【正文】 167。 傾角轉(zhuǎn)動程序 ...................................23167。 系統(tǒng)硬件調(diào)試 ......................................25V167。 硬件調(diào)試方法 ...................................25167。 基于 PROE 的運動建模 ...............................27167。 課題背景自19世紀汽車誕生以來，已經(jīng)歷了一個多世紀的風(fēng)雨。隨著社會的不斷進步發(fā)展，汽車已成為現(xiàn)代人生活中不可或缺的交通工具。頻繁發(fā)生的交通事故已經(jīng)成為不得不嚴肅對待的世界性問題。僅以汽車交通事故為例，全世界因交通事故而死亡的人數(shù)已超過3000萬人，比世界大戰(zhàn)所死亡的人數(shù)還多。值得注意的是：兒童青少年一直都是交通事故導(dǎo)致傷亡的高危人群。我國城市每萬輛車死亡率為50—，與國外相比較，、。據(jù)公安部交通管理局的統(tǒng)計：2022年，全國共發(fā)生道路交通事故450254起，造成98738人死亡、469911人受傷，直接財產(chǎn)損失。中國由于交通事故每年死亡超過10萬人，死者大多是年輕人，占全球交通事故死亡人數(shù)的五分之一，居世界各國之首。如何提高汽車的安全性、減少交通事故的發(fā)生已經(jīng)成為全世界的迫切要求。所謂主動安全性，是指汽車設(shè)計者在汽車的配置中，采取一系列技術(shù)措施，以預(yù)防和減少安全事故的發(fā)生。其中包括車身結(jié)構(gòu)、安全玻璃、座椅、頭枕、內(nèi)外部凸出物以及安全氣囊等。傳統(tǒng)的汽車照明系統(tǒng)主要包括照明裝置(照明燈)和信號裝置。照明燈主要是指前照燈、前霧燈、倒車燈和牌照燈。信號裝置包括汽車信號燈和回復(fù)反射器。信號燈的功能，是向其他道路使用者表明本車的存在，以及本車將要轉(zhuǎn)向某一方向或正在制動減速等，以引起對其的特別關(guān)注。但是在實際的使用中，傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)存在著許多的安全隱患。世界汽車安全事故統(tǒng)計資料表明：夜間發(fā)生的交通事故是白天的三倍，照明狀況不良時的事故率又是照明良好時的三倍。而造成夜間事故平頻發(fā)的主要原因是在晚上駕駛員的可視度與白天相比大幅度的下降，同時雨霧和空氣中的一些污染物在前窗玻璃上形成的水滴和污物也會讓駕駛員的距離感產(chǎn)生失真，嚴重影響了駕駛員對前方彎道障礙物的判斷，而依靠傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)即使將近光燈、遠光燈和前霧燈全部開啟也依然會存在著照明盲區(qū)，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。與此同時，隨著科學(xué)進步的發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)開始運用在汽車工業(yè)上。安全、節(jié)能、環(huán)保以及智能化和信息化是未來汽車的發(fā)展趨勢?？梢哉f汽車電子化已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標志。將汽車電子技術(shù)運用到汽車照明領(lǐng)域，將微控制器、傳感器、車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、自動控制理論與傳統(tǒng)的汽車前照明機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，開發(fā)出能夠解決由于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)帶來的安全問題的新型智能車燈，將是未來汽車前照明系統(tǒng)的發(fā)展方向。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢在歐、美、日等發(fā)達地區(qū)和國家，從上個世紀幾時年代中葉就已經(jīng)開始投入研究。時至今天，AFS 前照燈系統(tǒng)的研究在國外已經(jīng)取得了很大的進展，日趨成熟。在其高檔轎車中標配 AFS 系統(tǒng)的同時，講 AFS 系統(tǒng)在中檔甚至中低檔轎車車型作為選配列出，比如寶馬 5 系，奧迪 A8，梅賽德斯CLS、M 系、E 系，雷克薩斯 R 系,大眾 B6 等。