论电子技术在汽车照明中的新应用

西 京 学 院

毕 业 设 计 （论 文）

成绩

题 目: 论电子技术在汽车照明中的新应用

姓 名: 周青海

系（院）: 机电工程系

专 业: 汽车检测与维修技术

班 级: 0902班

学 号: 0911020256

指导老师: 吴伟鹏

日 期: 2011-10-30

教务处制

目 录

目 录 ........................................................................................................................ I 摘 要 ...................................................................................................................... II Abstract .................................................................................................................... III 第一章 绪论 ............................................................................................................. 1 第二章 HID前照灯 ................................................................................................. 2

2.1 HID前照灯的结构及原理 ...................................................................... 2 2.2 HID前照灯的优点 ................................................................................... 3 第三章 LED技术在照明系统的应用 .................................................................... 4

3.2 LED技术的优缺点 .................................................................................... 5 3.3 LED技术的应用情况及发展 .................................................................... 5 第四章 AFS前照灯弯道自适应系统 .................................................................... 7

4.1 AFS前照灯的结构及工作原理 ................................................................ 7 4.2 AFS前照灯弯道自适应系统的应用情况及优点 .................................... 8 4.3 AFS前照灯技术的前景应用 .................................................................... 9 第五章 智能化汽车照明系统 ............................................................................... 10

5.1主动式旋转头灯的应用 ........................................................................... 10 5.2 HELLA公司智能化前照灯系统 ............................................................. 11 5.3 BMW pixel light照明系统 ....................................................................... 11 第六章 汽车上新技术应用 ................................................................................... 13

6.1尾灯 ........................................................................................................... 13 6.2内部照明 ................................................................................................... 14 第七章 结论 ........................................................................................................... 15 致 谢 ..................................................................................................................... 16 参考文献 ................................................................................................................. 17 毕业设计（论文）成绩审批表 ............................................................................. 18

I

摘 要

汽车照明器件是汽车的重要安全部件。为了提高行车的安全性、舒适度、

节能性、环保性和美观度 ,传统的电子技术在汽车照明系统的应用，已经不能再满足人们需要。于此同时新的技术在应用中取代了传统的技术。本文简要介绍：HID前照灯的主要工作原理及其优点，在实际生活中的应用情况。LED汽车灯的结构与原理电路的分析，及其与传统的照明的对比所展示的优点。前照灯弯道自适应系统的应用情况，基本的原理及其控制系统的应用。智能化汽车照明系统的简要组成及工作原理并说明了在这些新型汽车灯中先进的电子技术的应用情况。

关键词：汽车照明；HID前照灯；LED技术；AFS前照灯弯道自适应系统；智能化汽车照明系统。

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Abstract

Automotive lighting devices is an important vehicle safety components. In order to improve driving safety, comfort, energy saving, environmental protection and beautiful degree, traditional electronic technology in the automotive lighting system, has been unable to meet the needs of people. At the same time the new technology in application to replace the traditional technology. This paper briefly introduced: HID headlamp main working principle and its advantages, in the practical application situation. The structure and principle of LED automobile lamp circuit analysis, and the traditional lighting contrast shows advantages. Headlight curve adaptive system application situation, basic principle and application of control system. Intelligent vehicle lighting system briefly and describes the composition and working principle of the car lamp in advanced electronic technology application

Key words：Automotive lighting；HID headlamps；LED technology; Headlight curve adaptive System; Intelligent lighting system.

