夜间车辆远近灯光强制切换设计

莫舒玥，张浩雨

(广西交通职业技术学院，广西 南宁 530021)

在夜间行车时，司机为了给自己带来更好的视线以及更安全的心理感受，往往长时间开启远光灯。远光灯照射的光柱位置较高，可以给驾驶员更远的视线距离，提高行车安全。但是更高的照射位置，却刚好平直地照射到前方或对向车辆驾驶员的眼中，这样的远光刺激，将直接影响驾驶员的视线，造成眩目、短时视觉盲区。近年来，随着氙气灯等高亮度大灯的流行，因远光灯造成的夜间交通事故时有发生。

当前绝大多数汽车前大灯远近灯光控制采用的是手动控制方式，在行驶过程如遇会车司机要频繁操作进行远近光切换。我国道路交通安全法实施条例要求机动车夜间会车须距对面来车150 m外互闭远光灯，改用近光灯。但很多驾驶员夜间行车时开启远光灯，遇到会车时，不执行交通法规要求的关闭远光、开启近光的规定，对方车辆驾驶员进行远近光交互闪烁提醒时，也大多视而不见，而且目前这种交通违法行为很难监管，完全靠驾驶员自觉。究其原因，一方面与驾驶员的道德素质有关；另一方面，部分驾驶员认为，频繁的变光操作使得驾驶过程中增加负担，另外在进行切换近光时有可能引起方向不稳造成交通隐患。

近来各地交警部门纷纷针对乱开远光灯的行为对驾驶员进行教育，深圳交警最先开始对乱开远光灯的行为进行处罚。其对于不正确使用远光灯的行为进行了“体验式”惩罚，一晚处罚932人。对于驾驶员行车过程中应使用近光灯却开启远光灯的行为的惩罚是，要求驾驶员靠边停车，然后坐在“远光灯体验专用椅”，看远光灯一分钟，同时按照《深圳经济特区道路交通安全违法行为处罚条例》和《机动车驾驶证申领和使用规定》，对于不正确使用远光灯的司机处以罚款300元、记1分的处罚。

由此可见，合理使用远近灯光，不但是行车安全的保障，也是驾驶员文明的表现。因此，设计一套汽车前大灯远近灯光强制切换系统，要求会车时自动切换成近光，会车结束后再切换成远光，保证夜间行车安全具有重要的意义。

1 设计思路

前大灯远/近光切换电路应能保证在设定的距离内只要对向有人或车远光要一直关闭，同时开启近光模式。为此，采用光照强度传感器及激光测距传感器来检测距离和光强度。将光照强度传感器的光强值设定在50 lx，光照强度传感器检测到光照强度≥50 lx，关闭远光，开启近光；将激光测距传感器的范围设定在0～150 m，在此距离内，测距系统发出电信号关闭远灯，接通近灯，超出0～150 m的范围，即对向来车距离超过150 m，或者会车结束，测距系统电信号消失，关闭近灯，接通远灯。两者满足其一即执行关远光开近光的操作。系统组成如图1所示。

图1 远近强制切换控制系统组成图

光照强度，简称照度。

照度表示物体表面积被照明程度的量。一个被光线照射的表面上的照度(illumination/illuminance)定义为照射在单位面积上的光通量。设面元dS上的光通量为d，则此面元上的照度E为：E=d/dS。照度的单位为lx(勒克斯)，也有用lux的，1 lx=1 lm/m2。

2 控制方法

本系统实现远近灯光自动切换功能，由光线强度传感器、激光测距传感器、单片机系统、CAN收发器、切换开关组成。

本系统通过光照强度传感器，采集到对向车辆灯光照射过来的光线强度，光强大于一定值(50 lx)，通过激光测距传感器，分析可以间接估算对向车辆与本车之间的距离，到距离小于设定值(150 m)，已经影响到驾驶员安全时，本系统通过发送CAN数据帧到汽车的CAN网络。当车辆灯光控制单元接收到该关闭远光灯开启近光灯的CAN数据指令，则执行关闭远光灯，开启近光灯的动作，完成远近灯光的切换。

光敏检测模块检测主要由光线强度传感器、单片机STM32F103VET6等组成。夜间行车时，如果对向有车辆靠近，光线强度传感器接收的对向车辆光信号有变化，该模块利用光线强度传感器光敏电阻的特性感应环境中的光线变化，入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。当电阻值变化时，光信号转化为电信号，光敏检测模块即进行光信号处理并将其转化为数字信号送往单片机。

光线强度传感器由光感元件、放大器、滤波电路构成，光线强度传感器主要采集车辆前方直射过来的光线的发光强度(发光强度的衡量单位为照度单位)，并把光线的发光强度信息传输到单片机。

