本科生毕业设计（论文）外文翻译
设计(论文)题目： 电动汽车的智能前车灯控制器设计
2020年 3 月 11 日
主动前照灯系统的开发
Toshiaki Aoki, Hideki Kitamura, Kenji Miyagawa, and Makoto Kaneda StanleyElectricCo
摘要：夜间在弯弯的道路上发生的致命交通事故率最高。 由HondaR＆D和Stanley Electric开发的“主动式前灯（AHL）”系统是这样的系统，即前照灯的光束模式发生变化，并且更多的前照灯光向弯曲方向分布。通过使用来自导航系统的道路信息，AHL系统可以在车辆进入弯道之前直接向弯道照射。当AHL系统在夜间行驶时，弯道的可见性和行驶稳定性得到了改善，并且对迎面驶来的车辆的眩光也是可以接受的。
1 引言
日本的夜间交通事故数量有所增加[1]。 图1显示了每年的白天和夜间交通事故的发生次数，假设1982年的发生次数为100次。 在1982年之后的前10年中，夜间致命事故的数量增长了近15倍。 夜间事故的致命率高于白天事
图1 致命事故数 图2 按道路类型分类的致命比率
故的致命率，该比率约为3：1。图2显示了按道路类型和时间（白天或夜间）分类的致命率。在所有交通情况中，夜间弯曲道路上的致命事故是最高的。
为了减少夜间在弯道上发生的致命事故，HondaR＆D和Stanley Electric开发了“主动大灯（AHL）”系统。1995年8月，在日本交通运输部ASV（高级安全车）项目中，部分开发结果被作为车辆“ Honda ASV-1”展示，此后我们继续进行改进。
1.1 弯曲事故分析
超过90％的驾驶取决于传入的视觉信息[2]：可见度不足可能是触发驾驶员错误响应的关键因素。在白天和晚上都记录了由眼睛标记相机拍摄的可见性和视点，并且比较如图3所示。在夜间，难度更大，以了解曲线之外的事物。因此，驾驶员倾向于使他们的视线更靠近自己。大部分驾驶员夜间的视点分布在道路上照亮3 lux以上的区域。
图3 弯道上的视点分布
Nagata的报告[3]指出，与经验丰富的驾驶员相比，没有经验的驾驶员在转弯时倾向于将视点设置得更靠近自己，并且驾驶技巧不足和接近的视点是相互关联的。Hirao定义[4]裕度时间“ Td”，即车辆到达驾驶员视点的时间。他报告说，当“ Td”值太小时，驾驶会变得不一致。“尤其是在夜间，Td会降低，这会导致驾驶不一致和意外事故。
图4显示了具有各种弯曲道路的当前前照灯的光束方向图。假设驾驶员的视线对准3lux线并且车辆运行0.3 G的离心力，我们估计每个曲线的裕度时间。 图5显示了应用图4前照灯时计算得出的裕量时间曲线。以63 Km/h的速度直行行驶时的裕度时间约为3.6秒。每种授权的裕度时间显然很小。
图4 常规头灯光束模式 图5 转弯半径和余量时间
开发了主动大灯（AHL）系统，以提高可视性，以增加裕量时间并稳定行驶。
2 主动大灯系统
2.1大纲
AHL系统的主要结构如图6所示。该系统使用转向角，车速，转向信号和来自导航系统的弯道信息来计算前灯转向角。在初步实验中，驾驶员在操纵方向盘之前会先看一下转向。 该系统从车辆导航系统接收到即将到来的弯道的距离和弯道的半径，以便该系统可以在车辆进入弯道之前引导前照灯光束。通过“本田ASV-1”中的角告和警告方法[5]可以预测前方弯曲的道路。
图6 AHL系统结构
2.2头灯
HID用作光源。该系统仅用于下部光束。前大灯的挡板分为上下两部分。顶部半反射器可以水平旋转。右侧灯可以向右旋转50度，向左旋转20度。左灯可相对于右灯对称旋转。上半部反射镜旨在反射地平线下的光线。下半反射器是固定的，仅此部分即可满足近光要求。顶部反射器和底部反射器的总烛光在任何旋转角度均满足近光要求。
在笔直的道路上，可移动反射镜指向的光束笔直向前，从而提高了一个对象的能见度。在弯曲的道路或横截面处，转向侧的可移动反射器比另一侧的转
向器旋转得更多，从而提高了转向方向的可见性，同时使整个光分布保持平滑、顺利。
图7 由计算机图形绘制的照明区域图像 图8 AHL系统的3lux区域
2.3控制
有三种方法可以控制反射镜的旋转角度。
