸?shù)膶I(yè)駕駛員而言至關(guān)重要。
現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于AFS系統(tǒng)也有研究，
公開日為2007年IO月10日，公開號為CN 101049808A的中國發(fā)明專利申請中公開了一種"汽車前照燈自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置"，該裝置屬 于非便攜式照明裝置領(lǐng)域。其予以實現(xiàn)的技術(shù)方案是包括中央控制單元和驅(qū)動執(zhí)行單元， 在中央控制單元與驅(qū)動執(zhí)行單元之間設(shè)置有LIN總線收發(fā)器；在驅(qū)動執(zhí)行單元步進電機
與中央控制單元主MCU芯片之間設(shè)置有位置反饋模塊；中央控制單元與驅(qū)動執(zhí)行單元通 過LIN總線連接。該技術(shù)方案其不足之處是(1)將中央控制單元與驅(qū)動執(zhí)行單元分開， 中間使用LIN總線連接，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，該系統(tǒng)的可靠性也隨之下降；(2)由于 中央控制單元和驅(qū)動執(zhí)行單元的分置拓撲結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動執(zhí)行單元除了要有LIN總線的收 發(fā)器外，還必須有MCU作為LIN總線的控制從節(jié)點，增加了系統(tǒng)的成本；G)燈光元件 是汽車安全行駛的重要部件，同時也是易損件。該現(xiàn)有技術(shù)采用將LIN收發(fā)器和驅(qū)動單 元整合的設(shè)計， 一旦驅(qū)動單元損壞，則LIN接收器整個都要更換，從而增加了維修成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)及其控制方法，經(jīng) 過對多個電器單元的整合而無需外加收發(fā)器，并可以利用原有的CAN網(wǎng)絡(luò)而無需加裝額外 的傳感器，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了 AFS控制系統(tǒng)的可靠性，同時降低了系統(tǒng)的生產(chǎn)和維 修成本。本系統(tǒng)中還針對非CAN網(wǎng)絡(luò)的車輛傳感器設(shè)計了不同的信號輸入調(diào)理模塊，增加 了系統(tǒng)的信號采集準確性和穩(wěn)定性。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)予以實現(xiàn)的 技術(shù)方案是該系統(tǒng)包括AFS控制器、車身傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，所述AFS控制器包括 通過SPI總線與電源管理及CAN收發(fā)器模塊連接的MCU模塊；通過電壓量及PWM波 形與所述MCU模塊連接的信號調(diào)理電路，所述信號調(diào)理電路包括方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào) 理電路、車速信號輸入調(diào)理電路和懸架高度信號輸入調(diào)理電路；通過IIC總線與MCU模 塊連接的步進電機控制模塊；所述車身傳感器包括與方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路連接的 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、與車速信號輸入調(diào)理電路連接的車速傳感器、分別與懸架高度信號輸 入調(diào)理電路連接的前懸架高度傳感器和后懸架高度傳感器;所述執(zhí)行機構(gòu)包括分別與AFS 控制器連接的垂直調(diào)整執(zhí)行器和水平回轉(zhuǎn)執(zhí)行器；所述AFS控制器通過CAN/LIN與車身 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。
利用上述系統(tǒng)控制前車燈的方法包括以下步驟
(1) 啟動自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)；
(2) MCU模塊進行變量定義及其初始化；
(3) 外圍設(shè)備的初始化及其狀態(tài)的設(shè)定，包括設(shè)置CAN通訊控制模塊，通過SPI 擴展通訊模塊設(shè)置電源管理模塊MC33889的工作狀態(tài)，通過IIC總線設(shè)置步進電機控制 模塊的工作狀態(tài)等；
(4) 電源管理模塊MC33889中的CAN總線收發(fā)器進行CAN信息及命令的接收；
(5) AFS控制器根據(jù)通過車身傳感器接收到的車輛的近光狀態(tài)和倒車狀態(tài)進行如下 控制近光狀態(tài)時判斷近光燈是否開啟，若近光燈處于關(guān)閉狀態(tài)，此時自適應(yīng)前照燈系 控制系統(tǒng)自動關(guān)閉，并返回步驟(4);若近光燈處于開啟狀態(tài)，判斷自適應(yīng)前照燈系控 制系統(tǒng)是否處于開啟狀態(tài)，若自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)處于開啟狀態(tài)，順序執(zhí)行下一步驟；
