阅读说明：本技术 磁动式车灯自适应装置及其控制方法 (Magnetic-driven vehicle lamp self-adaption device and control method thereof ) 是由 姚江云 吴方圆 曹乃文 谢友慧 蔡洪炜 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明旨在提供一种磁动式车灯自适应装置,包括：灯泡、灯罩、弹性件、永磁体、磁场发生器、连接座、支座、前轮转角传感器、控制器U、电源；所述灯泡固定设于灯罩内,支座为圆筒形,其后端封闭,前端开口；所述支座的前端的内侧壁的上下两侧的分别设有连接座；灯罩的外侧壁后部的上下两侧通过两个转轴安装于支座上,灯罩能够基于转轴在支座的左右方向上摆动；支座的内侧壁的左右两侧的中部上分别设有弹性件；所述灯罩的顶面的中心设有永磁体；磁场发生器沿支座的左右设于支座的内底面中部上。该自适应装置克服现有技术缺陷,具有结构合理、控制便捷、运行稳定的特点。本发明还提供一种磁动式车灯自适应装置的控制方法。(The invention aims to provide a magnetic-driven vehicle lamp self-adaptive device, which comprises: the device comprises a bulb, a lampshade, an elastic piece, a permanent magnet, a magnetic field generator, a connecting seat, a support, a front wheel rotation angle sensor, a controller U and a power supply; the bulb is fixedly arranged in the lampshade, the support is cylindrical, the rear end of the support is closed, and the front end of the support is open; the upper side and the lower side of the inner side wall of the front end of the support are respectively provided with a connecting seat; the upper side and the lower side of the rear part of the outer side wall of the lampshade are arranged on the support through two rotating shafts, and the lampshade can swing in the left and right directions of the support based on the rotating shafts; elastic pieces are respectively arranged on the middle parts of the left side and the right side of the inner side wall of the support; the center of the top surface of the lampshade is provided with a permanent magnet; the magnetic field generator is arranged on the middle part of the inner bottom surface of the support along the left and the right sides of the support. The self-adaptive device overcomes the defects of the prior art and has the characteristics of reasonable structure, convenient control and stable operation. The invention also provides a control method of the magnetic-drive type vehicle lamp self-adaptive device.)

磁动式车灯自适应装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车车灯控制装置领域，具体涉及一种磁动式车灯自适应装置及其控制方法。

背景技术

现有的汽车照明装置，在实际的使用中，传统的前照灯系统存在着许多问题，由于灯具的壳体固定于车体上无转动功能，因此前照灯的照射方向与汽车车身保持一致。车辆在转弯行驶时，特别是在路侧较危险的山区道路或夜晚无路灯的城市道路转弯时，由于车灯无法调节照明角度，通常无法照射到弯道内侧；尤其是遇到雨雾天气，前方弯道路况照明情况更是模糊不清，无法转动的车灯极大的威胁了驾驶员夜间行车安全，存在许多潜在威胁。

发明内容

本发明旨在提供一种磁动式车灯自适应装置，该随动装置克服现有技术缺陷，具有结构合理、控制便捷、运行稳定的特点。

本发明的技术方案如下：

一种磁动式车灯自适应装置，包括：灯泡、灯罩、弹性件、永磁体、磁场发生器、连接座、支座、前轮转角传感器、控制器U1、电源；

所述灯泡固定设于灯罩内，所述的支座为圆筒形，其后端封闭，前端开口；所述支座的前端的内侧壁的上下两侧的分别设有连接座，所述的连接座的末端沿支座的径向向内延伸，该末端上设有转轴；所述的灯罩的外侧壁后部的上下两侧通过两个转轴安装于支座上，灯罩能够基于转轴在支座的左右方向上摆动；所述的支座的内侧壁的左右两侧的中部上分别设有弹性件，所述的弹性件的末端沿径向向灯罩延伸，与灯罩的外侧壁固定连接，在自然状态下，两个弹性件处于拉伸状态，将灯罩拉住，使得灯罩的轴向与支座的轴向重合；所述灯罩的顶面的中心设有永磁体，所述的永磁体的磁力线方向为支座的前后方向；所述的磁场发生器沿支座的左右设于支座的内底面中部上，所述的磁场发生器发生磁力时，其磁力线方向为支座的左右方向，并可以切换磁力线的方向为从左到右或从右到左；

