【文章內容簡介】 旋轉電機，對基本光型進行調整的可移動光柵，此外 還有一些附加燈，如角燈等等。電控單元 ECU 通過 CAN 總線從方向盤角度、車速、車身高度位移傳感器分別取得轉向輪旋轉角度、車體速度和車身傾斜度的精確信息。角度和速 __度信息通過中央控制電路精確計算后產生輸出信號，控制旋轉電機對前照燈進行水平旋轉，傾斜度信息控制調高電機對前照燈進行垂直旋轉。如圖 3所示 。 圖 23 AFS系統(tǒng)簡圖 AFS 系統(tǒng)工作情況 當車輛進入彎道或其他特殊的道路狀況時，由于方向盤角度和速度發(fā)生變化，角度和速度傳感器通過 CAN 總線傳輸到電控單元 （ ECU）的信號相應地發(fā)生了變化，ECU 捕捉到這些信號的變化，同時判斷車輛進人了哪種彎道，并發(fā)出相應的指令給前照燈的執(zhí)行機構，由執(zhí)行機構改變前照燈的水平照射位置。為了保證車輛正前方的照明需要，車輛正前方和轉彎內側路況都必須嚴格監(jiān)視，這樣才能提高車輛駕駛安全性，因此，車輛左、右近光燈的配光并不是同時由 AFS 系統(tǒng)控制的。 9 它們在車輛不同轉向時分別工作，當車輛右轉彎時，右近光燈旋轉照亮車輛右側道路；當左轉彎時，左近光燈旋轉照亮車輛左側道路。另外， AFS 左右近光燈的調節(jié)角度也是不同的。對于按照交通法規(guī)規(guī)定右側行 駛的國家，右近光燈的調節(jié)角度最大可達到 5176。 ，左邊近光燈的調節(jié)角度最大可達到 15176。 ，反之亦然。圖 4 為AFS 系統(tǒng)與未使用 AFS 系統(tǒng)道路照明對比。與傳統(tǒng)前照燈比較， AFS 系統(tǒng)能夠在彎路上提供更多需要的照明。其中虛線內區(qū)域表明無轉彎隨動功能的前照燈照明范圍，實線內區(qū)域表明有轉彎隨動功能的前照燈照明范圍，可以清楚看到轉彎隨動功能給駕駛員帶來更多有效照明，為對面車輛或路邊行人減少了眩光 圖 24 AFS前照燈與傳統(tǒng)照明比較 AFS 系統(tǒng)的軟硬件 車載控制系統(tǒng)的硬件指的是傳感器、執(zhí)行機構、控制單元和 線束，軟件主要指的是控制單元 ECU 中的程序。 AFS 系統(tǒng)以實現不同功能為目的，選擇性配裝，所以其軟硬件變化比較大，特別是燈具中安裝的旋轉核心機構，每個公司都會有獨特的設計。 前燈旋轉核心： 目前大致共有兩大類旋轉核心機構 ：自由曲面旋轉核心和投射單元旋轉核心。圖 1 前燈下部的自由曲面旋轉前燈在測試屏上的打光效果如黃色區(qū)域，可左右移動。 10 圖 25自由曲面旋轉核心 圖 26投射單元旋轉核心 圖 27投射單元旋轉核心的結構 圖 26 中的投射式旋轉單元在測試屏上的打光效果如中圖，可左右移動。 目前批產的 AFS 系統(tǒng)多見使用投射單元的旋轉核心，其大致的結構如圖 27所示，一個普通旋轉核心包括水平旋轉電機、旋轉框架、 PES 單元和旋轉軸等部件。如果系統(tǒng)有自動調平功能還要在后燈殼上安裝調光電機，如圖 28 所示，實現上 兩種功能的旋轉核心完整結構參見圖 29。 11 圖 28調光電機的安裝位置 圖 29某旋轉核心的完整結構 實現遠近光切換和陰雨天遮擋的投射式單元，要采用電磁線圈拉動的遮光板。