否則，返回步驟(4);倒車狀態(tài)時判斷車輛是否處于正常行駛狀態(tài)，若車輛處于正常 行駛狀態(tài)，此時開啟自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)，順序執(zhí)行下一步驟；若車輛處于倒車狀態(tài)， 此時afs系統(tǒng)停止工作，保持前向照明，返回步驟(4);
(6) 車身傳感器的信號通過信號調(diào)理電路進行濾波及電壓的匹配，mcu模塊通過自 身的ad及pwm接口采集來自于車身傳感器的信息，并處理該信息；
(7) 由mcu模塊通過下面的公式計算得出前車燈的偏角
<formula>formula see original document page 7</formula>(1)
其中L一車輛軸距；a一方向盤轉(zhuǎn)角；phi——車燈偏角；k——轉(zhuǎn)向特征系數(shù)；v一車速函數(shù)；t一提前照明時間；
(8) mcu模塊通過iic總線將控制命令傳送至步進電機控制模塊，以驅(qū)動垂直調(diào)整 執(zhí)行器和水平回轉(zhuǎn)執(zhí)行器中的步進電機轉(zhuǎn)動，從而使前車燈達到最佳的照明效果；
(9) 返回上述步驟(4)，繼續(xù)自適應(yīng)調(diào)整前車燈系。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(1) 由于在本發(fā)明基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)中，將afs控制器的 mcu模塊(中央控制模塊)和步進電機的驅(qū)動單元整合為一個控制單元。因此，該系統(tǒng)
結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案相比較更為簡化。即該整合的控制單元采用nc總線控制， 該nc總線可以使用通用i/o模擬，無需外加收發(fā)器，而且一般的mcu都可以使用，這
無疑可以大幅度的降低系統(tǒng)的成本。
(2) 本發(fā)明控制系統(tǒng)中，還在afs控制器中增加了強大的can線接口，提高了系統(tǒng) 的擴展性和可控制性，為整車網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架提供了接口，以方便afs控制器更好的融合進入車 上已有的can網(wǎng)絡(luò)。對于具有can網(wǎng)絡(luò)的車輛，可以直接從can線獲取各種傳感器信號 數(shù)據(jù)，而無需加裝額外的傳感器，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。
(3) 對于沒有can網(wǎng)絡(luò)的車輛，本發(fā)明控制系統(tǒng)還針對特殊的傳感器設(shè)計提出了不 同的信號輸入調(diào)理模塊，增加了系統(tǒng)的信號采集準確性和穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)的硬件框圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)中afs控制器的硬件框圖3是本發(fā)明控制系統(tǒng)中方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路圖4是現(xiàn)有技術(shù)中方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路的相對位置信號圖5是現(xiàn)有技術(shù)中方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路的絕對位置信號圖6是本發(fā)明控制系統(tǒng)中車速信號輸入調(diào)理電路圖7-1是本發(fā)明控制系統(tǒng)中前懸架高度信號輸入調(diào)理電路圖7-2是本發(fā)明控制系統(tǒng)中后懸架高度信號輸入調(diào)理電路圖8是本發(fā)明控制系統(tǒng)中AFS控制器主流程圖； 圖9是本發(fā)明控制系統(tǒng)中一個CAN信息幀；
圖IO是本發(fā)明控制系統(tǒng)中方向盤轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)格式；
圖11是本發(fā)明控制系統(tǒng)中前后懸架高度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
圖12是本發(fā)明控制系統(tǒng)中AFS控制器的控制字節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述。
