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河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告本科毕业设计（论文）前期报告毕业设计（论文）题目：自适应前照灯系统仿真研究专业：车辆工程学生信息：学号：085251、姓名：：车辆C081指导教师信息：报告提交日期：2012-3-10一自适应前照灯系统研发背景和意义随着社会的发展及科学技术的进步，人们对汽车前照灯的照明水平要求越来越高。汽车前照灯主要用于汽车夜间的行驶照明，它的亮度和照射方向对于行车的安全至关重要[1]。夜间汽车前照灯照明时，灯光应能使驾驶员看清前方80米以内的交通障碍物，照明光束应对准汽车的前进方向，主光轴方向应偏下。前照灯的发光强度不足或照射方向不合适，都会造成汽车前方情况不明，或给迎面驶来的汽车驾驶员造成眩目，妨碍视野，这些都是导致事故的重要因素。在20世纪40一80年代初，汽车前照灯是全密封式的，其配光镜和反射镜连为一体，中间为热辐射白炽灯，由于生产工艺极大简化，几十年来一直被广泛采用。从80年代初开始，汽车前照灯的设计逐步与汽车外形相适应，出现了灯泡可更换式的前照灯。通过对前照灯的专门设计和引入光效较高的卤钨灯，极大提高了前照灯的光利用率。到80年代末期，车速超过100km/h，为确保汽车在高速公路上稳定和安全地行驶，对汽车前照灯的照度提出了更高的要求，汽车上开始应用高强度气体放电灯(HighIntensityDischargeLamp，HID)来取代卤钨灯[2]。21世纪，LED车灯出现。LED是英文lightemittingdiode(发光二极管)的缩写，是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。其特点是:寿命长，一般可达几万乃至十万小时;节能，比同等亮度的白炽灯节电一半以上;光线质量高，基本上无辐射，属于“绿色”光源;结构简单，体积小，内部采用支架结构，四周用透明的环氧树脂密封，抗震性能好;无须热启动时间，亮灯响应速度快(纳秒级)，适用于移动速度快的物体。传统的前照灯系统是由:近光灯、远光灯、行驶灯和前雾灯组合而成。在城市道路行驶并且限速的情况下，主要采用近光;在乡间道路或者高速公路_L高速行驶的时候，主要采用河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告远光;雾天行驶的时候，应打开雾灯;白天行驶，应打开行驶灯(欧洲标准)。但在实际使用中，传统的前照灯系统存在着诸多问题，传统前照灯是以固定的光型提供近光、远光与雾灯等前方照明功能，无法随着路面转弯、岔路、上下坡等各种路面情况转动适当的照明角度，导致道路照明不足，致使车祸的发生率升高[3]。调查研究显示，82%的车祸意外事故都是在夜间照明效果不良或天气恶劣的情形下发生的，相关资料指出50岁的驾驶者比起20岁的驾驶者需要高达3倍的汽车照明亮度;夜间行驶占总行驶距离约20%，但事故死亡率却占50%以上[4]。在弯道上的事故多于直道上事故，原因除超车不当之外，最大因素是前照灯光型投射的范围不在前方弯道上，导致能见度不足，进而发生车祸。基于上述问题，从需要设计一套灵活的前照灯系统，此系统能根据行车的方向及速度、驾驶人的驾驶习惯及天气状况的变化自动适应，车辆感应装置会监控这些变化并启动灯光自动控制，将前照灯的灯光调整成远光、近光或是适合转弯时的灯光。这就是自适应前照灯照明系统，即AFS系统(Adaptivefront-lightingsystems)[5][6]。AFS即自适应前照灯系统，作为汽车智能化控制技术CAN的基础之一，它能够有效地降低驾驶者在夜晚弯路上行车的疲劳程度，使驾驶者能够看清转弯处或上下坡的实际路况，进而有充分的时间来应付紧急情况，从而提升夜晚道路上的行车安全。目前自适应前照灯依据方向盘角度传感器、雷达测距系统、卫星导航系统(GPS)及影像装置等，来对前照灯一的照射范围及角度做适当的调整。