摘 要：本系统对随动转向灯进行闭环设计，本系统的控制中心为具有PID控制功能的51单片机，直接对舵机进行控制，使随动灯跟随转动，利用编码器作为反馈元件对方向盘进行速度反馈，在单片机中形成偏差信号，通过调节转动角度使随动灯达到期望位置，从而实现车灯随动的自动化控制。
关键词：随动系统；闭环控制；PID
1 硬件设计与选型
1.1 系统设计
本系统采用51单片机作为主控芯片，主要由方向盘、编码器、LCD显示屏和舵机组成的测速模块和车灯随动模块构成。
1.2 主控器模块
我们采用51单片机的最小系统作为整个系统设计的控制中心，在单片机中实现反馈信号的返回值对比形成偏差，对舵机进行转差控制等一系列功能，同时运用最小系统板中LCD显示电路对转差控制进行显示。设计将转弯时方向盘的旋转角度通过转向轮接至编码器，将编码器输出信号送到单片机中，之后单片机根据收到的信号显示方向盘旋转角度和转向轮旋转角度，并控制舵机的转动角度，舵机与车灯相连，使得车灯跟随方向盘的转向而转动。1.3测速装置
本系统采用512Mini编码器来实现对方向盘转速及转动角度的测量，并将采样值返回到单片机中。Mini编码器采用霍尔检测技术，通过磁电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。采用的编码器是5线式的编码线，两根线分别是编码器的电源线，其它三根线分别是输出线。单片机程序用的是单向计数器，故编码器接电源、地线以及一个A线即可。利用编码器，将方向盘转动角度与单片机连接起来，起到信号转换传递的作用。利用编码器采集脉冲，先测量舵机转动一圈脉冲的个数，若3600个脉冲一圈，则为3600/360度，精度与脉冲频率有关，我们使用的是512编码器，得到旋转角度，单片机产生对应的角度的pwm波使舵机旋转相应角度，若超过角度则在单片机中通过pid公式进行微调，即可得到期望转动角度。
1.4 车灯随动模块
在汽车制造行业目前还引进了机器视觉技术，其采用图像摄取装置根据摄取的目标，实现图像信号转换，再利用专门的处理系统，将像素中的亮度和颜色等重要指标进行分析记录，最后转化成数字信号，通过运算来确定目标特征，在运算分析后将结果和各种生产动作进行输入。最后将整体技术运行融合在生产线之中，该技术由于具有非接触，高效率和大范围的强力优点，能够更好的实现信息化集成，已成为汽车制造行业的主流技术，在运用该技术时能够更好的突出其优越性，实际的生产自身优势，由传统的气动力和液压力变换成由电磁力作为驱动的制动力矩。在此过程中能够更好的消除原来的液压制动管路改为电力驱动的电池发生装置。通过自动反应能够更好的依靠计算机控制制动节能作业。在本系统中，我们选择舵机而非直流电机来控制车灯的旋转角度。舵机一般由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统，它通过发送信号，指定输出轴旋转角度。我们采用MG90标准180度舵机来控制车灯的转动角度，舵机转动角度采用PWM波进行控制，会有3度左右偏差。
2 软件设计
2.1 方向盘位置采集模块
方向盘通过编码器不断测量转速，将自己的转角通过脉冲个数转化为数字量输入到单片机中。
2.2 舵机控制模块
本模块通过改变PWM的脉冲宽度改变占空比，从而改变舵机的位置角。改变根据时间基准t给定时器赋值初始化，开启定时器，定义标志位，根据标志位状态决定输出高电平或低电平，记录中断次数，在中断程序中判断变量值是否到了n，如果到达则改变电平，同时记录中断变量的值清零，重新开始此步骤，如此循环便可得到期望的PWM波形。
2.3 偏差补偿模块
方向盘将其转角位置信号输入到单片机中，按一定比例与舵机位置的返回值进行比较，形成的偏差信号通过单片机控制舵机转动一定角度，使与之相连的随动灯模块到达相应位置。
2.4 PID校正
本闭环速度反馈程序采用数字式增量PID控制，在合理范围内设置期望速度，通过此PID控制算法能够使舵机一直跟随给定的期望转角。有一定负载扰动时也能迅速调节达到设置的期望转角。
2.5自动校
前大灯自动校平系统的工作原理是在车辆倾斜的情况下仍保证灯光与路面呈水平状态，车辆处于停止状态时可能会由于某些原因而倾斜,例如有乘客上车,或装行李,甚至是给油箱加油。同样的,当车辆处于行进状态时,也会由于刹车或加速而导致车辆倾斜。在这两种情况下,车前大灯都必须保持与公路水平的状态。前大灯自动校平系统根据传感器的一系列数据,尤其是从前后车轴传来的悬架压缩数据调节各车灯的角度。
2.6通过前大灯旋转来提高安全性能
车辆的数据网络包括有关转向角及轮速的实时传感器数据。根据该信息,配备前大灯的自适应转向大灯系统能够使光线的分布与车辆的转向角相适应,以便于迎面而来的转弯和岔路口—尤其是司机的凝视点能够得到最佳的照明光线的这一显著増强能够降低司机的紧张度和疲劳感,并目提高障碍物的可见度;而这些障碍物是固定光束前大灯甚至无法照到的。许多研究表明,当车辆转弯时,旋转光束前大灯使司机凝视点的照明度提高了300%。
3案例说明
日前，吉利汽车官方发布了旗下全新紧凑型SUV——FY11车型搭载的AFS自适应前照灯系统拥有自适应光型调整、DBL弯道照明、ADB自适应远光照明系统等功能，可根据车身高度、行车速度、方向盘转动角度以及道路灯光和车辆情况等，自动在水平与垂直方向上调整光轴，为驾驶员提供最佳可见度的同时，又避免对其他车辆产生眩光，更好的提升新车安全。
据了解，在城市、高速等不同的路况下，吉利FY11自适应光型调整系统均可根据行车速度和车身高度，自动调节明暗截至线高度，上下可调节范围均达到2°，始终确保光型与地面保持平行，在高速模式下，光型还会同步上调0.3°，有效提升驾驶员视野。同时，该系统还拥有近光节能模式，当驻车或空挡时，大灯会降低50%近光的亮度，实现节能降耗。此外，当车辆进行转弯时，FY11大灯会自动随着方向盘的转动而同步调整光型，实现随动转向弯道照明，最大转动角度向内8°、向外15度，有效扩大驾驶员的视野范围的同时，还可及时提醒对向来车。
结 语：
本系统基于市场上小型汽车夜间转向，提出了汽车随动灯的设计，与现有的汽车大灯相对比，讨论随动灯的原理、硬件电路的设计以及软件的程序分析。设计了一种基于AFS系统的汽车随动灯系统的简易模型。该系统可以提高夜间行车转弯的安全性，通过随动灯的控制，可以减小驾驶员的视野盲区，将直射于汽车正前方的车灯进行优化，可以随着汽车的转弯调节灯光的角度，一定程度上可以使驾驶员在转弯时提前避让慢车或行人，减少危险发生，对生命安全提供一定保障。
参考文献：
[1]阮 毅. 陈伯时. 电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社2009（8）.
[2]张冬妍. 周修理. 自动控制原理[M].北京:机械工业出版社,2011(6):121-183.
论文作者:黄高锋
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：舵机论文; 角度论文; 编码器论文; 车灯论文; 方向盘论文; 系统论文; 单片机论文; 《当代电力文化》2019年第8期论文;