圖1示出了本發(fā)明基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)的硬件框圖，圖2示出了 該系統(tǒng)中的AFS控制器的硬件結(jié)構(gòu)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括AFS控制器100、車身傳 感器200和執(zhí)行機構(gòu)300。該系統(tǒng)能夠根據(jù)車身的動態(tài)變化、轉(zhuǎn)向機構(gòu)的動作特性、發(fā)動 機的工作狀態(tài)等綜合因素進行計算和判斷，從而判定汽車當(dāng)前的行駛狀態(tài)并對前照燈近光 進行相應(yīng)的調(diào)整。如圖2所示，所述車身傳感器200包括與方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路 連接的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器201、與車速信號輸入調(diào)理電路連接的車速傳感器202、分別與 懸架高度信號輸入調(diào)理電路連接的前懸架高度傳感器203和后懸架高度傳感器204。 AFS 系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)300包括分別與AFS控制器100連接的垂直調(diào)整執(zhí)行器和水平回轉(zhuǎn)執(zhí)行 器；執(zhí)行機構(gòu)使用兩個步進電機進行水平、垂直方向的角度調(diào)整。由AFS控制器采集方 向盤轉(zhuǎn)角信號、車速和車高信號；通過內(nèi)置數(shù)學(xué)模型得出相應(yīng)的水平、垂直偏角；最后由 驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，達到最佳的照明效果。采用步進電機具有行程準確、動作平穩(wěn)、 工作壽命長等特點。
下面詳細說明本發(fā)明控制系統(tǒng)中各模塊的構(gòu)成及工作原理
1. AFS控制器100的構(gòu)成AFS控制器100是AFS系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。它負責(zé)傳感 器信號的采集、處理，控制策略的實現(xiàn)，以及步進電機的控制，CAN網(wǎng)絡(luò)通信。如圖2 所示，所述AFS控制器100包括通過SPI總線與電源管理及CAN收發(fā)器模塊101連接 的MCU模塊102;通過電壓量及PWM波形與所述MCU模塊102連接的信號調(diào)理電路 103，所述信號調(diào)理電路103包括方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路、車速信號輸入調(diào)理電路 和懸架高度信號輸入調(diào)理電路；通過IIC總線與MCU模塊102連接的步進電機控制模塊 104。所述AFS控制器100通過CAN/LIN與車身網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。
2. 電源管理及CAN收發(fā)器模塊101
如圖2所示，所述電源管理及CAN收發(fā)器模塊101釆用Motorola公司生產(chǎn)的芯片 MC33889，它具有電源管理功能的同時還內(nèi)建低速可容錯的CAN總線收發(fā)器。
由于目前汽車使用的電源系統(tǒng)通常是12V系統(tǒng)，蓄電池的電壓范圍一般為9 15V。 而一般單片機的輸入電壓和各個管腳的最大輸入電壓為5V。同時由于車輛上的電器模塊 愈來愈多，功耗也不斷上升，系統(tǒng)的靜態(tài)功耗要求日趨嚴格。因此，在控制器中需要一個 電源管理模塊滿足電源電壓的轉(zhuǎn)換及靜態(tài)功耗管理的要求。 本發(fā)明中選用的MC33889，其工作電壓9V—27V，可抗最大40V的尖峰電壓；兩種 供電模式可供選擇，在擴展方式下，可以獲得最小200mA，最大2A的驅(qū)動能力；具有四 種電源管理模式標準、等待、停止、睡眠以及較為方便的調(diào)試模式；外部開關(guān)喚醒功能 (提供150mA的驅(qū)動電流)；低電壓、過溫檢測及保護，內(nèi)置看門狗；具有外部復(fù)位及異 常情況時的中斷請求；與ECU通過SPI方式通訊，節(jié)省I/0口資源。它可以完全滿足電 源管理的要求。
其CAN收發(fā)器符合ISO 11519CAN規(guī)范，而且其電氣性能與MC33388相匹配。所 述CAN通信模塊主要包括MSCAN08控制器和CAN總線收發(fā)器；所述MSCAN08控制 器是Motorola公司專為其8位和16位系列單片機定制的CAN控制器，該控制器支持 CAN2.0B。本發(fā)明所適用的車身網(wǎng)絡(luò)中CAN網(wǎng)絡(luò)屬于低速CAN，位數(shù)率設(shè)為125kbps。
電源管理芯片MC33889與MCU模塊通過SPI方式通訊時，MCU模塊應(yīng)選為主機模 式，而MC33889默認為從機模式；當(dāng)開始傳送數(shù)據(jù)時，應(yīng)先使CSB變低，并且在一次數(shù) 據(jù)(一個字節(jié))傳送過程中始終保持CSB信號為低，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完成后再使CSB信號變 高，此后再重復(fù)上述過程傳送下一個數(shù)據(jù)，而拉低CSB信號的時間要根據(jù)主機SCLK所 設(shè)的頻率而定；在上電后要首先對MC33889芯片進行初始化，否則擴展電源V2無法正
常工作。
3. MCU模塊102
如圖2所示，所述MCU模塊102采用R8C21237，它是瑞薩公司生產(chǎn)的低功耗、高 性能的8位微控制器。標準片上外設(shè)包括8位多功能定時器、16位定時器、UART/時鐘 同步串行接口、電壓檢測電路、上電復(fù)位電路、高/低速片上振蕩器、檢測定時器等。同 時加入了UART、 IIC總線接口 (IIC) /芯片選擇時鐘同步串行接口、 10位A/D轉(zhuǎn)換器和 振蕩停止檢測功能。配備硬件丄IN模塊和CAN模塊。最高工作頻率為20MHz。提供48 引腳封裝擁有豐富的I/0資源同時嵌入了數(shù)據(jù)閃存UKBx2塊)。
