基本信息
- 项目名称：
- 基于车路协同的汽车车灯自适应控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目利用车路协同信息改进现有汽车车灯控制系统，以提高车灯自适应控制的精度。 系统利用路侧设备实时发送的车辆前方道路线形信息，结合汽车运行速度，方向盘转角等，提出了一个新的车灯自适应控制算法。该算法可以更大限度地减少视野盲区。整套系统使驾驶者在转弯过程中能更及时的看清前方道路障碍物，提高了行车安全性。 项目研究成果可以取代现有的车灯自适应控制系统推广应用于高档汽车上，具有广阔的应用前景
- 详细介绍：
- 随着国家车路协同战略规划的启动，“十二五”期间我国道路智能化、信息化设施将逐步建立完善。车路协同通过构建“人-车-路”一体化环境，为解决日益突出的交通安全问题提供了有力支撑。调查表明，汽车车灯照明条件不足是造成夜间交通事故的重要原因之一。传统的汽车车灯相对于车身固定，不能随汽车转弯而自动调整照明方向，在夜间转弯时，弯道内侧的视野盲区容易引发安全事故。已有的自适应前照灯控制系统（Adaptive Front-lighting System, AFS）由于没有车路协同信息，仅仅利用车载状态感知装置，由驾驶人转向操作触发车灯偏转，使得车灯偏转动作带有明显的滞后性，不能提供最佳的照明视野。 本项目研究基于车路协同的汽车前照灯自适应控制系统，在不改变原有车灯控制系统执行机构的情况下，利用车路协同装置将弯道曲率等道路信息提前传输给汽车，同时结合行车状态信息实时计算出车灯偏转角度，自适应调整灯光照明方向，彻底消除视野盲区，提高行车安全性。 本项目首先提出了基于车路协同的汽车车灯自适应控制系统构架，利用ZigBee无线通信来传输路侧装置采集的道路信息，车载装置接收到道路信息后，结合从CAN总线获取的车速、里程等行车状态信息，提出了一种改进的车灯自适应控制算法，可以实时计算得到汽车进入弯道处每个位置点的最佳车灯偏转角度，由步进电机驱动车灯偏转。最后，在模型小车上进行了试验，结果表明本项目设计的系统能提高车灯偏转控制的精度，可推广应用于汽车车灯系统，具有一定的实用价值。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品研究目的： 利用车路协同装置将弯道曲率等道路信息提前传输给汽车，同时结合行车状态信息实时计算出车灯偏转角度，自适应调整灯光照明方向。 作品研究基本思路： 基于车路协同的汽车车灯自适应控制系统主要由四个基本部分组成：1）路侧设备、2）车载信息接收模块、3）车载AFS控制模块、4）车灯偏转执行机构。其中：路侧设备存储弯道线形等道路信息，由无线发射模块将该类信息实时发送给汽车；车载信息接收模块将接收到的道路信息传送给车载AFS控制模块；车载AFS控制模块综合处理道路信息与行车状态信息后，精确控制车灯偏转角度，使灯光覆盖区域更加适应弯道的变化趋势。 创新点： 第一、在传统汽车车灯控制系统的基础上引入车路协同信息，提出了一种改进的车灯自适应控制算法，增加了车灯偏转角度计算的准确度。 第二、传统车灯控制系统中，车灯偏转动作滞后于驾驶人转向操作，带有明显的被动性。本项目研究利用车路协同将道路信息提前传输给车载装置，由道路信息驱动车灯偏转，主动增强驾驶人视野。 关键技术： 第一、利用车路协同装置将弯道信息提前传输给汽车，综合行车状态信息实时计算出车灯偏转角度，自适应调整灯光照明方向。 第二、依靠道路上的线圈与汽车里程信息实现汽车在弯道中的定位。当汽车通过道路上的线圈，以此作为汽车进入弯道的起点，结合提取的汽车里程信息，可以确定汽车相对于起点的位置信息。 第三、通过改进的车灯自适应控制算法，可以准确计算汽车进入每个弯道处的最佳车灯偏转角度。
科学性、先进性