所述的前轮转角传感器、磁场发生器均与控制器U1电连接，所述的前轮转角传感器用于检测汽车前轮的转角信号，并将转向信号发送至控制器U1；所述的控制器U1预设前轮转动角度、灯泡转动角度及控制器U1输出的控制信号之间的对应数据表，所述的对应数据表的对应原则为：设定前车轮转动角度的最大值θ_m以及灯泡转动角度的最大值ω_m，对于相对应的一组汽车前轮的转角角度θ与灯泡转动角度ω，建立公式

根据汽车前轮的转角角度θ计算出相应的灯泡转动角度ω，相对应的一组前车轮转动角度及灯泡转动角度的方向相同，灯泡转动的角度及方向通过控制器U1输出的控制信号进行控制：控制器U1输出的控制信号至磁场发生器，控制磁场发生器的磁场方向及磁力大小，从而通过该磁场与永磁体相互磁力作用，带动永磁体及灯罩进行相应的左右方向的偏动；

所述的控制器U1根据接收到的转向信号对应的数据表中参数，发送相应的控制信号至磁场发生器，所述的磁场发生器用于在接收到控制信号后产生相应的磁场方向以及相应强度的磁力，吸引永磁体，带动控制灯罩左右转动到对应的角度；所述的磁场发生器、控制器U1均与电源电连接，由电源供电。

优选地，所述磁场发生器包括铁芯T、螺旋线圈L、场效应管MOS1、场效应管MOS2、二极管D1、二极管D2、放大器A1、电阻R1、电阻R2和电阻R3；

所述螺旋线圈L缠绕在铁芯T上，组成电磁铁；所述控制器U1的第1脚与场效应管MOS1的栅极连接，场效应管MOS1的源极与二极管D1的正极及地线相连，场效应管MOS1的漏极分别与二极管D1的负极、二极管D2的负极和场效应管MOS2的漏极相连；

所述的场效应管MOS2的栅极与控制器U1的第2脚相连，场效应管MOS2的源极与二极管D2的正极、螺旋线圈L的一端相连，螺旋线圈L的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与放大器A1的输出端相连；放大器A1的反相端与控制器U1的第4脚相连；

所述的电阻R1的一端连接+5V电源、另一端与放大器A1的正相端及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与地线相连；

所述电阻R1与电阻R2的电阻值相等，放大器A1的正极接+12V电源、负极接-12V电源；

所述控制器U1的第3脚与前轮转角传感器的数据输出端SIN相连。

优选地，前轮转动角度、灯泡转动转角及控制器输出的控制信号之间的对应数据表，如表1所示：

其中向左转角度为正，右转角度为负；θ_m为汽车前轮转动角度的最大值，ω_m为灯泡转动角度的最大值，θ₁为汽车前轮左转的转动角度，0°<θ₁<θ_m；θ₂为汽车前轮右转的转动角度，0°>θ₂>-θ_m，δ为控制灯泡左转ω_m的控制器U1第1脚的PWM占空比，同时δ也为控制灯泡右转ω_m的控制器U1第2脚的PWM占空比。