AFS控制器主要利用該控制器的具有輸出比較功能的定時器，通用定時器，8通道 10位A/D轉(zhuǎn)換，CAN通信控制器和SPI擴展通訊模塊及IIC總線接口。其中，通用定時 器主要用來定時為MCU模塊和電源管理模塊清狗；多通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器用來進行 傳感器電壓數(shù)據(jù)的采樣；CAN通信控制器的主要功能是與電源管理模塊MC33889中的 CAN收發(fā)器接口， 二者結(jié)合共同完成CAN信號的調(diào)理和收發(fā)功能。SPI模塊與電源管理 模塊MC33889通訊對其進行初始化，CAN收發(fā)器的寄存器設(shè)置，清看門狗寄存器等操作。 IIC總線接口用于MCU模塊與步進電機控制模塊的通訊。
4. 步進電機控制模塊104
如圖1和圖2所示，所述垂直調(diào)整執(zhí)行器包括左燈垂直調(diào)整步進電機和右燈垂直調(diào)整 步進電機，所述水平回轉(zhuǎn)調(diào)整執(zhí)行器包括左燈水平調(diào)整步進電機和右燈水平調(diào)整步進電 機，上述多個步進電機用于前燈的水平和垂直方向的角度調(diào)整；
如圖2所示，步進電機控制模塊104采用AMIS公司生產(chǎn)的芯片AMI30622，其上包
括了步進電機的位置控制器和控制診斷接口，控制通過nc接口。步進電機控制模塊為IIC
總線從節(jié)點，MCU模塊為主節(jié)點。其步進電機細分微步可選1/2， 1/4， 1/8， 1/16;具 有極地的低共振噪聲；可編程的輸出驅(qū)動電流，最大可以達到800mA;寬范圍輸入電壓 可達8V—29V;具有過流保護，過壓報警及過溫報警和自動關(guān)斷功能。
MCU模塊102通過IIC總線與步進電機控制模塊104相連。在本發(fā)明中，有左燈水 平、垂直調(diào)整和右燈水平、垂直調(diào)整共4個步進電機，因此需要4片AMI30622芯片，它
們共同接入nc總線。nc總線是一種兩線制的串行總線，其上有主控節(jié)點和從節(jié)點之分。
主控節(jié)點負責(zé)總線的控制，發(fā)送控制命令及査詢從節(jié)點的狀態(tài)；從節(jié)點接收主節(jié)點的控制
命令，服從主節(jié)點控制，對于主節(jié)點的查詢命令予以回復(fù)。本發(fā)明中的nc總線是一主多
從的結(jié)構(gòu)，MCU模塊是主節(jié)點，4個步進電機驅(qū)動芯片為從節(jié)點。
MCU模塊102的主節(jié)點依靠不同的地址段位對4個步進電機從節(jié)點分別控制。通過
nc總線可以設(shè)置步進電機驅(qū)動的額定電流，最大輸出電流，保持電流及最大及最小速度
和加速度等關(guān)鍵參數(shù)。
5.信號調(diào)理電路103
如圖2所示，所述信號調(diào)理電路103包括方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路、車速信號輸 入調(diào)理電路和懸架高度信號輸入調(diào)理電路；所述車身傳感器200包括與方向盤轉(zhuǎn)角信號輸 入調(diào)理電路連接的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器201、與車速信號輸入調(diào)理電路連接的車速傳感器 202、分別與懸架高度信號輸入調(diào)理電路連接的前懸架高度傳感器203和后懸架高度傳感 器204。
本發(fā)明中的AFS控制器IOO的輸入信號多樣，有方向盤轉(zhuǎn)角傳感器201的信號，前、 后懸架傳感器203和204的高度信號和車速傳感器202的車速信號等。這些信號的電壓和 處理方式各有不同，需要專用的信號調(diào)理電路103將其轉(zhuǎn)化為MCU模塊102可以采集的 電壓信號。以下分別對上述三種信號的處理電路進行詳細說明。
5-1.方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路
本發(fā)明中使用的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器為BI公司生產(chǎn)的SX4300A型傳感器。其轉(zhuǎn)角輸出 為3路，分別為P1， P2和P3。其三路都是電壓型信號，電壓范圍為O—5V，由電源管理 模塊供電。P1和P2的為相對位置信號輸出，其關(guān)系參閱圖3; P3為絕對位置信號，其電 壓與角度的關(guān)系參閱圖4;根據(jù)上述輸出信號特點，其電壓的穩(wěn)定性決定了轉(zhuǎn)角采集的準 確性，由此設(shè)計了如圖5所示的方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路。所述方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入 調(diào)理電路包括用于過濾信號上的低頻干擾電容Cl、構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)的電阻R3和電阻R4及 用于過濾信號上的高頻干擾的電容C2;所述電容C1的一端與所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器201 連接，另一端接地；分壓網(wǎng)絡(luò)的電阻R1—端與方向盤轉(zhuǎn)角傳感器201連接，另一端連接 有電阻R3，電阻R3的另一端接地，所述電阻R3還與電容C2并聯(lián)，電容C2的一端與 MCU模塊102的輸入信號ADO連接。
