汽车LED前照灯智能控制系统

杨阿弟，王少飞，杨黎伟

(1.湄洲湾职业技术学院，福建莆田 351254；2.福建省职业技术教育中心，福建福州 350001；3.福建省汽车工业集团云度新能源汽车股份有限公司，福建莆田 351254)

目前,大气污染已成为全球十大环境问题之一，世界各国陆续宣布停止燃油汽车生产的最后期限，新能源电动汽车已初步成为汽车行业的新星[1-2]。传统汽车用的前照灯基本上采用卤素灯、HID灯，LED灯源由于亮度不够、光源单调、成本太高等原因不受青睐，随着这几年LED制造技术的不断进步，将LED灯源应用在车用前照灯，特别是电动汽车的前照灯已经成为常态。未来随着LED灯的制造技术更加成熟，发光效率进一步提升且成本逐渐降低，在对能源效率使用寿命的权衡下，将LED车灯普及到普通大众的车型已经是一种趋势[2]。

目前中国汽车的照明功能研究都是以自适应前照灯照明为主，其功能为左右转向灯指示，水平调整前照灯系统，却没有将不同气候环境下能够自动调整光的强度与光色度考虑进去。一般地,当光源比较接近太阳光的色温时人的视觉比较清晰,辨识度也比较好。在驾驶道路视觉不佳等气候环境下，接近太阳光的色温能确保驾驶员自身行车视觉，降低行车时的危险性[3-5]。因此，除了能调整照明角度、车灯光线之处，能自适应驾驶环境、自动调整光强度和光色度也是增加行车安全的重要指标。

1 系统结构

本研究设计一种可依据驾驶道路气候环境而自动调整光强度和光色度的LED前照灯控制系统，系统结构如图1所示，主要包括主控电路、ZigBee无线传感器模块、光照度传感器、雾气传感器、灯光控制器以及LED光源。主控制电路通过USART通信协议与ZigBee协调器建立连接，再与终端设备建立网络连接并进行信息沟通，其任务是接收从ZigBee终端设备传回的气候环境数据，并对其做分析与处理，以判断目前车灯所需要的光强度和光色度。主控制电路再通过ZigBee传指令回送给灯光控制器进行调整来改变LED灯源的光强度和光色度，如此可以免除因驾驶员的操作和降低人为疏忽所带来的危险，提高行车的安全性。

2 系统设计

控制系统流程如图2所示,主控制电路的主要功能是对接收到的各种环境数据进行分析、处理，来判断目前驾驶员行驶道路的气候环境，并传送所需要的灯源光强度和光色度的值给灯光控制器，以便输出PMW控制LED光源。

图1 系统结构图

图2 系统流程图

2.1 控制流程设计

当系统开始运行时，主控制电路先发出“读取各传感器数据”指令，通过USART通信与ZigBee组成的无线传感器网络WSN构成车身网络,将指令传送给传感器模块，传感器模块接收到指令后将暂存的检测数据传给主控制电路，若传出的数据不正确会发出错误的信息给主控制电路，主控制电路会再发送一次指令，直到接收到完整、正确的数据信息。主控制电路取得各个传感器数据信息后开始分析、处理,并进行判断，将判断结果通过无线传感器网络WSN传给灯光控制器来调整LED灯的光强度与光色度，最后灯光控制器输出PWM信号来控制LED光源。

2.2 系统判断机制

为了避免主控制电路与各传感器模块之间数据传输信息丢失或遗落，当接收一组数据信息后系统会检查其是否正确，若不正确则主控制电路对数据信息不做分析与处理，并重新发送一条指令再次要求传输数据信息。

当绝对值小于预设值时，系统会存储接收值到存储器中，即：

(1)

将新接收的数据L新存储到存储器中。

当绝对值大于或等于预设值时，系统会认为此次采集值为干扰信号，放弃接收且不做任何处理和判断，若连续两次及以上绝对值都大于预设值，则认为此次接收到的数据正确，系统会将数据存储到存储器中，即：

(2)

2.3 光照度判断机制

由于光照度传感器容易受到环境因素的影响，造成主控制电路在接收到光照度所传回来的数值不稳定，因此需要做进一步的数据处理。滤除数值变化比较大的数据，在主控制器上把接收到的光照度与前几次(一般3次，n=3)保存起来的值相加取平均值，得到一个变化比较平稳的值，即：

(3)

2.4 雾气判断机制

主控制器在接收到雾气传感器所传回来的数值之后，用同样方法做类似处理，把雾气值与保存起来的值相加取平均值，得到一个变化比较平稳的值，由于环境中的雾气值变化幅度比较小，所以只与上一个数据做比较处理就可以了，即：

(4)

3 实验结果分析

3.1 光照度测试

图3 模拟不同环境测得LED光强度

本实验采用功率为25 W、灯泡色温为6500 K的节能灯作为环境光源在不同高度进行模拟测试，来验证系统在不同光照度下对车灯光强度的控制情况。测试参数：测试时间为160 s，每1 s取样1次，测试高度40 cm，光照传感器从0开始，每4 s增加1 cm。

模拟环境亮度分别为晴天、阴天、傍晚、晚上四个阶段的光照度，光照度传感器放置的位置大概为：高度大于40 cm(晴天)、高度在33～36 cm之间(阴天)，高度在22～26 cm之间(黄昏)，高度小于15 cm(晚上)。在这四个高度下，系统测得LED灯源随模拟环境的变化情况如图3所示。

3.2 光色度测试

在实验室模拟条件下检测环境雾气传感器在无雾、小雾、大雾三种情况下电压的变化情况。在无雾时，雾气传感器测得电压值在3.1～3.3 V之间变化；在小雾时，雾气传感器测得电压值刚开始缓慢下降，最后电压稳定在2.4 V左右；在浓雾时，雾气传感器测得电压值刚开始下降速度比小雾时要快，最后电压稳定在1.7 V左右。

依据雾气传感器在无雾、小雾、浓雾三种情况下测得电压的变化情况来测试LED光色度的变化情况，具体变化如图4所示。

图4 光色度变化情况

4 结语

本研究在实验室的模拟测试环境下，验证所设计的可依据环境亮度变化而自动调整LED前照灯亮度和光色度的控制系统，利用光照度传感器和雾气传感器所采集回来的环境数据信息，通过各种判断机制，有效判别模拟环境的状态而自动调整LED前照灯的光强度和光色度。利用ZigBee无线传感器网络来建立通信系统，改善汽车在传感器较多的线路连接与检修、维护带来的不便，简化电子设备安装、检测与维修过程，大大降低线路接触不良的故障率，提高行车安全系数。