一種汽車轉彎時外后視鏡及轉向燈的自動控制裝置設計研究

2024-03-22 09:02:13李源

時代汽車 2024年1期

摘要：本文提出了一種汽車轉彎時外后視鏡及轉向燈的自動控制裝置設計研究方向，解決了汽車變道或轉向時，無法重新調節外后視鏡，將會產生視角盲區，導致無法看清后面車況路況，此時，即使駕駛員忘記開啟轉向燈，本裝置也會自動開啟轉向側的轉向燈，避免與后面來車或行人發生碰撞，確保行車安全。

關鍵詞：汽車轉彎外后視鏡轉向燈自動控制

1 背景技術

在日常行車過程中，駕駛員通過外后視鏡及時觀測后方車輛的情況，尤其是在汽車轉彎的時候，駕駛員需要通過后視鏡觀測后方車況，避免與后面來車或行人發生碰撞。但是，由于在汽車轉彎的時候，無法重新調節外后視鏡，將會產生視角盲區，導致無法看清后面車況路況，這時駕駛員需要回頭觀看后方情況，而無法及時觀測前方狀況，造成行車安全隱患。另外，轉向燈的作用是提醒邊上的行人和車輛，本車即將轉向，注意避讓，而部分駕駛員在轉彎的時候，總是忘記打開轉向燈，進一步加劇了轉向的危險系數。

為了避免這種危險情況，之前也有人做過類似的研究設計，例如 “基于轉向信號燈開關的外后視鏡自動轉動控制裝置與方法”（申請號：201010247558.1）的控制思路：當駕駛員閉合某側的轉向燈信號開關，該側外后視鏡通過該信號開關獲得電源并轉過一定角度，消除轉向時的后視盲區，當關閉轉向開關時，控制器發出指令，外后視鏡轉回到原來位置。該設計研究弊端是轉向的角度無法控制，而且當危險報警燈點亮時，造成雙側后視鏡同時外傳，反而無法看清后方車況。

還有“汽車后視鏡的自動控制”（申請號：WO2006/076105）的控制思路：需要利用方向盤角度傳感器、車輛偏航角速度傳感器、車輛速度傳感器、全球定位系統接收器（GPS）以及地圖信息接收輸入信號，以確定車輛是否轉向。此設計研究控制系統復雜，成本過高，不易實現，而且在無法接收到GPS信號時，將無法實現功能。

所有有關外后視鏡自動轉向控制的設計研究中，沒有考慮到汽車停入車位時情況，也即是駕駛員在倒車入庫時，外后視鏡也會轉過一定角度，導致駕駛員無法看清車尾情況。

1.1 汽車外后視鏡

通常在汽車上使用的后視鏡，一般分為車內后視鏡、車外后視鏡，特殊的還安裝有下后視鏡。三種后視鏡各自不同，車內后視鏡安裝在前擋風玻璃后方，主要提供給駕駛員車內及汽車正后方的情況；車外后視鏡安裝在汽車A柱兩側，主要提供給駕駛員車外兩側后方的情況；下后視鏡主要提供給駕駛員車輛前下方的情況。安裝了汽車外后視鏡，無形中擴大了駕駛員觀察周圍環境的視野范圍。

1.2 汽車外后視鏡的用途

在正常駕駛車輛過程中，由于車身自身原因，會出現汽車車身左右側后方視鏡有視角盲點，為保證行車安全，避免安全事故的發生，因此要在在車身兩側設置左右兩邊外后視鏡，為車輛駕駛員提供車子兩旁與后方的實際情況。

超車或換道行駛時，通過內外后視鏡（或側下視鏡）向駕駛員提供左右兩側及后方的交通狀況信息；正常行駛時可以向駕駛員提供汽車周圍行人、車、各種障礙物及其交通情況的信息；當汽車倒車時，通過內外后視鏡，駕駛員可觀察到汽車后部、側面的障礙物及交通狀況[7]。

1.3 汽車外后視鏡的結構

如圖1所示，汽車外后視鏡總成由2個可逆電動機、減速齒輪、蝸輪、螺旋樞軸、折疊機構等組成[8]。

1.4 汽車外后視鏡的正確調整方法

1.4.1 調整左側后視鏡

先調整鏡片的上、下位置，使遠處地平線映象處于外后視鏡的中央1/2位置；然后再調整鏡片的左、右位置，令左側車身映象位于鏡片右側大約1/4位置，也就是車身的邊緣調到占據鏡面影像的1/4處。

1.4.2 調整右側后視鏡

同樣也是先調整上、下位置，使遠處地平線映象處于外后視鏡的中央2/3位置，主要是為了讓車輛駕駛員對右側后方掌握更多情況、能看到的范圍更廣；然后再調整鏡片的左、右位置，令左側車身映象位于鏡片右側大約1/4位置，也就是車身的邊緣調到占據鏡面影像的1/4處[9]。

1.5 汽車外后視鏡使用不當的危害——視角“盲區”（死角）

在駕駛汽車的過程中，駕駛員存在視角盲區（死角），很多時候駕駛員在駕車并線、轉彎、掉頭時，駕駛員明明已經掃一眼后視鏡覺得后面沒車可以變道的，豈料后方卻傳來了急促的喇叭聲，這就是我們所看不到的盲區車輛，由于視覺盲區，造成汽車刮擦和側撞，后視鏡盲區造成的交通事故約占總事故的30％左右。

1.6 汽車轉向燈

汽車轉向燈是機動車轉彎時表示行進方向的裝置。轉向燈的作用就是在起步、轉向、變道或靠邊泊車的時候出現明暗交替的信息，以提示本車的行駛方向，警示車前或車后的行人或車輛，做好避讓措施，防止事故的發生。

