汽車LED大燈燈光智能切換裝置的設(shè)計(jì)

陳益賢 陳鵬羽 石登龍 孫移 孟昭軍

摘 要：文章設(shè)計(jì)了一種能因汽車會(huì)車時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近光燈的系統(tǒng)裝置，討論了其設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)電路等問(wèn)題。系統(tǒng)可以在汽車夜間正常行駛時(shí)開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈，當(dāng)會(huì)車時(shí)遠(yuǎn)光燈自動(dòng)切換為近光燈，避免會(huì)車時(shí)燈光太強(qiáng)且直射眼睛，使得司機(jī)產(chǎn)生眩目從而影響視線，造成不必要的交通事故，達(dá)到最優(yōu)化使用汽車照明系統(tǒng)，提高夜間駕車的安全性。

關(guān)鍵詞：智能；遠(yuǎn)光燈；自動(dòng)切換

中圖分類號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-163-03

Abstract： In this paper， a kind of system device which can adjust the near and far light automatically when the car meets is designed. The system can turn on the high light when the car is running normally at night. When the car is running， the Headlight automatically switches to the near-light， so as to avoid the light being too strong and direct to the eyes of the driver when the car is running， causing the driver to glare and affecting the sight and causing unnecessary traffic accidents. Achieve the purpose of optimizing the use of automotive lighting systems and improving the safety of night driving.

Keywords： smart； headlight； automatic adjustment

CLC NO.： U463.6 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-163-03

前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，30%的交通事故發(fā)生在夜間，而夜間公路交通事故發(fā)生的重要原因之一是駕駛員在夜間會(huì)車過(guò)程中不正確使用汽車前照燈[1-2]。《中華人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例全文》第48條規(guī)定：“夜間會(huì)車應(yīng)當(dāng)在距相對(duì)方向來(lái)車150米以外改用近光燈，在窄路、窄橋與非機(jī)動(dòng)車會(huì)車時(shí)應(yīng)當(dāng)使用近光燈?！钡F(xiàn)實(shí)中大部分駕駛員經(jīng)常使用遠(yuǎn)光燈與對(duì)方會(huì)車，造成對(duì)方駕駛員眩目而釀成交通事故[3-4]。這一方面是駕駛員的道德素質(zhì)問(wèn)題，但另一方面是駕駛過(guò)程中頻繁的變換燈光操作給駕駛員帶來(lái)的操作負(fù)擔(dān)，分散駕駛員的注意力，同時(shí)也增加事故發(fā)生的幾率。

國(guó)外汽車主要用汽車燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)和光敏感應(yīng)器，該光敏感應(yīng)器與自動(dòng)產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟。其核心技術(shù)主要采用微機(jī)會(huì)燈開(kāi)關(guān)、應(yīng)急燈開(kāi)關(guān)連接，警示燈電路的信號(hào)機(jī)自動(dòng)檢測(cè)、分析進(jìn)行智能控制，經(jīng)光電傳感器與剎車自動(dòng)開(kāi)關(guān)相聯(lián)。但價(jià)格較貴，可能只被高檔車所接受。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品基本是用繼電器作為觸電工作控制供給工作電路，存在體積大和造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)[5-9]。

在中國(guó)，每年因?yàn)槠囻{駛員夜間行車不按規(guī)定使用燈光造成的交通事故數(shù)不勝數(shù)?；谶@個(gè)問(wèn)題，本文致力于改進(jìn)汽車遠(yuǎn)光燈燈泡，所以，制作一款能解決上述問(wèn)題的LED大燈燈光智能切換裝置十分必要[10-12]。本文積極研究一款能解決上述的智能調(diào)光汽車大燈燈泡裝置，致力于減少夜間行駛時(shí)不恰當(dāng)燈光存在的交通安全隱患，讓駕駛員夜間行駛有更好的行車體驗(yàn)。