圖 210 上部是正常的近光光型，中部是拉動下部遮光板變作遠光光型，下圖是上遮光板也被拉動，遮擋靠近車身的光線，減少因路面積水而產生的反光。 12 圖 210線圈拉動遮光板改變光型 圖 211加裝了旋轉電機、電磁線圈的 AFS旋轉核心和常規(guī)變光 PES單元對比圖 執(zhí)行電機：比較常用的調高電機主要分為直流電機和步進兩種，直流電機通過渦輪蝸桿傳動后，輸出力較大，但同時響應速度變慢且不可調節(jié)，壽命短、噪音也大一些；相比之下，步進電機輸出力小，響應速度快可以調節(jié)、壽命長、噪音低。筆者曾參與開發(fā)直流調高電機總成由專用驅動芯片控制，并且有傳動桿進 13 給量的反饋信號輸出，但曾經使用過日本的某款步進調高電機總成則無反饋，有反饋在系統(tǒng)設計上能省去不少麻煩，所以電機總成設計必須要從系統(tǒng)控制的角度詳加考慮。 圖 212直流調高電機總成 圖 213步進調高電機總成 旋轉電機總成的設計方法分為日式設計和德式設計兩種，圖 27 是日式設計，圖 211 是德式設計。圖 214 是 一款日式旋轉步進電機的剖視圖，包括步進電機、齒輪組合、霍爾角度傳感器幾部分組成。采用齒輪傳動的日式旋轉電機總成，響應速度可以調節(jié)，但存在一個必須通電保持不能自鎖的缺陷，步進電機每相都需要幾百 ma 的電流，所以是非常耗電的。如果從傳動的機械角度考慮到自鎖性能，就可以為整個系統(tǒng)工作節(jié)省大量的電能，德式設計具備了上述的優(yōu)點，而且結構更加的緊湊。但德式的電機傳動部件和旋轉框架結合緊密，裝配比較復雜。 圖 214旋轉電機總成剖視 傳感器： 車速傳感器： 14 常用的車速信號的通常來自變速器的轉速信號或者 ABS 的輪速信號，一般不建議從輪速信號傳感器直接取得信號，因為四輪轉速各自不同和車速也不同，要取輪速信號也只能從 ABS 的 ECU 中取經過處理后的信號。 車速信號如果是數字信號，處理非常方便，但同時存在一個信號間隔的問題，即能不能在短時間通常是零點幾秒 之內判斷車輛是否處在加速或者是減速的狀態(tài)。如信號間隔時間過長，則無法將其應用在動態(tài)調光的功能上，因為動態(tài)調光需要根據的加速度值，計算車身的傾斜狀態(tài)，調整燈光。車速信號如果是頻率脈沖，采樣方便，但處理比較復雜，在數十到數百毫秒內精確判斷車速和加速度，需要一定的信號處理技巧。相關方面的論文很多，就不加以贅述。另，靜態(tài)調光只需在車輛未啟動之前調節(jié)即可，車速只相當一個功能開關信號。 車身高度傳感器：常用的車身高度傳感器如下圖 1 所示是一種有源非接觸轉角傳感器，因為此傳感器放置于車身和懸架之間，感知懸架振動的幅度，所以 必須是有源抗干擾，非接觸理論壽命無限的傳感器。車身高度傳感器使用連桿將車身與懸架間的距離變化轉變?yōu)榻嵌茸兓?，并通過輸出電壓的改變線性測得此角度的變化量。圖 215 的車身高度傳感器在 0 至 5V 內可表征正負 40 度的變化，并通過調節(jié)連桿的長度可以得到懸架在數十厘米間的變化量。 車身高度傳感器隨懸架振動變化劇烈，在車輛未啟動之前尚可以通過求取多次均值的方法得到穩(wěn)定的輸出信號，一旦有了速度不僅振動的幅度很難確知，甚至連振動的頻率都是極難以描述的。建議動態(tài)調光車身縱傾根據加速度而變化的角度，采用理論計算的方法要比直接采集 信號容易、有效的多。 