[发明专利]一种车辆自适应弯道照明系统及其控制方法

权利要求书

1.一种车辆自适应弯道照明系统，其特征在于：包括车载电控单元、车载传感器组、步进电机驱动器组和车辆前照灯，其中：

所述车载电控单元内置车辆自适应弯道照明系统的控制方法，接收车载传感器组的测量信号，实时估计车辆的运动半径和车速，并依据运动半径和车速输出期望的车辆前照灯的水平调整角度；

所述车载传感器组用于测量方向盘转角、轮速、车辆质心在纵向和侧向的加速度、车身的横摆角速度，反馈至车载电控单元作为车辆自适应弯道照明系统控制方法的输入信号；

所述步进电机驱动器组与车载电控单元通过CAN总线进行通讯，接收车载电控单元给出的控制信号，驱动对应的步进电机调节车辆前照灯的水平角度；

所述车辆前照灯在步进电机的作用下按照车载电控单元的命令水平转动，以实现消除照明暗区的目的，

所述车辆自适应弯道照明系统的控制方法包括以下步骤：

步骤一：依据车载传感器组的测量信号对车辆弯道行驶时的运动半径和车速进行估计，车辆弯道行驶时，以车辆质心为原点、车辆纵轴为x轴、垂直于车辆纵轴且过车辆质心的直线为y轴，建立车身坐标系，定义车辆质心速度为v，车辆质心速度方向与x轴的夹角为β，车辆质心向心加速度a_r为总加速度a的法向分量：

式中的和分别为车辆质心在车身坐标系x轴和y轴方向上的加速度，根据圆周运动规律：

联立两式解出车辆的运动半径R的表达式：

通过公式(3)计算R的值，需要获得车辆质心速度及其加速度，也就是在车身坐标系下的和四个物理量，将上式改写为：

式中，由车载加速度计直接测得，为最终的车辆速度估计值，通过建立车辆动力学模型进行估计获得；

步骤二：根据估计的车速和车辆弯道行驶运动半径计算出车辆前照灯应当调整的水平转角，拟合安全制动距离S关于车速v的二次函数：

S(v)＝0.0094v²+0.0162v+3.1730 (11)

将两前照灯共同照射下产生的有效照明区域视为一等腰梯形，等腰梯形长度为W₀，高为安全制动距离S(v)，余角为θ，转弯内侧前照灯的水平附加转角由以下表达式组给出：

步骤三：通过步进电机控制前照灯水平转动跟踪期望转角，车载电控单元通过CAN总线将附加转角发送至步进电机驱动器组，由步进电机驱动器组控制步进电机跟踪这一转角，带动前照灯的旋转。

2.根据权利要求1所述的车辆自适应弯道照明系统，其特征在于：所述步骤一中车辆动力学模型的建立：

记车辆横摆角速度为r，车辆以过质心且垂直于地面的直线为轴时的转动惯量为J_z，横摆力矩为M_z，车辆质心在x轴方向上的速度为v_x，在y轴方向上的速度为v_y，通过车载加速度计测得车辆质心在x、y轴方向上的加速度分别为a_x和a_y，当车辆在水平路面行驶时，建立车辆沿x、y轴运动以及垂向旋转运动的动力学模型如下：

式中，M_z是v_x、v_y的函数：

上述表达式中，r为车辆横摆角速度，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别为车辆四个车轮的轮速，δ为车辆前轮转角，C_σ和C_α分别为轮胎纵向和横向侧偏刚度，b_F和b_R分别为前后轮的轮距，l_F为车辆质心到前轴的距离，f(λ₁)、f(λ₂)、f(λ₃)、f(λ₄)为轮胎摩擦力参数，其取值与上述各参量及路面附着系数μ有关；

基于上述车辆模型，选取车辆加速度和横摆角速度测量值和基于车辆模型的估计值之间的误差作为反馈项，构建状态观测器如下：

式中，车辆加速度的估计值和为和的函数，由车辆动力学模型给出，k_x，k_y和k_r为观测器系数，通过车辆状态观测器的稳定性分析确定，为最终的车辆速度估计值，即车辆弯道行驶运动半径计算式(3)中的