轉向燈可以有效避免發生車輛之間發生追尾碰撞，也可以提示行人注意小心避車。但是許多汽車駕駛員在汽車轉彎的時候，要么直接忘記開轉向燈，要不是在車輛已經轉向或者超車時才開啟轉向燈，還有就是晚上路邊停車沒開轉向燈，這些情況都有可能造成交通事故的發生。

2 設計思路

針對現有市面上設計研究的不足，本文提出了一種汽車轉彎時外后視鏡及轉向燈的自動控制裝置設計研究方向，解決了汽車變道或轉向時，無法看清后面車況，此時，即使駕駛員忘記開啟轉向燈，本裝置也會自動開啟轉向側的轉向燈，控制簡單、性能可靠、不需要改變原車電路。

本設計研究的技術方案：提出了一種汽車轉彎時外后視鏡及轉向燈的自動控制裝置，該裝置在原車電氣設備的基礎上，增加了方向盤轉角傳感器、單片機、單片機電源開關等[1]。

本設計研究的思路：

（1）當汽車變道或轉彎時，方向盤轉角傳感器將汽車向左或向右轉的信號送到單片機中，單片機接收到此信號時，將給該側的轉向燈閃爍控制器送出電源，確保在轉向時，轉向側的轉向燈工作，提醒周邊車輛和行人注意；當方向盤回正時，單片機停止給轉向燈供電。

（2）方向盤轉角傳感器將方向盤轉過的角度送到單片機中，單片機接收到此信號后，將給該側的外后視鏡的左右轉向控制電路送出信號，讓該側的外后視鏡向外轉過一定角度，轉過的角度大小與方向盤轉過的角度相對應，確保駕駛員能夠通過外后視鏡觀測到后面的車況[2]，消除轉向時的后視盲區；當方向盤在回正過程中，該側的外后視鏡也向回轉動，當方向盤回正時，該側的外后視鏡回到起始位置。

（3）當汽車在倒車入庫，或者汽車在倒車時，駕駛員手動打開電源開關K，單片機失去電源，則本控制裝置不工作，確保汽車在倒車的時候能夠看清車尾狀況。

3 電路分析

下面對照圖2，通過對實施例的描述，本設計研究的具體實施方式如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，便于對本技術方案有更完整、準確和深入的理解。

本設計研究為了達到轉彎時外后視鏡及轉向燈自動控制的目的，在原有汽車部件的基礎上，增加了方向盤轉角傳感器、單片機、單片機電源開關等。

方向盤轉角傳感器通過端口b、端口c和端口d，將汽車向左轉或向右轉的信號送到單片機中。

當汽車向左轉向時，單片機收到此信號時，單片機通過端口g給左轉向燈送出信號，信號傳遞路線：單片機端口g→閃爍控制器→左轉向燈→搭鐵，左側轉向燈閃爍（即使駕駛員忘記閉合左轉向燈開關K1，左側轉向燈也會工作）；單片機通過端口m1和端口m2給左外后視鏡的左右驅動電路送出信號，信號傳遞路線：單片機端口m1→左右驅動電路（左外后視鏡）→單片機端口m2，左外后視鏡向外轉過一定的角度（后視鏡轉角與方向盤轉角相對應），消除后視盲區；當方向盤在回正時，則左外后視鏡向回轉，信號傳遞路線：單片機端口m2→左右驅動電路（左外后視鏡）→單片機端口m1，當方向盤完全回正時，則左外后視鏡轉回起始位置[3]。

當汽車向右轉向時，單片機收到此信號時，單片機通過端口h給右轉向燈送出信號，信號傳遞路線：單片機端口h→閃爍控制器→右轉向燈→搭鐵，右側轉向燈閃爍（即使駕駛員忘記閉合右轉向燈開關K2，右側轉向燈也會工作）；單片機通過端口n1和端口n2給右外后視鏡的左右驅動電路送出信號，信號傳遞路線：單片機端口n1→左右驅動電路（右外后視鏡）→單片機端口n2，右外后視鏡向外轉過一定的角度（后視鏡轉角與方向盤轉角相對應），消除后視盲區；當方向盤在回正時，則右外后視鏡向回轉，信號傳遞路線：單片機端口n2→左右驅動電路（右外后視鏡）→單片機端口n1，當方向盤完全回正時，則左外后視鏡轉回到起始位置[4]。

當駕駛員在倒車入庫，或者倒車時，如果外后視鏡自動轉向時，將會影響到駕駛員無法看清車尾情況，影響倒車，故此時，駕駛員可以斷開單片機電源開關K，單片機失去電源，左外或右外后視鏡失去自動轉向的電源，不再自動轉向，確保倒車安全，同時，轉向燈自動控制也將不再工作。

4 結論

本設計研究的有益效果為：

（1）駕駛員在轉向或變道時，如果忘記打開轉向燈，本裝置可以自動打開轉向燈。

（2）通過方向盤轉過的角度，控制該側的外后視鏡向外轉過一定的角度，當方向盤在回正過程中，外后視鏡向回轉動，消除后視盲區。

（3）在倒車時，可以手動斷開單片機的電源，讓本裝置不工作，以免影響到駕駛員倒車。

（4）本設計研究不改變汽車ECU程序，也不改變原車電路，只增加了方向盤轉角傳感器、單片機等部件，具有設計簡單、實施方便、性能可靠等特點。

參考文獻：

[1]? 王愛國，李源等. 一種汽車轉彎時外后視鏡及轉向燈的自動控制裝置[P].中國. 2016 2 0207476.7

[2]王積偉.控制理論與控制工程[M].北京：機械工業出版社，2011：157-166.

[3]張義和.電路設計全攻略：電路板設計[M].北京：科學技術出版社，2013：96-103.

[4]付百學.汽車電子控制技術[M].北京：機械工業出版社，2010.