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第一章 绪论

随着全世界经济的飞速发展和人民生活水平的提高，我国汽车工业已步入高速成长期。不仅汽车的产量在成倍地增长，汽车的科技含量也在不断增加。现代汽车制造技术与电子技术、信息技术日益密切融合在一起。汽车已不再是简单的交通工具，而已成为现代科技的载体。传统的电子技术在汽车照明系统的应用，已经不能再满足人们需要。于此同时新的技术在应用中取代了传统的技术。据统计,从2006年～2007年,平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16%增至23%以上。一些豪华轿车上,使用单片微型计算机的数量已经达到48个,电子产品占到整车成本的50%以上,目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统。 关于汽车的欧洲经济委员会（ECE）法规有113项，而其中与汽车灯光有关的法规就有37项之多，约占总法规数的1/3。由此可见汽车照明装置的重要性。另外，汽车灯还是汽车造型至关重要的部份。因此，世界各国对汽车灯具的研发都非常重视。为了提高汽车行驶的安全性和舒适度，在汽车照明系统中注入了越来越多的高科技成份。欧洲即将推出的AFS前照灯照明系统，全新奥迪A8采用的LED技术，HID技术在汽车上应用。此外还有即将问世的红外线应用技术、半导体照明系统的应用，发光二极管应用技术等等。

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第二章 2.1 HID前照灯的结构及原理

HID前照灯

HID（High Intensity Discharge）是依据电弧放电原理，燃烧灯泡内的氙

气来发光，取代传统的钨丝燃烧发光。

作为汽车照明的高科技产品，HID突破传统钨丝灯泡技术，采用高科技将氙气（Xenon）灌人石英内管，再透过精密安定器将12V电力瞬间提高至23000V，激发管内的氙气电子游离，在两电极间形成一束超强电弧光持续发光，不但照得更亮，也照得更广。HID的亮度比一般卤素灯亮三倍以上，但耗电量仅为卤素灯的50%，且寿命为一般卤素灯的五倍以上。使用HID灯能更清楚且快速地看到路标及前方来物，使路况更清楚，大幅增加自身及行人的安全。如果您细心的话，仔细观察一下那些“原厂原装”的HID车头灯，它们够亮、够白，却不会有“远光灯效。

图2-1HID灯泡结构

如图2-1HID灯泡的灯管内有一颗石英玻璃球，有两个电极在玻璃球的两端，里面没有灯丝这也是HID灯与卤素的区别。由于其内没有灯丝的结构，因此传统的烧熔及沉积问题都不会出现。而其内的气体分子仅是高能态与稳态的波动并不会产生变化，因此使用寿命会比较长。

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2.2 HID前照灯的优点

HID前照灯与传统的卤钨光源相比较有以下优点：

1）节能耗电量低，环保性能好； 2）安全性能高，经济效益乐观；

3）利于不同驾驶年龄的人驾驶，提高驾驶舒适度； 4）适应流线型车身的需要，既美观又实用。

正是因为以上的种种优点，汽车HID前照灯这种技术在汽车中越来越受到消费者的喜爱。进而促进了这种技术的发展，更成为未来的汽车前照灯领域中的佼佼者。

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第三章 LED技术在照明系统的应用

3.1 LED技术的原理及结构

LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用。

如图3-1所示，CPU 输出两路完全倒相对称的PWM信号A、B，分别作用在开关器件上，使其轮流导通; 通过高频变压器T 将能量耦合到次级，再经快恢复二极管D1、D2 进行全波整流，以实现对LED 阵列的驱动。LED阵列驱动回路的光电耦合器，完成对LED 阵列驱动电流的监测，并反馈到CPU，形成一种智能电流负反馈的闭环控制系统，以确保驱动电流的稳定的可靠性。

图3-1LED列阵智能驱动电路

车用LED 驱动电路的集成化和智能化程度越来越高。类似PMU( 电源管理单元)的芯片及封装的小型化将逐渐取代多个单一功能电路进行组合的方

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法， 以适应板级空间非常有限的车载应用。同时， 由于单片机、DSP 等控制芯片以及嵌入式技术的不断发展， 可通过软件技术实现车用照明系统的自动化， 这样LED 的恒流驱动精度以及亮度的自动调节会更加准确。智能化控制已经成为新一代车用LED 驱动器的设计理念。 3.2 LED技术的优缺点

1）电压：LED使用低压电源，供电电压在6~24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。

2）效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。

3）适用性：很小，每个单元LED小片是3~5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。

4）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。

5）响应时间：其白炽灯的响应时问为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。

6）对环境污染：无有害金属汞。

7）颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，依次变为橙色、黄色，最后为绿色。 3.3 LED技术的应用情况及发展