但对于前照灯转动角度的控制策略研究尚不成熟月成本较高，造成只有高档轿车上才能配各自适应前照灯系统。[7]针对以上问题，本文以自适应前照灯系统(AFS)为研究对象，探讨了车辆转弯或上下坡时产生的照明不足的问题，为使前照灯照射范围最佳，本文根据悬架几何模型建立的车辆运动数学模型，并运用MATLAB软件进行了可视化仿真，验证其有效性。二本课题国内外发展概况AFS前照灯系统作为车灯技术的一项重大突破，对夜间行车的安全性产生了飞跃性的提高，同时大大提升了行车照明的舒适性，因此AFS技术得到了很快发展，从最初应用在高档轿车中，发展到现在将AFS系统在中档甚至中低档轿车车型中作为选配列出。欧洲经济委员会己将AFS列入法规性文件ECE324从2008年起强制执行。国内的车厂也接受并认同了AFS系统在主动安全方面的优点，纷纷开展研究，并取得了初步成果。1.国外自适应前照灯系统的发展21世纪初福特公司提出了AFS照明技术的概念，它由两组独特的光学设计组成，可以大幅提升在转弯时候对于道路死角的辨识度。福特新推出的AFS系统整合了传统的卤素灯河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告和最新的LED车灯两种不同的灯，能够让照明更均匀更省电[8]。当AFS系统侦测到车辆在转向的时候，LED灯组的方向会在极短的时间之内做出反应，卤素灯组也会立刻改变方向，提供弯道死角处的照明。而LED灯组照明的比率以及亮度，则取决于车辆转弯时的速度以及轮胎转动角度。当车辆离开弯道转正的时候，LED(半导体发光二极管)灯组会自动熄灭以减少能源消耗[9]。这样，它可以将照明的死角降为零，大幅提升驾驶员在转弯时候对于道路的辨识度。欧盟委员会2005年10月10日提交一项议案，建议允许欧盟25个成员国境内的汽车使用先进的AFS汽车前照灯[l01。该议案在得到欧洲议会和欧盟理事会的批准后即可生效。而在随后欧盟委员会颁布的ECENO.48/02法规中，关于近光灯不应随转向角度而转动这一规定已经取消，AFS系统的使用得到了认可[11]。2006年林肯概念车采用了智能转向照明技术。照明系统的头灯和尾灯采用太阳能驱动，它在白天吸收太阳能并将其转换成电力储存起来，到了晚间就可以驱动车灯照明，大大节省车上的电力消耗。2007年2月2日联合国颁发了关于批准车辆自适应前灯照明装置的统一规定，目前己有58个国家承认了该规定[12]。目前，在控制、传感和驱动方面，以AMISemiconductor:公司为代表，己经推出了AMIS一30621及AIMS一30623步进电机控制器集成电路，它们能够直接安装于自适应转向大灯系统机电一体化模块之中，通过LIN总线接口，既节省了布线成本，又拥有更好的电磁兼容性能。VishayIntertechnology公司推出的新型环境光感应器，通过对外部环境光的感应，可以实现汽车前照灯的闭环控制。在汽车照明控制的ECU和车灯之间，需要采用MOSFET驱动器，为了防止输出过载的情况下，Supertex公司推出一款变频PWM控制器IC一HV9930，它可以实现电流限制，并通过电容隔离措施保护LED灯不受MOSFET开关失效的影响，适合于具备低压直流输出的汽车LED灯。日本小系制作所推出的前照灯配备有n个白色LED模块，包括近光灯6个，远光灯时追加5个，近光灯点亮时的光束为800流明~1000流明，这种前照灯具有AFS功能，在弯道行驶时灯光照射角度转向汽车转弯方向，前照灯中部是可以转动的[13l[141。此外，Avago和Lumileds推出三款了中等功率发光二极管产品一EnvisiumPower，该产品的主要应用之一就是前转向灯和车后组合转向灯。OsramOptoSemiconductorvs公司则推出了集内部和外部照明于一体的LED照明模块，目标是增强汽车的色彩和设计总体效果。早期的AFS采用的是氛气灯，目前，开发自适应前照灯系统的公司包括:Hella、Valco和Vistcon等等，随着LED模块亮度的大幅度提高，他们己经开始采用LED作为前照灯的光源。在美国，SAE标准组织己经批准将LED作为前照灯主要照明功能器件，欧洲可能最晚要到2009年才能由欧洲经济委员会(ECE)批准相应的标准。