本設(shè)計(jì)技術(shù)以光學(xué)理論及自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)完全的自主檢測(cè)環(huán)境光線和汽車行駛狀態(tài)進(jìn)行分析判斷。會(huì)車時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)光燈，多檔可調(diào)；制造成本低，價(jià)格便宜，適用于多數(shù)低擋車；一體化設(shè)計(jì)，通用型強(qiáng)，且操作簡(jiǎn)單；采用高亮的LED燈珠作為光源，增加了夜晚行駛的安全性。

1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由硬件控制模塊、LED燈、光敏電阻構(gòu)成。其連接圖如下圖1所示：

1.1 LED前照燈

現(xiàn)在絕大多數(shù)的汽車前照燈采用雙絲燈泡，分為稱作遠(yuǎn)光燈絲和近光燈絲。傳統(tǒng)大燈的照明條件已經(jīng)顯示出它的弊端，在會(huì)車時(shí)、尤其是在高速公路上會(huì)車，對(duì)方的遠(yuǎn)光燈會(huì)使駕駛員看不清路面，視野狹窄，瞬間致盲，感知力下降，判斷力下降，后視鏡“報(bào)廢”，容易造成對(duì)方駕車者眩目，極易引發(fā)交通事故。而本設(shè)計(jì)采用的汽車前照燈是LED燈，擁有節(jié)省電源、亮度高的特點(diǎn)；遠(yuǎn)光束亮度大，照射距離遠(yuǎn)，主要用于高速行駛；而近光束暗，照射距離近，主要用于汽車會(huì)車時(shí)。一般的汽車何時(shí)采用遠(yuǎn)光燈或近光燈都由駕駛者操縱，所以在生活中，例如晚上打的的時(shí)候人們大多選擇有好幾年駕駛車齡的老司機(jī)。而且前大燈的每組光束強(qiáng)弱是不可調(diào)控的，其角度也是固定的。

1.2 控制電路

控制部分的主要電路圖如圖2所示。

夜間會(huì)車：夜間會(huì)車時(shí)，相距100-200m時(shí)，雙方前照燈同時(shí)由遠(yuǎn)光燈自動(dòng)調(diào)節(jié)為近光燈，會(huì)車完畢，雙方前照燈立即自動(dòng)恢復(fù)為遠(yuǎn)光燈（若前方近距離仍有來(lái)車，將保持近光，直到會(huì)車結(jié)束）。

超車提示：在超車時(shí)，不管任何狀態(tài)下，都可以進(jìn)行手動(dòng)強(qiáng)制閃光。（一般車輛只有在近光狀態(tài)下才可以手動(dòng)強(qiáng)制閃光）。行駛在城市道路上，一般不允許開(kāi)遠(yuǎn)光燈，而且在城市路口兩邊都有路燈的存在，所以可以依靠路燈的照射和車燈內(nèi)的集光處理，使得車燈內(nèi)光敏電阻發(fā)揮作用，使遠(yuǎn)光燈變成近光燈。這樣即使司機(jī)忘記調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近光燈，也無(wú)關(guān)緊要了。

模式的選擇：前照燈有手動(dòng)、自動(dòng)兩種工作模式，可以由駕駛員自由選擇，一鍵切換手動(dòng)或自動(dòng)，安全方便。

1.3 感光模塊

光電流隨著照度的變化而改變的規(guī)律稱為光照特性。不同類型的光敏電阻的光照特性不同。光電流隨著照射強(qiáng)度一起增大或減小。在照度一定時(shí)，電壓增大，光電流也增大，靈敏度也隨之增大，而且沒(méi)有飽和現(xiàn)象。且光敏電阻兩端的電壓也不能無(wú)限制地提高。因?yàn)楣饷綦娮瓒加凶畲箢~定功率，超過(guò)最高工作電壓和最大額定電流，就可能導(dǎo)致光敏電阻的永久性損壞[13]。

為了提高電流值，本文采用以下措施來(lái)提高電流的：

第一：改變擇光器的長(zhǎng)度，使之能進(jìn)更多的光，增大光敏電阻的靈敏度。第二：多個(gè)光敏電阻并聯(lián)，減小電阻，從而提高電流，使得靈敏度增加。