LED被称为第四代汽车光源，LED车灯除一次性投入较高外，具有质量好、品位高等白炽灯无法比拟的优点，并且无延迟、节能、长寿、低热、抗震、色纯度高等，已成为钨丝灯、卤素灯的必然取代产品。

另外，汽车LED灯饰品是目前国内外非常火的车用饰品，这是一种新型

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的汽车装饰产品，它集安全性、实用性、装饰性为一体。因为汽车LED底盘灯具有良好的防水性能和抗冲击性能，平时不用维护、不用擦洗，功率只相当于一个汽车大灯的功率，使用时不会给汽车电瓶和发动机带来过多的负担。产品安装于汽车底部（或汽车内部），在夜间、雾天、雨天以及能见度差的路上，它可以很好地为行人或者其36他车辆提供您的爱车行驶或者泊车的位置标识，以减少事故隐患。在晚上打开LED灯，汽车底部（或汽车内部）呈现出一片红、蓝、绿等多种变色，非常漂亮，产品很受青年车族的青睐。 LED在汽车照明中有十分光明的应用前景。除了前面所介绍的LED的优点之外，LED 有几个杰出的优点使它特别适合于汽车照明。其一是它发光的上升时间非常短，只有60纳秒，约是白炽灯的百万分之一。这样，当采用LED作为汽车尾灯时，可以使后续汽车的驾驶员更早反应，刹车或减速。第二个特点是LED的尺寸很小，因而采用它作为光源的汽车尾灯可以设计得更薄、更紧凑，从而可以为汽车后车厢节省很多空间。再一个特点是使汽车灯具的设计具有更多的灵活性，使汽车整车的造型产生明亮的新视点。

在汽车中最早采用LED作为光源的灯是高位刹车灯（CHMSL-Center High Mount Stop Lamp）。在美国，自1985年9月1日以后销售的汽车都必须装配高位刹车灯。在我国虽然现在还没有这方面的法规，但是由于高位刹车灯对行车安全确有很大贡献，因而有普及的趋势。

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第四章 AFS前照灯弯道自适应系统

4.1 AFS前照灯的结构及工作原理

为了增强夜间行车的安全性，汽车智能照明系统中有一种项重要的功能：弯道自适应照明。智能转向照明技术是实现智能化高级前照灯系统过程中的一个重要成果。智能转向照明技术的出现，使汽车在夜间转弯时的“视觉盲点”现象成为过去。

简单地说就是它在汽车转弯时可以控制左右两个前照灯的转动相适应的角度，使驾驶员获得更多的道路信息。通过安装在汽车上的各种传感器，实时的获得汽车的当前车速和方向盘的转角信号，并输入到控制单元，由中央控制单元计算两个前照灯应转过的角度。再通过LIN总线将控制命令传给驱动执行单元，从而使步进电机带动前照灯到达目标位置，满足弯道自适应照明系统需要。

其工作原理如图4-1：当汽车进入特殊的道路状况(如弯道) 时，由于方向盘和速度发生变化， 角度传感器和速度传感器传输到电控单元(ECU) 的信号就相应发生了变化。ECU 捕捉到这些信号变化，同时判断车辆进入了哪种弯道，并发出相应的指令给前照灯的控制单元，控制单元根据收到的指令操控装在AFS 灯体内部的微电机带动发光三要素绕相应的旋转轴旋转，从而在非常规路面及天气下行驶时，改变照明方式，提供更好的安全保障。

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弯道自适应系统工作原理图：

图4-1弯道自适应系统原理图 4.2 AFS前照灯弯道自适应系统的应用情况及优点

传统的夜间弯道转弯照明如图4-1与现在的AFS弯道自适应转弯照明如图4-2和图4-3的对比：

图4-2传统弯道照明 图4-3 AFS弯道照明 这种辅助照明系统其主大灯是固定式的，这种转向辅助照明系统一样是为照亮夜间弯道的盲点区所设计的。其与主动头灯转向照明系统最大的不同在于提供夜间行车照明的主大灯不会转动，而是在主大灯附近再设置一个辅助照明灯，当方向盘角度转至原厂设置的角度值时，此辅助照明灯就会开启以提供传统固定式大灯在弯道上盲点区的照明。