以德國海拉公司為首的汽車燈具巨頭們正在考慮如何讓車燈在多種復(fù)雜的道路狀況下司機們提供更好的照明。在 VARILIS 系統(tǒng)中，光源和透鏡之間不是雙疝氣前照燈中的遮光罩，而是一種可旋轉(zhuǎn)的柱體，改柱體表面有很多不同的形狀，根據(jù)智能控制器對更累傳感器信號的處理，使轉(zhuǎn)到不同的角度產(chǎn)生不同的光型。據(jù)報道，沈陽北方汽車大燈自動轉(zhuǎn)向器廠在 2022 年初研發(fā)成功汽車自動轉(zhuǎn)向前照燈，該產(chǎn)品打破了國外公司在此方面的壟斷，在汽車照明領(lǐng)域取得突破，但與自適應(yīng)的前照燈還有一定差距。目前，己經(jīng)有很多車輛具備了 AFS 的部分功能，比如全新寶馬 530i、奔馳新E 級、東風(fēng)日產(chǎn)新天籟、東風(fēng)雪鐵龍凱旋、廣州豐田凱美瑞、雷克薩斯 LS460L以及一汽豐田銳志 等。隨著科技日新月異的進步和人們對汽車安全的追求越來越高，汽車自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)越來越有著更安全、更環(huán)保、更人性化的發(fā)展趨勢。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，使用者在考慮車載高新技術(shù)的同時，對汽車的安全性也越來越重視。首先，在未來的汽車智能前照明系統(tǒng)中將會集成圖像識別功能以檢測行人、車輛和路邊障礙物，為駕駛員提供更加安全的行駛環(huán)境；其次，未來的自適應(yīng)照明系統(tǒng)將與自適應(yīng)巡航控制(ACC)和車道偏離警告系統(tǒng) (LDWS)等其他新型汽車主動安全系統(tǒng)相結(jié)合，不僅可以更加精確的預(yù)測前方的路面狀況從而對光型進行更智能化地調(diào)節(jié)，同時也能使系統(tǒng)變得更加集成化、低成本化；并且隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，LED 的性價比不斷提高，據(jù)專家預(yù)測，新一代的汽車自適應(yīng)照明系統(tǒng)也將采用LED轉(zhuǎn)向燈，由于LED 燈具有壽命長、占用空間小等優(yōu)點，可以使得整個系統(tǒng)的節(jié)能性和可靠性明顯提高。 本課題的研究意義與主要內(nèi)容隨著汽車制造技術(shù)的不斷進步，汽車的行駛安全成為人們越來越關(guān)心的問題。一個優(yōu)秀的汽車照明系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下標準：能夠為駕駛者提供前方路段的景象信息，讓駕駛者有充足的時間對可能面對的危險做出反應(yīng)；給駕駛者提供信息時不會增加駕駛員的疲勞；給本車駕駛員帶來方便的同時不會給其它車道使用者的帶來麻煩。本課題借鑒了當(dāng)前國際和國內(nèi)在這方面的技術(shù)經(jīng)驗及其設(shè)計思想，開發(fā)了低成本的基于STC90C51單片機的汽車自適應(yīng)照明系統(tǒng)。第四章針對系統(tǒng)的特點，設(shè)計了系統(tǒng)控制主程序流程圖。第五章介紹了系統(tǒng)調(diào)試的各項內(nèi)容，最后做了運動仿真。 系統(tǒng)的功能及構(gòu)成在緒論中已經(jīng)提到夜間是交通事故高發(fā)生時間段，而因照明問題引發(fā)的交通事故更是占到了夜間事故的50％以上，而且夜問事故的致死率很高，達到了50％，幾乎是白天事故致死率的2倍。因此，綜合國內(nèi)外研究發(fā)展狀況．系統(tǒng)的功能構(gòu)成主要包括以下兩個個方面：當(dāng)因路面崎嶇或汽車前后載荷變化導(dǎo)致車身傾斜時，系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前車身負載和當(dāng)前路況來改變汽車前照燈的俯仰照射角度，既提供了更適宜的照明范圍，又不會影響對面會車的司機使其眩目,圖21為車身傾角對照明的影響。其中圖22是彎道傳統(tǒng)照明情況，圖23為在AFS下的照明情況?？煞譃橐韵聨讉€模塊：(1)前照燈控制模塊，包括調(diào)整燈光左右隨動和調(diào)整高度的步進電機；(2)AFS主控制器；(3)傳感器模塊，包括傾角傳感器模塊和車燈左右轉(zhuǎn)動處理模塊；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖24如下：8圖 24 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖167。