优选地，灯泡(1)转动角度的范围为±20°，前车轮最大转动角度的范围为±54°。

优选地，所述的灯罩(2)为沿支座(7)的前后方向设置的圆台体，其圆台体的顶面封闭，底面开口并朝向前方。

优选地，所述的前轮转角传感器的型号为WYT-AT-1无触点角度传感器。

优选地，所述的控制器U1的型号为AT89C51，放大器A1的型号为LM324。

优选地，所述的场效应管MOS1、场效应管MOS2的型号为XP151A。

本发明还提供一种车灯的控制方法，利用上述的磁动式车灯自适应装置，包括以下步骤：

A、汽车运行过程中，前轮转角传感器检测汽车前轮的转角信号；

B、处理器预设有前轮转动角度、灯泡转动转角及控制器输出的控制信号之间的对应数据表，所述的对应关系的原则为：设定前车轮转动角度的最大值为54°，设定灯泡转动角度的最大值20°，对于相对应的一组汽车前轮的转角角度θ与灯泡转动角度ω，有

相对应的一组前车轮转动角度及灯泡转动角度的方向相同，灯泡转动角度的方向通过控制器U1输出的控制信号进行控制；即当汽车前轮左转的转动角度为θ₁时，灯泡左转的转动角度为20°*θ₁/54°；当汽车前轮右转的转动角度为θ₂时，灯泡右转的转动角度20°*θ₂/54°；其中：0°<θ₁<54°，0°>θ₂>-54°；

处理器还预设有灯泡转动角度与控制信号的对应关系，所述的对应关系的原则为：对于相对应的一组灯泡转动角度与控制信号，该控制信号能够控制通过螺旋线圈L的电流大小进而控制磁场发生器产生磁力带动灯泡转动至其所对应的灯泡转动角度；

C、处理器根据汽车前轮的转角信号确定与其对应的灯泡转动角度，从而确定相对应的控制信号，发送该控制信号使得磁场发生器产生磁力，从而吸引永磁体运动并带动灯罩转动，实现灯罩的自适应控制。

优选地，汽车前轮的转角角度、灯泡转动角度及控制信号对应关系如表2所示：

其中设定灯泡最大转动角度为±20°，前车轮最大转动角度为±54°，向左转角度为正，右转角度为负；表中控制器U1第1脚的PWM占空比为控制器U1的第1脚输出的PWM控制信号的占空比，用于控制MOS1的通断；表中控制器U1第2脚的PWM占空比为控制器U1的第2脚输出的PWM控制信号的占空比，用于控制MOS2的通断。

本发明磁动式车灯自适应装置采用前轮转角传感器获取汽车当前的转向状态，将汽车运行中的转向状态与灯泡的转向角度相对应，进而实现灯泡跟随汽车转向的效果，使得每个运行状态分别与处理器的控制信号相对应，结合控制信号及磁场发生器实现磁力大小的控制，从而控制灯泡的转动角度，降低了系统的计算难度，提高系统的实时性，从而提高车灯随动的及时性及随动效果；并且，通过弹性件、连接座的组合结构，实现灯罩的稳定连接及灵活转动，保证了灯罩在运行过程的稳定性及转向的流畅性；处理器中采用控制器、放大器及场效应管的组合，实现了线圈及铁芯的灵活控制，降低系统的复杂度同时提高了维护的便利性。

附图说明

图1为本发明提供的磁动式车灯自适应装置的结构示意图(俯视图)；

图2为本发明提供的磁动式车灯自适应装置的结构示意图(侧视图)；

图3为本发明提供的磁动式车灯自适应装置的磁场发生器与控制器U1的电路结构图；

图中各部分名称及序号如下：

1为灯泡，2为灯罩，3为弹性件，4为永磁体，5为磁场发生器，6为连接座，7为支座，8为转轴，SIN为前轮转角传感器的数据输出端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体说明本发明。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供的磁动式车灯自适应装置，包括：灯泡1、灯罩2、弹性件3、永磁体4、磁场发生器5、连接座6、支座7、前轮转角传感器、控制器U1、电源；