如图4-2汽车在晚间的照明中实用的是传统的照明系统，在弯道照明中视线的范围非常的小，并且照明的的距离很短。在夜间弯道行驶中不能够及时

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发现远方的车辆，不能够提前看到前方弯道处的车辆。这样就容易给驾驶员带来诸多的不便与交通事故例如：追尾事故、撞到前方障碍物、撞到前方维修事故车辆等等。

如图4-3汽车在晚间的照明中使用的是弯道自适应照明，在弯道照明中视线范围非常的开阔，并且照明的距离足够的长。在夜间弯道行驶中能够及时的发现弯道侧面的车辆或者障碍物。这样为驾驶员在晚间的弯道行驶带来很多的便利，更为驾驶员的行车安全提供了极大的保障。这可以说是既方便又安全，为行车安全以及驾驶安全更多的保障。 两者对比有以下优点：

（1）安全系数高，提高了夜间的行车安全；

（2）适用性强，可以用于各种路况和天气条件的使用； （3）方便简单，有利于驾驶者的简单操作使用。 4.3 AFS前照灯技术的前景应用

AFS 是一种能使驾驶员更好地适应各种速度、道路类型和天气条件的变化，提高驾驶安全性的前照灯系统。智能转向照明技术已把我们带到了一个崭新的照明时代，使驾驶者可以清楚观测到车辆转弯处的路况，对夜间弯道行车和各种路况下的安全行驶具有重大的意义。随着智能转向照明技术的不断开发和广泛应用，必将使我们的行车变得更加安全。

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第五章 智能化汽车照明系统

5.1 主动式旋转头灯的应用

在未来几年中我们可以看到Audi先进的前灯照明系统，从上到下： （1）角灯照明系统和转向锁与速度输入的响应 ； （2）前灯旋转；

（3）前灯光束形状随周围环境的变化而变化。

其实，部分雪铁龙车型早在几年前就已经开始应用这种旋转头灯，不过这种技术并没有普遍流行。但是现在这种主动式旋转头灯再次被人们提起，并且将会比以前具有更好的应用。

Audi先进的头灯照明系统（AFS）在汽车中的应用被寄予厚望。事实上，这一技术的最基本的照明系统（角灯照明系统）已经用在Audi A8豪华汽车和其它的一些汽车上。但是所提到的这种系统更有意思的是：它们甚至在汽车开始拐弯以前就已经可以照到周围的拐角。

在Audi系统中，侧面照明主要取决于转向角，不过，它同时还与汽车的速度有关。例如，当汽车行驶在高速公路上时和在市区时。

当相应的输入信号进入到系统（包括GPS），前灯自动的改变光束宽度、角度和范围，目前所销售的豪华汽车几乎都装配了GPS导航系统，因此这一系统非常可行，而且该系统的安全性能是显著的。

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5.2 HELLA公司智能化前照灯系统

HELLA运用高压气体放电集成远光的双氙气前照灯批量生产已经成熟。在此基础上，该公司面将来新开发出动态转弯灯。动态转弯灯是智能化前照灯系统的一个重要组成部分，这项新技术极大的提高了驾车的安全性和舒适性。

动态转弯灯的特点是在不同的转弯半径下，该前照灯能够在水平+/-150之内摆动，这是的转弯时近光灯照亮区域几乎扩大了1倍，以帮助驾车者更好更快的适应弯道路况。当转弯半径为190米时，普通前照灯可照亮前方弯道30米处，而动态转弯灯可将照亮弯道区域再延长25米。在激活远光灯功能时，动态转弯灯同样发挥作用。 5.3 BMW pixel light照明系统

BMW象素照明系统（pixel light system），这是德国汽车制造商不久前开始研究的技术，采用480,000个独立控制的显微镜片取代传统的发射镜，光束的形状完全可以通过编程来实现。