圖 215車身高度傳感器 15 使用車速傳感器和前后兩個車身高度傳感器，加上執(zhí)行機構 —— 調光馬達，就可以架構一個如圖 217 所示的動態(tài)自動調光系統(tǒng)。 圖 216后懸車身高度傳感器原 圖 217動態(tài)自動調光系統(tǒng)的安裝圖 方向盤轉角傳感器 ： 方向盤大致可以旋轉 圈，即 1044 度，通過轉向機構以固定的傳動比帶動前輪在左右 40 度內變化。比較常見的方向盤轉角傳感器通常有齒輪式（圖 218）和光碼盤式（圖 219）兩種。齒輪式是一種接觸的有源角度傳感器，而光碼盤則是一種非接觸的有源角度傳感器。都采用一個大盤帶動兩個小盤，通過兩個小盤的相位差判斷方向盤是正轉還是反轉。輸出的信號一般都是經過處理的數字信號，甚至有可能是 CAN 信號。這種數字信號用控制器處理時，也存在信號的傳送速率和更新速率的問題，選擇不當，就會影響系統(tǒng)的最終效果。 方向盤轉角傳感器的安裝位置如圖 220 所示，在組合開關的下面，方向管柱從中間穿出。 16 圖 218齒輪式方向盤轉 角傳感器 圖 219光碼盤式方向盤轉角傳感器 17 圖 220方向盤轉角傳感器的安裝位置 前面采用方向盤轉角而非橫向加速度傳感器計算轉彎半徑的問題，類似的問題也包括為何使用車身高度傳感器而非縱向傾角傳感器。這種類型的非接觸MEMS（微機械）傳感器芯片，使用簡單，響應速度快，在車載傳感器領域的運用愈加廣泛，但做一款控制系統(tǒng)的設計，必須從控制對象的特性出發(fā)。比如說底盤轉向特性分為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的兩種截然不同的情況，由于底盤復雜的避震系統(tǒng)，瞬態(tài)情況的振動時間特征曲線 類似于一個二階系統(tǒng)的沖擊響應，要想得到穩(wěn)定的能反映轉向特征的輸出信號必須要在 ，即打過方向盤后 ，采用橫向加速度傳感器讀出的穩(wěn)定信號，才能用于轉彎半徑的計算，僅得到信號并數據處理的時間就已經超出了整個系統(tǒng)的響應時間。至于說縱向傾角傳感器，即存在1度以下精度不夠，又有上下坡和車身縱傾信號混疊等問題，使得這個方案也很難應用于實際系統(tǒng)。但更高精度的非接觸加速度和傾角傳感器卻能夠很方便的應用于系統(tǒng)測試和數 第三章 預瞄型 AFS 系統(tǒng) 隨著汽車前照燈技術日臻完善，出現了具有預知功能的 PAFS（ predictiveadvanced front lightingsystem）系統(tǒng)。傳統(tǒng) AFS 系統(tǒng)不具備預瞄性，它與駕駛環(huán)境無關，而 PAFS系統(tǒng)則與駕駛環(huán)境息息相關。 3． 1 PAFS 系統(tǒng)描述 近年來，一種增強的導航系統(tǒng)已經出現，這個導航系統(tǒng)擁有一種算法，它能夠識別出當前車輛在地圖中的位置，同時從已經計算出的位置預測一系列可能的 18 駕駛路線。該導航系統(tǒng)能夠通過車輛信號輸入來確定最可能的路線，并且為此路線提供可信度。在一個可變的 “ 預測距離 ” 內，算法能夠計算出最可能路線的曲率值。最近的智能駕駛員輔助系統(tǒng)（ advanced driver assistance systems，簡稱 ADAS）提供的路況信息能夠足夠可信地預測車輛前方的道路彎曲程度。 