上述三路信號分離處理，采用了同樣的處理電路，結(jié)合圖5，取P1為例說明。第一 電容C1主要是過濾信號上的低頻干擾；兩個電阻R1和R3組成分壓網(wǎng)絡(luò)，提高了信號端 的輸入阻抗，降低了傳感器靜態(tài)電流；第二電容C2主要用于過濾信號上的高頻干擾。采 用了本調(diào)理電路后，信號毛剌被去除，提高了信號穩(wěn)定性，同時靜態(tài)功耗得到了降低，完 全滿足設(shè)計需要。
5-2.車速信號輸入調(diào)理電路
車速信號為脈沖形式，其脈沖的頻率與車速成正比，頻率范圍與幅值因車型而異。因 此車速信號輸入調(diào)理電路采用差分形式，其電路如圖6所示，所述車速信號輸入調(diào)理電路 采用差分形式，其構(gòu)成是電阻R7—端與車速傳感器202連接，另一端接地；所述電阻 R7還與一電阻R8連接，電阻R8的另一端與一運算放大器LM358的正向輸入端連接； 還包括一電阻R9，其一端與+ 12V電源連接，另一端分別與上述運算放大器LM358的負 向輸入端和電阻R10的一端連接，電阻R10的另一端接地； 一電阻Rll與上述運算放大 器LM358的輸出端連接，另一端與光電耦合器L/P的輸入端連接，所述光電耦合器L/P 的輸出端分別與電阻R12和所述MCU模塊102的輸入信號PWMO連接；電阻R12的另 一端與+ 5V電源連接。
利用兩個電阻R9和R10設(shè)定輸入的門限值，將干擾和雜波去掉。過濾后的信號經(jīng)光 耦合器L/P進入MCU模塊102的輸入捕捉單元，測量其頻率，進而通過換算得出車速。 光耦合器L/P主要起到了隔離干擾和電平轉(zhuǎn)換的作用。由于本發(fā)明可以應(yīng)用車型的車速信 號脈沖幅值為IOV，因此兩個電阻R9和R10設(shè)定輸入的門限值為8V，這樣可以很好得 過濾干擾和雜波。經(jīng)光耦轉(zhuǎn)換后變?yōu)?V脈沖，輸入MCU模塊的輸入捕捉單元。
5-3.懸架高度信號輸入調(diào)理電路
懸架高度傳感器有兩個，分別安裝在前、后懸架上，其輸出為電壓值，范圍為0 — 12V。 由于MCU模塊102只能采集0 — 5V的電壓，因此需要一個分壓電路，完成電壓范圍的轉(zhuǎn) 換。本發(fā)明中的前懸架高度調(diào)理電路和后懸架高度調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)一樣，如圖7-1和圖 7-2所示，均包括由兩個電阻構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)，該電路可以完全滿足要求。
以前懸架高度信號為例，如圖7-1所示，所述前懸架高度調(diào)理電路包括電阻R13 和電阻R15串聯(lián)后， 一端與前懸架高度傳感器連接，另一端接地，其中電阻R15還并聯(lián) 有一電容C7，所述電容C7的一端與MCU模塊輸入信號AD4連接。由電阻R13和電阻 R15構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，在AD4上輸出的電壓為輸入電壓的0.4倍。可以將0—12V電壓縮放 為0—4.8V以滿足MCU模塊102采集的要求。
6. AFS控制器的網(wǎng)絡(luò)通訊控制流程及網(wǎng)絡(luò)通訊
AFS控制器控制軟件由C語言開發(fā)，經(jīng)Renesas公司提供的針對MCU模塊的C編譯 器編譯鏈接后生成HEX二進制文件，下載到本系統(tǒng)中的MCU模塊102中。其控制流程 如圖8所示。 本發(fā)明是基于CAN網(wǎng)絡(luò)的AFS控制器，其控制和采集功能都可以通過CAN網(wǎng)絡(luò)實 現(xiàn)。對于具有CAN網(wǎng)絡(luò)的車輛，可以直接從CAN線獲取各種傳感器信號數(shù)據(jù)，無需加 裝額外的傳感器。通過CAN網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)AFS模塊的開啟和關(guān)閉控制，獲得車身狀態(tài)信 息等。在有CAN網(wǎng)絡(luò)的車載系統(tǒng)上，傳感數(shù)據(jù)也可以通過CAN總線傳輸，這樣AFS控 制器中的采集功能就可以省去，降低系統(tǒng)成本。
結(jié)合圖9至圖12以一個CAN信息幀的例子加以說明
如圖9所示，本發(fā)明中使用CAN擴展幀格式，數(shù)據(jù)個數(shù)為8。數(shù)據(jù)0與數(shù)據(jù)1為方 向盤轉(zhuǎn)角角度，數(shù)據(jù)2與數(shù)據(jù)3為車速，數(shù)據(jù)4與數(shù)據(jù)5為前后懸架高度數(shù)據(jù)，最后數(shù)據(jù) 6與數(shù)據(jù)7為控制字節(jié)。
方向盤轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)格式如圖IO所示，其中方向位表示轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)的方向，也就是方向 盤轉(zhuǎn)角是順時針角度還是逆時針角度。此位為0表示順時針角度，為l表示逆時針角度。 剩下的15位為數(shù)據(jù)位，表示的數(shù)據(jù)范圍0—32767。車速的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)2和數(shù)據(jù)3組成， 數(shù)據(jù)2為高8位數(shù)，數(shù)據(jù)3為低8位數(shù)。