光敏電阻連接方式圖如圖3所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)接收電阻信號(hào)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，對(duì)比系統(tǒng)設(shè)定的遠(yuǎn)近光切換數(shù)據(jù)，達(dá)到額度值則將遠(yuǎn)光切換成近光。低于該值額值則保持遠(yuǎn)光或從近光切換成遠(yuǎn)光。執(zhí)行關(guān)遠(yuǎn)光，開(kāi)近光的動(dòng)作，完成遠(yuǎn)近燈光的切換。

有兩種獨(dú)立的感光模塊，分別識(shí)別會(huì)車的開(kāi)始與結(jié)束，另設(shè)有多個(gè)檔位，如圖4所示。

夜間會(huì)車時(shí)，在道路照明條件不良的情況下，如果雙方都安裝了該裝置，都同時(shí)關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，接下來(lái)再根據(jù)對(duì)方的近光燈來(lái)判斷會(huì)車是否結(jié)束，判斷結(jié)束后重新打開(kāi)遠(yuǎn)光燈。

如果其中一方裝有該裝置，則此裝置會(huì)自動(dòng)關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，如果對(duì)方關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，裝置會(huì)根據(jù)對(duì)方的近光燈來(lái)判斷會(huì)車是否結(jié)束，判斷結(jié)束后重新打開(kāi)遠(yuǎn)光燈。如果沒(méi)有關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，車燈會(huì)進(jìn)行頻閃2秒，提醒對(duì)方關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，之后再根據(jù)對(duì)方的近光燈來(lái)判斷會(huì)車是否結(jié)束，判斷結(jié)束后重新打開(kāi)遠(yuǎn)光燈。

3 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的正確性與否，課題組做了實(shí)際的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。LED大燈采用的是網(wǎng)上購(gòu)買的汽車led大燈H7超亮遠(yuǎn)近光前照燈。其一次實(shí)驗(yàn)由于只用一只光敏電阻，實(shí)驗(yàn)距離效果沒(méi)有達(dá)到合格，僅有30米左右。根據(jù)第一次的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，選擇了幾組不同參數(shù)分別進(jìn)行了相關(guān)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1所示。

在不同的擇光器中，有效距離是不同的。在第一次實(shí)驗(yàn)中，使用1個(gè)光敏電阻，當(dāng)擇光器為3厘米時(shí)有效距離最大，為87米；在第二次實(shí)驗(yàn)中，使用4個(gè)光敏電阻，當(dāng)擇光器為3厘米時(shí)有效距離最大，為124米。將其進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。

在兩次實(shí)驗(yàn)對(duì)比中，可以看出當(dāng)擇光器長(zhǎng)度不同時(shí)，其實(shí)驗(yàn)的最遠(yuǎn)距離都不同，且呈向下的拋物線形式，擇光器的長(zhǎng)度為3厘米時(shí)有效的最遠(yuǎn)距離最遠(yuǎn)，當(dāng)光敏電阻個(gè)數(shù)增多時(shí)，其靈敏度增大，有效的最遠(yuǎn)距離更遠(yuǎn)，但空間有限且靈敏度太高會(huì)影響照明。在兩車會(huì)車改用近光燈的距離在100-200米內(nèi)最好，所以當(dāng)光敏電阻為4個(gè)采用并聯(lián)方式連接、擇光器的長(zhǎng)度為3厘米時(shí)最好。

4 結(jié)論

本研究在不影響汽車大燈正常照明的前提下，在汽車近光燈燈泡上安裝感光元件，使得感光元件可以無(wú)損安裝到汽車上。研究擇光器使得燈泡的燈光在不影響感光元件的正常使用下能靈敏的檢測(cè)到會(huì)車發(fā)生。裝置能夠智能化調(diào)節(jié)遠(yuǎn)光燈，根據(jù)會(huì)車時(shí)對(duì)向車的光照強(qiáng)度智能選擇關(guān)閉遠(yuǎn)光燈或低光頻閃用于提醒對(duì)方關(guān)閉遠(yuǎn)光燈。

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