- 作品的科学先进性： 本作品通过车路协同 改进现有汽车车灯控制系统，改变传统上单一依靠驾驶人转向操作等行车状态信息来驱动车灯偏转的设计理念，使汽车灯光覆盖区域更加适应路面的变化趋势，有效减少视野盲区。 相比现有的AFS，本项目基于车路协同，实现“人—车—路”一体化环境。 技术性分析说明： 本项目将车路协同技术与现有的AFS相结合，以路侧设备提供的道路信息直接控制车灯偏转角度，摒弃了现有的AFS对方向盘转角和车速等一系列信息的依赖，向预见性AFS迈进了一步。 第一、信息采集技术 1、本系统的无线通信模块所采用的ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。 2、路侧设备安装在弯道的缓冲区，可以采取自适应休眠与唤醒功能，借鉴现在的门禁系统。 两者相结合可以展现其节能高效的优越性。 第二、信息处理技术 本项目的车载AFS控制单元核心控制芯片选用飞思卡尔的XS128系列，其运算速度快而稳定，是目前做车载电子开发通常选用的一款单片机。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- ■模型 ■现场演示 ■图片 ■录像 ■样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 市场应用前景分析： 驾驶视野的好坏直接影响到行车安全，而改善道路照明条件是扩大驾驶人驾驶视野盲区的有效途径之一。因而，为了降低交通事故的发生率，减少人员伤亡数量，提高驾驶的安全性，利用基于车路协同的汽车车灯控制系统来替代现有的汽车前照大灯的工作方式能有效解决现有车灯控制滞后，角度不准确的问题，因此有着良好的市场应用前景。 经济效益预测： 第一，国内汽车保有量日益增长，为该系统的推广创造了有力条件，该系统将有良好的市场应用前景。 第二，由于“基于车路协同的汽车车灯自适应控制系统”运用了两条并行的冗余系统，使得车灯偏转更加主动、精确、可靠,更好地减小视野盲区，更有利于减小弯道交通事故。新型技术的应用将带来可观的经济效益。 第三，该装置中使用的是ZigBee无线通信模块，目前ZigBee无线通信应用广泛，其高效的工作方式以及低廉的技术成本使得该装置的实际应用成为可能。 第四，该系统为保障夜间行车安全提供了新手段，在减少交通事故、保障人民生命财产安全方面将起到良好的社会效益。
同类课题研究水平概述
- 随着科技的发展，全世界汽车工业的研发部门都在努力开发智能化的辅助驾驶系统。而“汽车智能前照大灯系统”（AFS，adaptive front-light system）正是一项有关智能化汽车照明系统的新兴技术。目前，该技术因其可以极大地提高行车安全性和驾驶舒适性等原因而备受消费者青睐，国内外各研发机构和汽车厂家也都十分热衷于此技术的研发与实际应用。 在国内，该技术的研究起步较晚。90年代，AFS（即：自适应前灯照明系统）技术随着各种传感技术的应用而取得了较快的发展。它依靠传感器来获得汽车在弯道行驶过程中的弯道曲率半径、车速等信息，并在此基础上使车灯进行随动，对于原先的死角进行照明，使道路获得最合理的配光分布，从而获得安全舒适的道路照明效果。 经过多年的研究和开发，各大汽车制造商均形成了独特且有效的AFS技术能力，并且，这些技术从其AFS的控制原理上来看基本一致。 在国外，该技术的研究起步较国内早，并随着消费者的青睐和各个汽车厂家的推动，汽车AFS系统已经取得了较大的发展。 丰田汽车公司推出的HARRIER轿车首次采用了AFS系统，其能在汽车交汇车时作近光用，采用投射型放电式前照灯，同时采用自动光轴调整装置，能自动调节光轴上、下、左、右的方向。 法雷奥智能化自适应前照大灯系统，其可以根据夜间行驶道路的弯道情况，随时自动调整汽车前照大灯光束。 海拉公司于2005年推出智能化自适应前照灯系统VARILIS，采用特殊的算法程序综合处理传感器记录的数据和其他一些来自汽车电子系统的数据后，便能够实时的识别出不同的光照条件，然后智能系统根据需要及时进行照明模式的切换。 福特汽车公司在2006年推出了基于LED汽车自适应前照大灯，它通过安装在车上的传感器采集路况信息和环境信息，经过中央控制单元数据处理后去控制不同角度LED的亮度。 以上的AFS都存在一个弊端，那就是车灯偏转控制都是被动的，也就是只有当驾驶人发现前方弯道时，驾驶人转动方向盘，从而来控制车灯偏转。这样仍然无法有效地解决汽车弯道行驶时减少视野盲区的目的。 如今，智能化和节能是大家共同的研究方向。主动式AFS也是目前各大汽车制造商研制开发新型AFS的主要方向。但由于各类传感器所提供的信息量非常巨大，一种能对信息进行高效处理的算法尤显重要，就目前来看，还只是一个概念性的产品，真正进入实用阶段仍需一段时间。