前后懸架高度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖11所示，其中數(shù)據(jù)4表示前懸架高度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)5表 示后懸架高度數(shù)據(jù)。Bit O位表示懸架高度相對于水平位置的關(guān)系。當(dāng)此位為O時，此時 的懸架高度高于水平位置；當(dāng)此位為1時，此時的懸架高度低于水平位置。數(shù)據(jù)6與數(shù)據(jù) 7為AFS控制器的控制字節(jié)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖12所示其中包含了多種車輛的當(dāng)前狀態(tài)， AFS控制器主要的控制參數(shù)有近光狀態(tài)，點火鑰匙狀態(tài)，AFS開關(guān)狀態(tài)和倒車信號狀態(tài) 等。當(dāng)數(shù)據(jù)6的Bitl位為0時，近光燈處于關(guān)閉狀態(tài)，此時AFS系統(tǒng)應(yīng)該關(guān)閉；當(dāng)Bitl 位為1時，近光燈處于開啟狀態(tài)，此時AFS系統(tǒng)應(yīng)該開啟。當(dāng)數(shù)據(jù)7的Bit3位為0時， AFS開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，此時AFS系統(tǒng)應(yīng)該關(guān)閉；當(dāng)Bit 3位為1時，AFS開關(guān)處于開啟 狀態(tài)，此時AFS系統(tǒng)應(yīng)該開啟。當(dāng)數(shù)據(jù)7的Bit2位為0時，車輛處于正常行駛狀態(tài)，此 時AFS系統(tǒng)可以開啟；當(dāng)Bit2位為l時，車輛處于倒車狀態(tài)，此時AFS系統(tǒng)應(yīng)該停止 工作，保持前向照明。
結(jié)合圖2和圖8描述一個控制循環(huán)的過程
(1) 啟動自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)801;
(2) MCU模塊102進行變量定義及其初始化802;
(3) 外圍設(shè)備的初始化及其狀態(tài)的設(shè)定803，包括設(shè)置CAN通訊控制模塊，通過 SPI擴展通訊模塊設(shè)置電源管理模塊MC33889的工作狀態(tài)，通過IIC總線設(shè)置步進電機 控制模塊104的工作狀態(tài)等；
(4) 電源管理模塊MC33889中的CAN總線收發(fā)器進行CAN信息及命令的接收804;
(5) AFS控制器100根據(jù)通過車身傳感器200接收到的車輛的近光狀態(tài)和倒車狀態(tài) 進行如下控制
近光狀態(tài)時805:判斷近光燈是否開啟，若近光燈處于關(guān)閉狀態(tài)，此時AFS系統(tǒng)自 動關(guān)閉，并返回步驟(4);若近光燈處于開啟狀態(tài)，判斷AFS系統(tǒng)是否處于開啟狀態(tài)
806，若AFS系統(tǒng)處于開啟狀態(tài)，順序執(zhí)行下一步驟；否則，返回步驟(4);
倒車狀態(tài)時807:判斷車輛是否處于正常行駛狀態(tài)，若車輛處于正常行駛狀態(tài)，此時
開啟AFS系統(tǒng)，順序執(zhí)行下一步驟；若車輛處于倒車狀態(tài)，此時AFS系統(tǒng)停止工作，保
持前向照明，返回步驟(4);
(6) 車身傳感器200的信號通過信號調(diào)理電路103進行濾波及電壓的匹配，MCU模 塊102通過自身的AD及PWM接口采集來自于車身傳感器200的信息，并處理該信息
808;
(7) 由MCU模塊102通過下面的公式計算得出前車燈的偏角809:
^-丄.tan《a'K (1)
其中￡—車輛軸距；《—方向盤轉(zhuǎn)角；-——車燈偏角；&——轉(zhuǎn)向特征系數(shù)； K——車速函數(shù)；^——提前照明時間；
(8) MCU模塊102通過IIC總線將控制命令傳送至步進電機控制模塊104，以驅(qū)動
垂直調(diào)整執(zhí)行器和水平回轉(zhuǎn)執(zhí)行器中的步進電機轉(zhuǎn)動，從而使前車燈達到最佳的照明效果
810;
(9) 返回上述步驟(4)，繼續(xù)自適應(yīng)調(diào)整前車燈系。
盡管結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了上述描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方 式，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本 發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護范圍的情況下，還可以做出很多變 形，這些均屬于本發(fā)明的保護之列。