所述灯泡1固定设于灯罩2内，所述的支座7为圆筒形，其后端封闭，前端开口；所述支座7的前端的内侧壁的上下两侧的分别设有连接座6，所述的连接座6的末端沿支座7的径向向内延伸，该末端上设有转轴8；所述的灯罩2的外侧壁后部的上下两侧通过两个转轴8安装于支座7上，灯罩2能够基于转轴8在支座7的左右方向上摆动；所述的支座7的内侧壁的左右两侧的中部上分别设有弹性件3，所述的弹性件3的末端沿径向向灯罩2延伸，与灯罩2的外侧壁固定连接，在自然状态下，两个弹性件3处于拉伸状态，将灯罩2拉住，使得灯罩2的轴向与支座7的轴向重合；所述灯罩2的顶面的中心设有永磁体4，所述的永磁体4的磁力线方向为支座7的前后方向；所述的磁场发生器5沿支座7的左右设于支座7的内底面中部上，所述的磁场发生器5发生磁力时，其磁力线方向为支座7的左右方向，并可以切换磁力线的方向为从左到右或从右到左；

所述的前轮转角传感器、磁场发生器5均与控制器U1电连接，所述的前轮转角传感器用于检测汽车前轮的转角信号，并将转向信号发送至控制器U1；所述的控制器U1预设前轮转动角度、灯泡转动角度及控制器U1输出的控制信号之间的对应数据表，所述的对应数据表的对应原则为：设定前车轮转动角度的最大值θ_m以及灯泡转动角度的最大值ω_m，对于相对应的一组汽车前轮的转角角度θ与灯泡转动角度ω，建立公式

根据汽车前轮的转角角度θ计算出相应的灯泡转动角度ω，相对应的一组前车轮转动角度及灯泡转动角度的方向相同，灯泡转动的角度及方向通过控制器U1输出的控制信号进行控制：控制器U1输出的控制信号至磁场发生器5，控制磁场发生器5的磁场方向及磁力大小，从而通过该磁场与永磁体4相互磁力作用，带动永磁体4及灯罩2进行相应的左右方向的偏动；

所述的控制器U1根据接收到的转向信号对应的数据表中参数，发送相应的控制信号至磁场发生器5，所述的磁场发生器5用于在接收到控制信号后产生相应的磁场方向以及相应强度的磁力，吸引永磁体4，带动控制灯罩2左右转动到对应的角度；所述的磁场发生器5、控制器U1均与电源电连接，由电源供电；

如图3所示，所述磁场发生器包括铁芯T、螺旋线圈L、场效应管MOS1、场效应管MOS2、二极管D1、二极管D2、放大器A1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，

所述螺旋线圈L缠绕在铁芯T上，所述控制器U1的第1脚与场效应管MOS1的栅极连接，场效应管MOS1的源极与二极管D1的正极及地线相连，场效应管MOS1的漏极分别与二极管D1的负极、二极管D2的负极和场效应管MOS2的漏极相连；

场效应管MOS2的栅极与控制器U1的第2脚相连，场效应管MOS2的源极与二极管D2的正极、螺旋线圈L的一端相连，螺旋线圈L的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与放大器A1的输出端相连；放大器A1的反相端与控制器U1的第4脚相连；

电阻R1的一端连接+5V电源、另一端与放大器A1的正相端及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与地线相连；

所述电阻R1与电阻R2的电阻值相等，放大器A1的正极接+12V电源、负极接-12V电源；

所述控制器U1的第3脚与前轮转角传感器的数据输出端SIN相连；

所述的灯罩2为沿支座7的前后方向设置的圆台体，其圆台体的顶面封闭，底面开口并朝向前方；

所述的前轮转角传感器的型号为WYT-AT-1无触点角度传感器；

所述的控制器U1的型号为AT89C51，放大器A1的型号为LM324；

所述的场效应管MOS1、场效应管MOS2的型号为XP151A。

本实施例提供的车灯的控制方法，利用上述的磁动式车灯自适应装置，包括以下步骤：

A、汽车运行过程中，前轮转角传感器检测汽车前轮的转角信号；

B、处理器预设有前轮转动角度、灯泡转动转角及控制器输出的控制信号之间的对应数据表，所述的对应关系的原则为：设定前车轮转动角度的最大值为54°，设定灯泡转动角度的最大值20°，对于相对应的一组汽车前轮的转角角度θ与灯泡转动角度ω，有