ADAS 系統(tǒng)是一種具有預知功能的 AFS，它特有的優(yōu)良性能使得出射的光束偏離道路走向的角度更小。它包括 5 個方面的應用：導航，速度協(xié)助，沖突避免，十字路口支持和道路預測。 ADAS 系統(tǒng)的路況信息包括：高精度幾何學，高精度道路位置和道路輪廓信息，經過選擇的信息（速度限制信息、彎道的數量和道路傾斜度信息）。其中道路輪廓信息是用來預測最理想的前照燈照射位置，并且提醒駕駛者注意不要進彎太快。圖 5 描述了預瞄型 AFS 系統(tǒng)的架構。導航單元包括 GPS 傳感器、地圖信息數據庫、偏航率傳感器和速度傳感器。為了達到執(zhí)行地圖匹配的目的，必須要用到以上所有的傳感器。增進軟件模塊計算出車輛前方的最可能路線和該路線的曲率值，從而得到彎道速度警告信號提醒駕駛者限制速度，彎道速度警告信號是基于車輛信息（車輛型號、速度、天氣狀況）和很多因素的計算值。預瞄型AFS 模塊接收到這些計算值，例如最可能路線的可信度、曲率和道路等級等，驅動左右前照燈工作，以達到改善照明的效果。 此外，預瞄型 AFS 模塊還會接收傳統(tǒng) AFS 系統(tǒng)傳感器的信號（車輛速度、方向盤轉角和偏航角），如果導航單元的道路信息不值得信賴時，車輛能夠在預瞄型和傳統(tǒng) AFS 系統(tǒng)中轉換。 19 圖 31 預瞄型 AFS系統(tǒng)結構 3． 2 預瞄型 AFS 系統(tǒng)功能 預瞄型 AFS 算法可在單獨道路幾何模式下利用導航單元預測道路信息，并且在道路分支模式下轉換回傳統(tǒng)的基于偏航率的系統(tǒng)。預瞄型算法的基本概念是保持結點，該結點是車輛前照燈光線與道路中線的交點，如圖 6 所示。預瞄型算法通過確定在車輛進彎前一系列該結點的位置，調整前照燈光線 的角度，保證駕駛員在急轉彎和 S 型彎道上能夠獲得最大的可視范圍。 圖 32 預瞄型算法 此外，可以利用道路等級信息執(zhí)行高速公路光照和城市光照之間的自動轉 20 換。傳統(tǒng)的 AFS 系統(tǒng)不能清晰地識別駕駛環(huán)境，而只能根據車輛速度和花費的時間來決定高于或低于閾值。圖 7 和圖 8 示意性地比較了傳統(tǒng)和預瞄型 AFS 系統(tǒng)的前照燈光照范圍。從圖中可看到，無論是進彎、出彎或 S 型彎道，預瞄型 AFS 系統(tǒng)都提高了駕駛員的可見范圍，即使在惡劣的天氣條件下，駕駛員也能夠看到即將來臨的道路輪廓。在彎 道中，預瞄型 AFS 系統(tǒng)比傳統(tǒng)的 AFS 系統(tǒng)使前照燈光照能更加準確地照射到道路的中央。 圖 33進入彎道與離開彎道 圖 34S型彎道 3． 3 AFS 系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢 目前，全球各大汽車展中，都能看到以 LED 作為汽車前照燈的概念車型，隨著 LED 技術不斷發(fā)展， LED 的功率越來越高（ 1 W 到 3 W），效率也不斷提高，如果用于前照燈替代比較節(jié)能的氣體放電燈，其節(jié)能的優(yōu)勢仍然非常明顯，這就意味著更低的維護支出，且燈具壽命可達到 10 000 h，與整車 同壽命 [14]。同時，AFS 系統(tǒng)能主動消除各種不同路面類型和