1權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)，包括AFS控制器(100)、車身傳感器(200)和執(zhí)行機構(gòu)(300)，其特征在于所述AFS控制器(100)包括通過SPI總線與電源管理及CAN收發(fā)器模塊101)連接的MCU模塊(102)；通過電壓量及PWM波形與所述MCU模塊(102)連接的信號調(diào)理電路(103)，所述信號調(diào)理電路(103)包括方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路、車速信號輸入調(diào)理電路和懸架高度信號輸入調(diào)理電路；通過IIC總線與MCU模塊(102)連接的步進電機控制模塊(104)；所述車身傳感器(200)包括與方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路連接的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(201)、與車速信號輸入調(diào)理電路連接的車速傳感器(202)、分別與懸架高度信號輸入調(diào)理電路連接的前懸架高度傳感器(203)和后懸架高度傳感器(204)；所述執(zhí)行機構(gòu)(300)包括分別與AFS控制器(100)連接的垂直調(diào)整執(zhí)行器和水平回轉(zhuǎn)執(zhí)行器；所述AFS控制器(100)通過CAN/LIN與車身網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)，其特征在于 所述電源管理及CAN收發(fā)器模塊(101)采用Motorola公司生產(chǎn)的芯片MC33889，同時 用于電源管理和內(nèi)建低速可容錯的CAN總線收發(fā)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)，其特征在于 所述MCU模塊(102)采用瑞薩公司生產(chǎn)的R8C21237芯片，并在其標準片上外設(shè)包括8 位多功能定時器、16位定時器、UART/時鐘同步串行接口、電壓檢測電路、上電復(fù)位電 路、高/低速片上振蕩器和檢測定時器；同時加入了UART、 IIC總線接口； IIC芯片選擇 時鐘同步串行接口、 10位A/D轉(zhuǎn)換器和振蕩停止檢測功能；配備硬件LIN模塊和CAN 通信控制模塊；最高工作頻率為20MHz;提供48引腳封裝擁有豐富的I/0資源同時嵌入 了數(shù)據(jù)閃存；所述CAN通信控制模塊與SPI擴展通訊模塊及IIC總線接口 ， IIC總線接口用于MCU 模塊與步進電機控制模塊的通訊；所述CAN通信控制模塊與電源管理模塊MC33889中的CAN收發(fā)器接口 ， 二者結(jié)合 共同完成CAN信號的調(diào)理和收發(fā)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)，其特征在于 所述垂直調(diào)整執(zhí)行器包括左燈垂直調(diào)整步進電機和右燈垂直調(diào)整步進電機，所述水平回轉(zhuǎn) 調(diào)整執(zhí)行器包括左燈水平調(diào)整步進電機和右燈水平調(diào)整步進電機，上述多個步進電機用于 前燈的水平和垂直方向的角度調(diào)整；所述步進電機控制模塊(104)包括左燈垂直調(diào)整步進電機控制模塊、右燈垂直調(diào)整 步進電機控制模塊、左燈水平調(diào)整步進電機控制模塊和右燈水平調(diào)整步進電機控制模塊； 上述每個步進電機控制模塊分別采用AMIS公司生產(chǎn)的AMI30622芯片，它們共同接入 IIC總線；所述AMI30622芯片包括步進電機的位置控制器和控制診斷接口 ，控制通過IIC接口 ， 可編程的輸出驅(qū)動電流最大可以達到800mA，寬范圍輸入電壓可達8V—29V，具有過流 保護、過壓報警、過溫報警和自動關(guān)斷功能。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)，其特征在于 所述方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路包括用于過濾信號上的低頻干擾電容Cl、構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)的電阻R3和電阻R4及用于過濾信號上的高頻干擾的電容C2;所述電容C1的一 端與所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(201)連接，另一端接地；分壓網(wǎng)絡(luò)的電阻Rl —端與方向 盤轉(zhuǎn)角傳感器(201)連接，另一端連接有電阻R3，電阻R3的另一端接地，所述電阻R3 還與電容C2并聯(lián)，電容C2的一端與MCU模塊(102)的輸入信號ADO連接；所述車速信號輸入調(diào)理電路釆用差分形式，其構(gòu)成是電阻R7 —端與車速傳感器 (202)連接，另一端接地；所述電阻R7還與一電阻R8連接，電阻R8的另一端與一運 算放大器LM358的正向輸入端連接；還包括一電阻R9，其一端與+ 12V電源連接，另一 端分別與上述運算放大器LM358的負向輸入端和電阻RIO的一端連接，電阻RIO的另一 端接地； 一電阻Rll與上述運算放大器LM358的輸出端連接，另一端與光電耦合器L/P 的輸入端連接，所述光電耦合器L/P的輸出端分別與電阻R12和所述MCU模塊(102) 的輸入信號PWM0連接；電阻R12的另一端與+ 5V電源連接；上述電阻R9和電阻R10 用于設(shè)定輸入的門限值，上述光偶合器L/P用于隔離干擾和電平轉(zhuǎn)換，使過濾后的信號經(jīng) 光偶合器L/P轉(zhuǎn)換后輸入MCU模塊(102)的輸入捕捉單元；所述前懸架高度調(diào)理電路和后懸架高度調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)一樣，包括電阻R13和電 阻R15串聯(lián)后， 一端與對應(yīng)的懸架高度傳感器連接，另一端接地，其中電阻R15還并聯(lián) 有一電容C7，所述電容C7的一端與MCU模塊(102)輸入信號AD4連接。