相对应的一组前车轮转动角度及灯泡转动角度的方向相同，灯泡转动角度的方向通过控制器U1输出的控制信号进行控制；即当汽车前轮左转的转动角度为θ₁时，灯泡左转的转动角度为20°*θ₁/54°；当汽车前轮右转的转动角度为θ₂时，灯泡右转的转动角度20°*θ₂/54°；其中：0°<θ₁<54°，0°>θ₂>-54°；

处理器还预设有灯泡转动角度与控制信号的对应关系，所述的对应关系的原则为：对于相对应的一组灯泡转动角度与控制信号，该控制信号能够控制通过螺旋线圈L的电流大小进而控制磁场发生器产生磁力带动灯泡转动至其所对应的灯泡转动角度；

C、处理器根据汽车前轮的转角信号确定与其对应的灯泡转动角度，从而确定相对应的控制信号，发送该控制信号使得磁场发生器产生磁力，从而吸引永磁体运动并带动灯罩转动，实现灯罩的自适应控制；

汽车前轮的转角角度、灯泡转动角度及控制信号对应关系如表2所示：

其中设定灯泡1最大转动角度为±20°，前车轮最大转动角度为±54°，向左转角度为正，右转角度为负；表中PWM占空比(第1脚)为控制器U1的第1脚输出的PWM控制信号的占空比，用于控制MOS1的通断；表中PWM占空比(第2脚)为控制器U1的第2脚输出的PWM控制信号的占空比，用于控制MOS2的通断；本实施例中的δ为灯泡1最大转动角度时PWM占空比数值，本实施例中设置为0.8。

具体控制过程举例如下：

前轮转角传感器检测的转角数据为正值时，前轮左转，控制器U1的第4脚输出低电平0V，放大器A1正相端电压大于反相端电压，放大器A1的输出端输出+12V电压，二极管D2、场效应管MOS1导通，场效应管MOS2关断，电流流经电阻R3、螺旋线圈L、二极管D2和场效应管MOS1，因此，磁场发生器的螺旋线圈L的磁场方向为左侧为N极、右侧为S极(如图1所示)，永磁体4靠近磁场发生器的一侧为N极，因此，灯罩2在磁力作用下逆时针(向左)转动，灯泡1在灯罩2的作用下向左转动，控制器U1将汽车前轮转动角度的大小转化为PWM占空比，通过第1脚输出PWM控制信号控制场效应管MOS1的导通时间，间接控制螺旋线圈L中的电流大小和螺旋线圈L产生的磁场强度，固定于灯罩2的永磁体4受到螺旋线圈L产生磁场的磁力与弹性件3的弹性力作用，灯罩2在合力作用下带动灯泡1转动到磁力与弹性力的平衡位置，从而实现对灯泡1左转动角度的控制；

前轮转角传感器检测的数据为负值时，前轮右转，控制器U1的第4脚输出低电平+5V，放大器A1反相端电压大于正相端电压，放大器A1的输出端输出-12V电压，二极管D1、场效应管MOS2导通，场效应管MOS1关断，电流由地线流经二极管D1、场效应管MOS2、螺旋线圈L、电阻R3至放大器A1，因此，螺旋线圈L的磁场方向左侧为S极、右侧N极，永磁体4靠近磁场发生器的一侧为N极，灯罩2在磁力作用下顺时针(向右)转动(如图1所示)，灯泡1在灯罩2的作用下向右转动，控制器U1将前车轮转动角度的大小转化为PWM占空比，通过第2脚输出PWM控制信号控制场效应管MOS2的导通时间，间接控制螺旋线圈L中的电流大小和螺旋线圈L产生的磁场强度，固定于灯罩2的永磁体4受到螺旋线圈L产生磁场的磁力与弹性件3的弹性力作用，灯罩2在合力作用下带动灯泡1转动到磁力与弹性力的平衡位置，从而实现对灯泡1右转动角度的控制。