但是，德国汽车制造商BMW公司正在研究的前灯系统甚至更先进，这就是所谓的“pixel headlights”系统，它采用了采用480,000个独立控制的显微镜片取代了传统的发射镜功能。这种方法形成的前灯光柱形状完全符合驾驶者的驾驶条件，同时还不会产生耀眼的远光照明。并且在拐弯、城市、高速公路和恶劣天气时具有独特的照明效果，另外，它的附属光还可以照亮道路标志。

BMW Pixel light前灯系统可以给驾驶者提供特别的提示、警告信息该系统同时还可以给驾驶者提供特别的提示、警告信息，例如左转时光束显示出

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相应的左转箭头指示信息。

不过，对于这些前灯系统技术上的突破，一个非常有意思的障碍就是立法，因为上面所提到的系统在很多国家中事实上是不允许使用的、非法的。

旋转的前灯可以明显扩展夜间的可视范围，在这里所提到的系统中，传统的近光灯在曲率半径为190米拐弯时，照射范围为30米，而旋转前灯的照射范围会增加25米，达到了55米

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第六章 汽车上新技术应用

6.1 尾灯

虽然没有象前灯的发展那样引人关注，但尾灯系统同样发生了巨大的变化。

其中的一个方面是智能化，就是使汽车尾灯自动的执行工作，改善于其它道路使用者之间的交流功能。例如，如果频繁的忘记关闭或者误用雾灯就会自动的由尾灯取代，不过这还要取决于具体天气条件。

用于照明系统中的传感器会探测透镜周围的环境状况、污染物，甚至速度和交通信息。当有汽车尾随时，输入信息经分析后，尾灯的工作方式自动改为“有雾”状态，减少尾灯的亮度，避免车祸的发生。通过采用脉冲宽度调整LED，尾灯的亮度可以很轻易的以低成本的方式实现在很大的范围内的改变。

另外一种智能技术是紧急刹车后，自动紧急后灯就会亮起（这种技术在一些汽车中已经实现，不过是在安全气囊打开后）。

通过采用LED矩阵，尾灯的形状和亮度可以相应的改变。这种方法还提供白天和夜间的model-to-model改变及软件驱动改变。

如果LED矩阵用于尾灯，现在尾灯已确定的形状将来可能不会再延续下去，他们的形状可以由软件命令来确定和改变，这有可能取决于法律的规（刹车灯和指示灯）。例如，刹车灯与倒车灯可以变成不同形状。

最后，刹车灯的照量范围也可以由汽车行驶速度的快慢来决定。BMW概念车X-Coupe已经采用该技术，在开始刹车时，刹车灯只有外围亮。随着踏板压力的不断增加，照明的范围逐渐的闲内延伸，全刹车时，整个区域被照

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亮。

6.2 内部照明

随着消费者对汽车舒适性要求的提高，汽车制造商不断开发新技术以缓解汽车行驶中的驾驶者和乘客之间的心理压力，内部照明技术也随之更加先进。Audi A8在门套、把手（内、外）、门饰及驾驶者放腿脚的搁脚空间footwells）等地方都安装了相应的照明灯。

Mercedes 和Volvo汽车现在开始安装外部照明入口，当遥控车门时可以打开相应的照明系统。这是一种非常有效的方法，可以便捷的打开辅助照明系统，预计可能很快也可以在其他的汽车上看到。

与此同时，光纤导光管也开始在汽车内部照明系统中使用。

另外，还要考虑到内部照明系统对驾驶者和乘客的心理方面的影响。例如Audi公司建议在晚上和较黑的环境中时，内部照明系统应该营造出一种安宁的氛围。当汽车在夜间停止行驶和驾驶者离开汽车时，EL条可以朦胧的照射车门。

这种所谓的“心理”方式已经在Mercedes SL系列汽车上开始应用，包括：

照亮汽车驾驶者和乘客搁脚空间，产生一种广阔空间的舒适感觉；车门把手凹陷的夜间照明灯点燃，有助于黑暗中乘客的开门；汽车后视镜中央安装有综合照明灯，可以发出温和的光。