转向角控制当车辆在弯道上时，AHL系统根据转向角和车速计算弯道半径，并确定反射镜的旋转角度。
转向信号控制当转向信号打开时，系统将旋转反射镜大角度。如果转向角超过预定值，则控制将切换到“转向角控制”模式。
来自导航系统的道路信息控制当车辆接近一段距离的道路时，导航系统会将预期的曲率信息发送给系统。系统将光束旋转到足够的方向。在转向角超过预定值的情况下，控制将切换到“转向角控制”模式。
图9 主观评价 图10 规避操作
3 验证
3.1 可视性评估
使用AHL系统评估曲率为50的弯曲道路上的可见性（以下称为“R50”）。 图8显示了AHL系统的道路表面上的三个勒克斯ISO-勒克斯线和传统的前照灯。当AHL系统打开时，3-lux的照明区域达到曲线的60ma。在常规类型的情况下，强度为3-lux的照明区域仅达到36m。AHL系统提高了转弯方向的可见性。如果车辆通过AHL系统以“R50”的速度以45公里/ hal行驶，则驾驶员可以比仅使用常规方法早2秒检测到道路状况。每个前照灯系统的计算机图像照明区域图像如图7所示。
3.2眩光评估
我们还评估了迎面驶来的车辆的眩光等级。在眩光测试中，有8名受试者坐在固定车辆上，他们使用AHL系统和常规系统对即将到来的车辆的眩光等级进行了分级。他们用de Bore量表评分。图8显示了结果软件研究。AHL系统会增加眩光，但仍然可以接受。
3.3主观评价
本田赛车场已经对AHL系统进行了主观评估。六个对象驾驶配备了两种模式的AHL系统的车辆。一种模式是AHL系统故障，另一种模式是AHL系统关闭。图9示出了评估结果。多数受试者回答说，配备AHL系统的车辆在弯道上舒适，自信且具有更好的可视性。
3.4高效操作的效果
对以恒定半径行驶的车辆的躲避行为进行了评估，以评估该系统会影响行驶。受试者以40 km / h的速度以恒定的30m半径曲率驾驶测试车辆。在不认识驾驶员的情况下，在赛道上随意设置障碍物。转向角由传感器记录。测试结果如图10所示。通过AHL系统，可以避免闪避动作，并降低转向速度，使方向盘操作稳定。但是，在常规系统中，规避动作的响应性较差，转向速度往往会增加，从而导致更正确的转向动作和不稳定的驾驶。与传统系统相比，AHL系统的驾驶更接近于日间驾驶。
3.5导航系统的道路信息控制
AHL系统最先进的功能是使用导航系统中的道路信息在车辆进入弯道之前照亮弯道方向。弯道的预测方法称为本田开发的“区域判断法”。该方法的详细信息在参考文献[5]中进行了描述。AHL系统可以在车辆进入弯道前5秒获得道路信息。等待4秒钟，AHL系统开始将反射镜旋转到弯曲方向。在曲线的入口处调整控制角度。
4 主要部分
4.1 HID技术
HID技术最重要的特性是通过放电技术产生光。放电电弧的亮度明显更高，整个系统的使用寿命超过了汽车的使用寿命。这使得可能对交通安全有直接影响的改进成为可能。欧洲和美国的事故统计数据表明，与白天相比，夜间事故中死亡的风险增加了一倍。各种各样的原因导致了这一事实，但是由于前照灯照明范围的限制，可见性也起着重要的作用。 HID照明可在最短0.9秒之前检测到街道风景中的物体，这意味着与标准卤素灯相比，改进了约47％。从检测到物体位置的移动距离增加了。驾驶员有更多的时间进行操纵或制动，从而限制了经济规模和事故死亡人数。自1999年以来，HID系统由一个模块提供，可用于近光和远光应用。
图11 双功能HID系统，用于一个投影模块中的近光和远光
图12 通过使用智能自适应大灯改进某些驾驶情况
在投影系统中，演员移动护罩，以设置远光灯的贡献。在反射系统中，HID灯泡已移动。这改变了系统中的焦点几何形状，并导致了完美的远光灯。两种系统均包括故障安全系统，该系统在任何情况下均可返回近光灯操作。双功能技术允许以非常有限的体积提供两种主要的前大灯功能。 HID质量也可用于远光灯。在这项技术中，重要的是一个ECU足以驱动执行器，控制点火和操作并提供自动调平功能。此外，该微控制器还提供多种选项，例如行末编程，诊断，软件更新等。该解决方案是在驾驶舒适性，眩光减少，良好的街道照明和最大的交通安全性之间取得最大的折中。
图13 通过智能ECU控制气体放电灯泡的功率
