基于模型的智能车灯控制器设计与实现

张立，王佳宁，孙逊之，王国云

(常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州 213022)

0 引言

随着智能汽车的发展，车灯作为汽车的一个重要组成部分，也在向着更舒适、更安全的智能化方向发展。传统上的车灯只是单纯提供照明的一个系统，目前的车灯在此基础上拥有更多的附加功能。前照灯作为车上最重要的车灯之一，一直是研究关注的重点，因此业内提出智能前照灯的概念[1-2]。智能前照灯结合汽车自身的一些工作状态，如车速、制动、转向等，以及汽车上的一些传感器，共同来控制前照灯的照明区域及亮度。

由于车灯控制器往往与车灯并行开发，因此开发周期较短，无法像传统车灯电子系统开发方式一样进行多次的调试验证，而且车灯控制器的逻辑比较复杂，常规采用C语言人工写代码，不但执行效率低，影响实时性，而且还存在逻辑问题，为产品留下隐患。并且针对某款单片机平台编写的代码，移植到别的平台，需要针对单片机进行较大的改动。

基于模型的方法是一种将系统可视化，通过MATLAB进行算法开发、建模以及仿真验证的方法，可以由模型快速地生成针对某款单片机的代码，只需调用此代码的输入输出函数即可将算法与主程序集成。此方法研发周期短、代码质量高、可移植性好[3-6]。其开发流程如图1所示。

1 设计目标及平台

1.1 设计目标

设计一个智能前照灯控制系统程序，车灯照明区域及亮度由汽车的一些工作状态以及外部传感器进行控制。

系统功能要求：

(1)发动机启动，电源电压正常并且近光灯打开时，系统开始工作；

(2)当车速v<10 km/h时，用汽车前后高度传感器的值控制车灯内的电机，以调节车灯的俯仰角；

(3)当10 km/h

(4)当80 km/h

(5)当车速v>120 km/h时，车灯内电机不再随车速变化而改变。

1.2 软硬件开发平台

开发系统的硬件平台采用Freescale的HS12系列16位单片机；系统算法的建模、开发、仿真采用MATLAB的R2010a版本；算法的集成编译及烧写采用Freescale的集成开发环境CodeWarrior 5.1。

如图2所示，在MATLAB中，可以选择硬件平台中单片机的型号，以及各数据类型的位数，以便建立的算法模型能够生成目标单片机能够执行的代码。

2 控制系统建模

2.1 Simulink仿真建模

Simulink模块是MATLAB中一个重要的组成部分，提供一个动态系统建模、仿真的集成环境。它将许多算法都集成为可视化模块，可以直接用鼠标进行操作。Simulink可以将编写的图形化的算法模型转换为C语言，从而与硬件接口代码整合，烧写到控制器芯片。

完整的模型如图3所示。发动机、电源电压及近光灯信号为逻辑信号，通过与门进入状态机中，同时状态机接收车速信号，并根据这些参数，计算出电机调整步数，将电机步数作为输出信号由单片机输出。系统每10 ms执行一次。

2.2 自动代码生成

仿真后进入Simulink的Code Generation，并进入配置界面，点击Build，MATLAB将自动生成HC12相关的源文件及链接文件，在CodeWarrior中添加生成的代码，编译为HEX文件，下载到目标板，即可实现设计的算法逻辑功能。

3 测试验证

编译后的文件烧入目标板后，与车灯的透镜模组连接，如图4所示将透镜模组固定在工装上，距离墙面3 m，此时在墙面上标记透镜光斑截止线的高度。使用CANoe往目标板里发送车速信息、调节传感器，并测量此时光斑截止线的高度，由台架上透镜高度h1、光斑高度h2及透镜与墙面的距离可以计算出电机移动的角度。实验结果如表1所示，数据1中车速小于10 km/h，此时透镜的运动随着传感器的值变化；数据2中车速为10～80 km/h，透镜不响应车速及传感器；数据3、4中车速大于80 km/h时，透镜只响应车速而不响应传感器，可见代码满足设计的功能。

数据车速/(km·h-1)传感器移动角度/(°)透镜移动角度/(°)1554.824060310000.9410050.9

4 结论

文中采用MATLAB建立模型来进行智能车灯控制器软件的开发，这种方法也可以应用在其他汽车控制器的软件开发中。图形化的建模环境，不仅降低了软件设计的门槛，同时使工程师将精力更集中在算法上而不是具体的代码编写上，而且针对不同的硬件平台，只需要在MATLAB上进行配置，即可完成软件的移植。