167。在 AFS 系統(tǒng)下車輛左轉(zhuǎn)彎時，左前照燈有向左轉(zhuǎn)動的動作，右前照燈沒有動作保持原有狀態(tài)。車輛行駛在起伏路段時，夜晚光束會忽上忽下，在 AFS 下調(diào)整這種光束不平衡，使之適應(yīng)司機的駕駛行為。 隨動轉(zhuǎn)彎角度車輛在行駛中發(fā)生狀況最極端的應(yīng)對措施就是制動，根據(jù)當(dāng)前的車速和方向盤轉(zhuǎn)角，前照燈需要偏轉(zhuǎn)的角度就是要照亮車輛將要行駛到的路面，保證這個有效的剎車距離內(nèi)的照明。vt轉(zhuǎn)彎半徑 (23) RL??軸 /in式中： 是車輪轉(zhuǎn)過的角度： 是汽車的軸距。167。車身縱傾角度的變化量，就是前燈光軸角度的變化量，通過調(diào)光電機的運作，反向調(diào)整此角度變化，使之適應(yīng)行車變化。 本章小結(jié)本章首先給出了本系統(tǒng)的總體組成。11第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計如前所述，系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計主要包括：AFS主控制器設(shè)計：包括微控制器，信號處理電路，電機控制電路，指示部分電路及開關(guān)電路執(zhí)行器設(shè)計：包括左右旋轉(zhuǎn)電機總成和車身縱傾調(diào)高電機總成，以下分別簡稱為旋轉(zhuǎn)電機總成和調(diào)高電機總成傳感器模塊設(shè)計：選用車身傾角傳感器模塊來實現(xiàn)傾角測控。 AFS 主控制器設(shè)計167。一般來說，選用車載電子系統(tǒng)微控制器時應(yīng)考慮微控制器應(yīng)用的類型、I／O接口、主頻、功耗、所支持的存儲器類型、總線、價格、封裝、產(chǎn)品的生命力和廠家的實力、技術(shù)支持以及第三方軟件的支持等因素，但最重要的是微控制器的穩(wěn)定性，安全問題應(yīng)該永遠是車載系統(tǒng)首要考慮的因素。片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。其主要性能參數(shù)：? 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容? 4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程(ISP)Flash 閃速存儲器? 1000 次擦寫周期? 的工作電壓范圍? 全境態(tài)工作模式：0Hz33MHz12? 三級程序加密鎖? 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM? 32 個可編程 I／O 口線? 2 個 16 位定時器／計數(shù)器? 6 個中斷源? 全雙工串行 UART 通道? 低功耗空閑和掉電模式? 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)? 看門狗(WDT) 及雙數(shù)據(jù)指針? 掉電標識和快速編程特性? 靈活的在線系統(tǒng)編程STC90C51芯片管腳圖31圖31 STC90C51 芯片管腳圖13167。這里用電位器模擬轉(zhuǎn)角信號，模擬信號均為 0～5V 線形變化電壓信號，這就需要進行 AD 轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)用 PCF8591 是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。C 總線接口。C總線上接入 8 個 PCF8591 器件，而無需額外的硬件。C 總線以串行的方式進行傳輸。PCF8591 的最大轉(zhuǎn)化速率由 I178。PCF8591 特性如下:? 單獨供電 ? PCF8591 的操作電壓范圍 ? 低待機電流 ? 通過 I178。C 總線速率決定 ? 4 個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 ? 自動增量頻道選擇 ? PCF8591 的模擬電壓范圍從 VSS 到 VDD ? PCF8591 內(nèi)置跟蹤保持電路 ? 8bit 逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器 ? 通過 1 路模擬輸出實現(xiàn) DAC 增益 ? 圖 32 為引腳圖14圖 32 PCF8591 引腳引腳含義如下：AIN0～AIN3：模擬信號輸入端。 