4.2自适应照明系统
在驱动研究项目和进行市场调查时，研究的重点转向改善公路驾驶，恶劣天气驾驶，弯道，转弯，城市和乡村道路驾驶的驾驶状况。
第一个实验性前照灯设置用于调查照明要求以形成自适应光分布。每侧总共使用了10个模块来运行调查。尽管显示了形式和尺寸不适用于批量实现，但可以通过这种方式改进光图案。在进行这些调查的同时，还必须确定可从汽车网络获得的传感器信息的要求。现代汽车生产线提供了各种各样的传感器和数据信息系统（ABS，ESP，CAN），因此，通常来说，大多数与自适应照明有关的信息已经存在可用，并且不需要在汽车中安装新的传感器。驱动自适应大灯系统所需的基本信息例如是速度，转向角，车身倾斜度，降水信息（雨，雾）和照明设备状态。
目前正在测试一些汽车中可用的附加传感器信息，例如偏航率，GPS导航数据和距离雷达信息。基于最初的功能和电子概念，已经向公众展示了第一批样式示例。为了满足对街道景观照明的不同要求，考虑了以下几种方法：
1.最简单的方法是关闭或打开前照灯中的其他模块。这意味着每个模块的使用时间相对较短，并且浪费大量的建筑空间。
2.更好地使用多种元素的复杂方法。这意味着在前照灯中使用可旋转，切换或更换前照灯内零件的执行器。
3.一种简单但棘手的方法是HID系统的电源控制。
在不更改灯色的情况下，并且在灯的规格中，可以在不切换其他设备的情况下，从同一模块，相同空间获得36％的更多光。所有光值可以一次或连续移动。灯规格范围内的光通量变化等效于2个卤素近光大灯，可以将其添加为光分布的可变部分。尤其是在使用高速公路时，将范围从65 m增加到130 m似乎是一个合适的解决方案。功率控制由ECU提供，并带有可用的输入参数，例如速度，导航日期等为了实现曲线照明功能，必须实现带有直流或步进电机的反射器部件的水平移动。为了使光线分布遵循街道的路线，需要特定于汽车的信息，例如偏航率，横向加速度或方向盘角度。导航和视频系统可以提供理想的预测性信息。以下对三种不同驾驶状况的评估显示了控制和软件概念的重要性。特定于汽车的应用程序，例如方向盘角度和最佳照度的光照要求是必需的。
图14 自适应光图案所需的旋转角度示例
在高速公路上，大弯半径现在显示对前照灯反射器的旋转有很大影响，除了在高速公路上通过或驶出的操作外。如果在蜿蜒的山区或城镇的交叉路口和转弯处进行驾驶，则旋转角度将超过20°。考虑到当今汽车前部的可用容积，这似乎是一个艰巨的挑战，而且在标准尺寸的前照灯中几乎不可能实现。因此，必须找到多个步骤的概念，以在这种极端情况下提供帮助。
图15 模块化元素可能会旋转并显示“曲线照明”的新功能
所描述的交互作用为该概念中使用的所有模块的迟滞，旋转速度，切换时间和切换点带来了额外的适应性。
4.3软件和控制概念
概念中可用的功能存储在软件库中。控制和转向参数是特定于客户的模块的一部分，可以取决于汽车制造商的概念，切换和控制策略以及市场营销观念。可以以不同的方式在汽车电子中实现自适应控制。决定性因素是合适的总线系统的可用性，以决定接口盒的实现和位置。
控制自适应系统的最低要求是有关速度和调平的信息。其次，需要由方向盘角度给出的有关汽车方向的信息。使用HID系统的欧洲汽车通常具有速度和水平调节功能。使用ESP系统的汽车还可以提供方向盘和横摆率。
图16 模块化系统设计，将客户特定需求与独立平台设计相结合
4.4自适应前照灯系统对交通安全的影响
图17 ECU的自适应照明控制概念，定义了网关解决方案
在前照灯技术中引入自适应元件时，要优先考虑提高交通安全性。视力条件和视野距离的改善直接影响驾驶员及时发现潜在危险情况的能力。视距的增加为驾驶员提供了额外的反应时间，可用于突破或逃避操纵。较早开始进行制动操作意味着事故死亡人数减少。为了通过实验证明这一点，已经研究了几种驾驶情况。
H4系统，现代HID氙气系统和新的自适应前照灯系统产生了不同的配光。在静态测试中，将光分布呈现给必须分析视觉条件的11位测试人员。灰色的能见度物体已放置在街道的一侧。为了获得可比的
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