上述電阻 R13和R15構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)。
6. 利用如權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括以下步驟(1) 啟動自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)；(2) MCU模塊(102)進行變量定義及其初始化；(3) 外圍設(shè)備的初始化及其狀態(tài)的設(shè)定，包括設(shè)置CAN通訊控制模塊，通過SPI 擴展通訊模塊設(shè)置電源管理模塊MC33889的工作狀態(tài)，通過IIC總線設(shè)置步進電機控制 模塊(104)的工作狀態(tài)等；(4) 電源管理模塊MC33889中的CAN總線收發(fā)器進行CAN信息及命令的接收；(5) AFS控制器(100)根據(jù)通過車身傳感器(200)接收到的車輛的近光狀態(tài)和倒 車狀態(tài)進行如下控制近光狀態(tài)時判斷近光燈是否開啟，若近光燈處于關(guān)閉狀態(tài)，此時自適應(yīng)前照燈系控 制系統(tǒng)自動關(guān)閉，并返回步驟(4);若近光燈處于開啟狀態(tài)，判斷自適應(yīng)前照燈系控制 系統(tǒng)是否處于開啟狀態(tài)，若自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)處于開啟狀態(tài)，順序執(zhí)行下一步驟; 否則，返回步驟(4);倒車狀態(tài)時判斷車輛是否處于正常行駛狀態(tài)，若車輛處于正常行駛狀態(tài)，此時開啟 自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)，順序執(zhí)行下一步驟；若車輛處于倒車狀態(tài)，此時AFS系統(tǒng)停 止工作，保持前向照明，返回步驟(4);(6) 車身傳感器(200)的信號通過信號調(diào)理電路(103)進行濾波及電壓的匹配， MCU模塊(102)通過自身的AD及PWM接口釆集來自于車身傳感器(200)的信息， 并處理該信息；(7) 由MCU模塊(102)通過下面的公式計算得出前車燈的偏角<formula>formula see original document page 4</formula> (1)其中￡一車輛軸距；《一方向盤轉(zhuǎn)角；-一車燈偏角；^—轉(zhuǎn)向特征系數(shù)； K__車速函數(shù)；'——提前照明時間；(8) MCU模塊(102)通過IIC總線將控制命令傳送至步進電機控制模塊(104)，以驅(qū)動垂直調(diào)整執(zhí)行器和水平回轉(zhuǎn)執(zhí)行器中的步進電機轉(zhuǎn)動，從而使前車燈達到最佳的照明效果；(9) 返回上述步驟(4)，繼續(xù)自適應(yīng)調(diào)整前車燈系。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)前照燈系控制系統(tǒng)，包括AFS控制器、車身傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，AFS控制器包括通過SPI總線與電源管理及CAN收發(fā)器模塊連接的MCU模塊，通過電壓量及PWM波形與MCU模塊連接的信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路包括方向盤轉(zhuǎn)角、車速和懸架高度信號輸入調(diào)理電路，通過IIC總線與MCU模塊連接的步進電機控制模塊；車身傳感器包括與方向盤轉(zhuǎn)角信號輸入調(diào)理電路連接的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、與車速信號輸入調(diào)理電路連接的車速傳感器、分別與懸架高度信號輸入調(diào)理電路連接的前、后懸架高度傳感器；執(zhí)行機構(gòu)包括分別與AFS控制器連接的垂直調(diào)整執(zhí)行器和水平回轉(zhuǎn)執(zhí)行器；AFS控制器通過CAN/LIN與車身網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。同時，本發(fā)明中還公開了利用上述AFS控制系統(tǒng)的控制方法。
文檔編號H05B41/36GK101365276SQ20081015150
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日
發(fā)明者張宏偉, 輝 戎, 健 曹, 龔進峰 申請人:中國汽車技術(shù)研究中心