AFS完全依赖软件算法实现电控，以往的开发过程中，车厂和AFS开发商之间要做长期的配合测试才一能获得第一手数据，这种做法己经难以满足快速上市的需求。为了优化AFS的控制算法，在LED车灯设计方面，德国Brandenburg公司提供一种称为LucidShaPe的AFS仿真系统[15]。Luc记Drive支持动态选择汽车的前照灯、发光的参数和驾驶时的观察位置，所有的变化造成的影响可以立即反映出来，其中，还包含各种测试路面的模式，用户可以随时作出改变。通过反复测试，可以设计出光学性能优良、符合驾驶各种驾驶条件和适应各种路面状况的AFS光机电一体化系统。2.国内自适应前照灯系统的发展河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告在国外AFS系统己经得到广泛应用，国内在这方面的研究还比较少，加之引进的AFS系统大多为生产商本国道路状况考虑，月国内的道路状况也与日本和欧洲有较大不同，有自己的道路特点和地形地貌，因此AFS系统并不能发挥最大的作用，对AFS系统在国内的应用带来了阻力。2005年上海小系集团进行了AFS系统的初步研究，该公司认为现在的AFS只是在自动动态调光系统的基础上增加了转弯照明的功能。真正意义上的AFS系统应该包括根据车辆的行驶状况(例如高速巡航时、紧急刹车时、启动时等)，路况(例如高速公路、城市公路、乡村公路等)以及天气(例如下雨、下雪等)来适时自动的调节前照灯的光形，从而达到相应状况下的最优光照表现。上海小系的AFS系统分为前向通道和后向通道两个部分[l6]，分别包括车身传感器、BUS节点、控制模块(ECU)以及执行机构等。系统能够根据车身的动态变化、转向机构的动作特性、发动机的工作状态等综合因素进行计算和判断，从而判定汽车当前的行驶状态并对前照灯近光进行相应的调整。AFS系统的执行机构由步进马达担当，步进马达具有行程准确、动作平稳、工作寿命长等特点。且考虑到系统的动作精确性和失效安全性，整个系统采用了带补偿的闭环反馈控制，从而保证在某些机构故障失效的情况下，仍然能够让前照灯具有普通的照明功能，这样就能够使整个系统无论任何情况都不会对使用者产生安全隐患。上海小系的AFS系统分为舒适型和运动型两种类型，分别适用于不同定位的车辆。目前，上海小系已经对天津丰田锐志AFS前照灯完成了国产化开发工作，目前正在进行新款丰田佳美AFS前照灯系统的开发工作。江苏亚华汽车电子有限公司2006年也把AFS系统作为研发项目，但目前没有公布研发成果。2006年中国汽车技术研究中心的房旭等人通过对不同行驶状况的计算机模拟及实际应用分析研究，表明AFS系统在各种不同的行驶条件下将道路照明调整到最佳状态，从而提高汽车夜间行驶安全性[21]。2007年上海大学的徐鑫等人介绍了当前汽车灯具电动调光系统的原理，着重说明了前照灯和前照灯的自动调光系统的组成和工作原理以及未来调光系统的发展方向[17]。同年，清华大学的魏冰等人设计了一套基于LIN总线和单片机的小功率步进电机的前照灯自动调光系统[18]。2008年南昌工程学院的盛敬等人利用汽车转弯的离心力驱动车灯转向的原理设计出了一套自动转向照明系统，增强了车辆在弯道或十字路口拐角处的照明，提高了驾驶员夜间的可视性[19]。中国汽车技术研究中心戎辉等人根据车辆的速度、转向盘转角、车辆的前后倾角的关系，提出了转弯系统的数学模型，并在此基础上研究了基于该数学模型的控制方法以及对于失效情况的处理方式汇川。重庆交通大学的刘建勋采用两灯制的两轴式汽车讨论了既能解决前轮行驶路面照明问题也能解决后轮行驶路面照明问题的方案[20]。随着AFS系统在国外的广泛应用，国内的车厂也会逐渐地接受并认同AFS系统在主动安全方面的重大作用，其在国内的市场也将逐步打开。三本课题研究的内容1.自适应前照灯系统组成自适应前照灯系统是由传感器，ECU，执行器。三部分组成。2.自适应前照灯系统的原理河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告汽车车