激光测距模块主要部件为激光测距传感器和单片机STM32F103VET6。激光测距传感器发射的激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于测远距离、判定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度等都是很关键的。激光测距传感器中激光发射管发射的激光碰到对向或同向车辆后发生反射，部分反射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，它的原理与无线电雷达相同，将激光对准目标发射出去后，测量它的往返时间，并被转换为相应的高低电平输出到单片机STM32F103VET6进行处理，即可测定目标距离。

单片机系统是整个控制系统的核心部件，当车辆在夜间行驶时，单片机分析由光线强度传感器传输过来的光线强度信息，由于光线强度传感器安装在车内后视镜上方，因此光线强度传感器采集的是车辆前方的光线强度信息。单片机系统通过分析该光线强度强弱，就可以判断前方是否有车辆即将会车，如果有即将会车情况，单片机将发送CAN协议下的关闭远光灯的指令，本指令完全按照原车的指令格式编写，该指令经过CAN收发器进行电平转换后传送到汽车的车载网络中，该车的车身灯光控制单元接收到控制指令后关闭远光灯，实现夜间会车能够自动关闭远光灯的目的。当单片机从光线强度传感器采集的车辆前方的光线强度变弱后，可以判断会车已经结束，因此再通过CAN收发器把开远灯的指令传送到CAN网络，实现自动开远灯的目的。

CAN收发器是一个连接单片机系统和车载CAN网络的桥梁，负责把单片机系统发出的控制指令信号传输到汽车舒适系统的CAN网络中，从而实现控制汽车远近灯光切换的目的。

切换开关主要是进行功能的切换和参数的设置。

3 创新之处

(1)无需对车辆原有线路及车辆原有部件进行改装，即可实现加装本系统。

本系统由单片机、CAN收发器、晶振电路、电源电路、光照强度传感器和激光测距传感器组成，控制系统经过车载OBD诊断接头连接到车身舒适控制系统，光照强度传感器和激光测距传感器安装在车内后视镜处，用夹子固定即可，因此无需对车辆原有线路及车辆原有部件进行改装。具体位置如图2、图3所示。图2为系统与车辆连接位置，图3为传感器在车上的安装位置。

(2)增加一个激光测距传感器，提高远近光强制切换系统控制准确性。

图2 系统与车辆连接位置示意图

图3 传感器在车上的安装位置示意图

研发一套远近光强制切换系统用于解决目前市场上多数民用车未配备夜间会车远近光自动切换的问题；同时为提高系统可靠性，在目前仅在采用光敏传感器采光收集信号的模式上增加一个激光测距传感器共同检测。

针对目前市场上研发的汽车远近灯强制切换系统，多数使用光敏电阻检测光线变化。但是光敏电阻接收光线信号存在一定的局限性：①如果在有路灯的道路上行驶，光敏电阻也会接收路灯的光线，受到干扰，容易造成误判；②如果对向车辆没有开灯或者灯光亮度低于正常值，则检测不到光信号或者检测率下降，造成准确率下降；③光敏电阻传感器初衷是检测对向来车灯光开启、车灯亮度正常且远光灯开启都成立的状态，如对向为行人、非机动车以及摩托车等其他对象时，光敏电阻传感器则无法发挥作用，在对道路交通事故的调查分析中得知，这部分群体也是夜间交通事故产生的原因。

因此增加一个激光传感器检测物体，弥补光敏电阻的不足，采用光线强度传感器和激光测距传感器共同检测，判断对向光线强度和障碍物与本车的距离，两种情况一起检测可有效提高检测的准确性，提高系统可靠性。远近灯光强制切换系统控制程序流程图如图4所示：

图4 远近灯光强制切换系统控制程序流程图

距离(m)光照强度(lx)远近灯光开启情况≥150<6远光灯开<150≥6近光灯开

光线强度传感器实时监测光照强度是否≥6 lx，如果超过则执行关远光开近光指令，如果低于该数值则继续检测与障碍物的距离是否<150 m，如果低于则执行关远光开近光指令，如表1所示，两者条件满足其一，均必须向执行器发送关闭远光灯、开启近光灯的指令，切换开关立即进行相应操作。如果两者条件均不满足，则保持远光灯开启模式。

4 结语

本文设计的车辆远近灯光强制切换系统具有的优势为结构简单、材料成本较低，对车辆无需进行钻孔安装零件，也无需对车辆原有线路进行改动，确保了车辆的安全。系统控制车辆灯光控制系统通过车载OBD诊断接头进行连接，实现根据系统设定的情况进行远近灯光的自动切换。经过模拟实验得到结论，响应较快，准确率较高，但是道路转弯角度>35°时，会出现一定的误判率，激光测距传感器会对道路外的路标或树木进行检测，执行近光的切换，因此后续的研究中，应该针对这一情况进行改进设计，解决这一问题。

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