VDD、VSS：電源端。 OSC：外部時鐘輸入端，內(nèi)部時鐘輸出端。 AGND：模擬信號地。 VREF：基準電源端。 電源電路設(shè)計目前轎車使用蓄電池一般都是12V，在車輛使用過程中，發(fā)電機電壓可以達到13V左右，考慮到車載電源的電壓波動，實際ECU 的供電電壓范圍在915V 。系統(tǒng)選用三端穩(wěn)壓器MC7805ACT作為電壓轉(zhuǎn)換芯片，它能提供固定的輸出電壓，內(nèi)含過流、過熱和過載保護電路。其主要特點有：輸出電流可達1A輸出電壓：5V過熱保護短路保護輸出晶體管SOA保護使用一片MC7805ACT即可將車載 12V電源轉(zhuǎn)換為5V 為系統(tǒng)提供穩(wěn)壓電源，如圖34 所示：圖34 電源電路167。由于旋轉(zhuǎn)和調(diào)高在執(zhí)行動作時分時進行，因此需要分別控制，由于左右電機旋轉(zhuǎn)角度不同， PWM脈沖給旋轉(zhuǎn)電機， 發(fā)送PWM脈沖給調(diào)高電機。工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。 執(zhí)行器選擇本系統(tǒng)選用四相六線的24BYJ48型永磁感應(yīng)式步進電機,其外形尺寸如下圖所示：圖37 電機外形尺寸167。 16g。它可以在傾斜檢測應(yīng)用中測量靜態(tài)重力加速度，還可以測量運動或沖擊導(dǎo)致的動態(tài)加速度。的傾斜角度變化。由于應(yīng)用加速度，多晶硅彈簧懸掛于晶圓表面的結(jié)構(gòu)之上，提供力量阻力。加速度使慣性質(zhì) 量偏轉(zhuǎn)、差分電容失衡，輸出的值與加速 度成正比。圖 39 加速度計工作原理示意圖如圖 310 所示，物體的翻轉(zhuǎn)和傾斜均可以通過 ADXL345 三軸加速度數(shù)據(jù)gx、gy 和 gz 來測量，根據(jù) ADXL345 的工作原理有 g2=gx2+gy2+gz2 ， g 為重力加速度，gx、gy 和 gz 分別為重力加速度在三軸的分量，并且三軸與重力方向19的夾角 θx、θy、θz 可以表述為：θx=arcsin(gx/g), 其他兩軸類推。圖 310 物體的翻轉(zhuǎn)和傾斜167。20第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計在系統(tǒng)的硬件設(shè)計完成后，需要編寫源代碼程序來控制硬件電路完成系統(tǒng)的設(shè)計功能。通常的編程語言有匯編語言和高級語言兩種，但是由于使用匯編語言會遇到很多問題，首先它的可讀性和可維護性不強，特別是當(dāng)程序沒有很好標注的時候；其次是代碼的可重用性不強。本系統(tǒng)所使用的C51語言就是高級語言中的一種。167。在本系統(tǒng)中，主程序包括系統(tǒng)初始化子程序、前照燈水平偏轉(zhuǎn)子程序、前照燈車身上下垂直調(diào)整子程序3個功能模塊。前照燈水平偏轉(zhuǎn)子程序、前照燈車身俯仰垂直調(diào)整子程序這兩個個模塊則是在不同的行駛環(huán)境中對燈頭照射方向進行調(diào)整來輔助駕駛員的駕駛?cè)蝿?wù)。 系統(tǒng)分塊程序設(shè)計圖 42 系統(tǒng)主程序設(shè)計流程圖22167。再通過轉(zhuǎn)角傳感器采集的數(shù)據(jù)判斷是否需要進行前照燈的水平偏轉(zhuǎn)及前照燈水平偏轉(zhuǎn)的方向。圖43 隨動程序流程圖YN開始采集轉(zhuǎn)角信號大于設(shè)定值采集轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)確定方向執(zhí)行電機動作結(jié)束23167。當(dāng)采集到的傾角數(shù)大于系統(tǒng)設(shè)定值時，則需要進行車身俯仰前照燈垂直調(diào)整。如果采集到的車高數(shù)據(jù)小于系統(tǒng)設(shè)定值，則無需進行車身俯仰前照燈垂直調(diào)整，只需要將儲存在寄存器中上次的脈沖數(shù)取反直接作為最后輸出的脈沖數(shù)，使得前照燈回復(fù)到初始位置即可。 本章小結(jié)本章針對系統(tǒng)的特點，設(shè)計了系統(tǒng)控制主程序流程圖。25第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試167。 常見的硬件故障(1)邏輯錯誤：硬件的邏輯錯誤是由于設(shè)計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的，主要包括：錯線、開路、短路等，其中短路最為常見，在