为了确保良好的状态，SL系列的汽车上装有一个特别的传感器来探测周围光的亮度，测定的信息传送到控制模块，最终决定内部的光亮强度。

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第七章 结论

综上所述，将来的汽车照明系统的前景是令人兴奋的。先进的前灯、可变亮度的尾灯和更人性化的内部照明系统是全新的汽车照明技术，在不久的将来我们就会看到它们的应用。

在未来的技术高速发展的时代，汽车电子技术将会走向一个更加全新的变化。 汽车电子技术的应用将会走向一个全新的理念，将会是朝着适应人们的生活理念的发展，走向安全化、绿色通道、智能化、通讯化和信息化的发展。与此同时汽车电子技术的告诉发展将在照明系统中有全新的的发展，照明系统也将会运用更为尖端的点在技术。更为良性和安全，绿色和智能化的材料和技术 将会运用到照明系统，更甚至是汽车的各个组件。这样的发展与应用将会是电子技术的一个飞跃，当然将会带动汽车世界的一个更为优越的发展与变化。在未来的汽车照明系统前景是令人兴奋的，更为先进和人性化的汽车前照灯和内部饰灯将会在汽车上使用。面对国际社会汽车行列的激烈竞争与压力，从而加速我国的汽车行业的发展。中国的汽车市场也将发生格局性的变化。为了要适应汽车市场的发展，满足汽车的需要装配。特别是在照明系统方面，不仅要加快现有的照明能源的开发，而且的是对于对于卤素H1、H9一系列灯具的生产应用及开发，更重要的是努力开发金属卤化物能源。这样不仅有利于汽车灯具的迅速发展，同时加快了汽车市场的进程。更为汽车行业的企业及单位提供发展空间与领域。未来的汽车照明将会出现辉煌的景象。

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致 谢

对于我一个专科学生而言，学习汽车检测与维修技术这门课程。在大学里的三年生活中不仅有专业课老师的认真授课，而且平时的热心辅导与讲解。这使我的专业课知识有的很大的提高，还使我的知识与能力的提高。为今后面向社会和单位工作的提高打下了坚实的基础，我感谢这些老师的教育与培养。

当我拿到论文题目的时候在我的论文导师吴伟鹏老师的认真讲解和分析下，我逐渐了解论文的方向和基本的格式。在汽车照明系统中电子技术的新应用，吴老师推荐我去找各种文献资料。从各个方面去对我的论文进行分析与研究。值得一提的是吴老师的认真与仔细，很有耐心的教导。当我在第一次论文很多失误，他认真的指导我各个方面使我很有信心完成自己的论文。 此外本论文的完成除了吴老师的认真指导，还要感谢系里的王稳老师等。给我提供了宝贵的意见和指导，在此我感谢这些老师们对我的认真培养与指导！并祝你们工作顺利！

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参考文献

[1] 中国期刊文献朱学璋《电子在汽车上的运用》[J];《汽车电器》;1980年02期

[2] 朱维涛《汽车前照灯系统光学设计方法研究》[J].仪器仪表学报,2005,26(9):971-974.

[3] 房旭、姚勇、刘军等《智能汽车前照灯系统(AFS)》研究[J].《天津汽车》,2006,(4):17-20.

[4] 齐志鹏《汽车传感器和执行器的原理与检修》[M].北京:人民邮电出版社,2002.

[5] 王旭东《电力电子技术在汽车中应用》。机械工业出版社，2010.6 [6] 陈道军,韦荣敏.现代汽车运输企业管理学。长沙:湖南科学技术出版社

[7] 徐德谦.交通决策参考。北京：中国公路杂志社 [8] 仁科社.交通运输系统规划。北京：人民交通出版社 [9] 胡宁.范钦满.汽车文化。北京：理工大学出版社

[10] 陈道军,韦荣敏.现代汽车运输企业管理学。长沙:湖南科学技术出版社

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毕业设计（论文）成绩审批表

指导教师评阅意见： 论文的创新点和特点： 存在的主要问题： 指导教师（签字）： 年 月 日 辩小组评语及成绩评定: 小组组长（签字）： 年 月 日 系（院）审定意见： 负责人（签字）： （加盖公章） 年 月 日

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