鄭月楠

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汽車前照燈智能化控制

鄭月楠

普遍用于現(xiàn)代轎車的前照燈智能控制系統(tǒng)具有根據(jù)需要自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光、自動(dòng)開閉及延時(shí)關(guān)閉近光燈，自動(dòng)調(diào)整前照燈照射角度等功能。本文詳細(xì)分析了前照燈自動(dòng)變光、自動(dòng)點(diǎn)亮及延時(shí)關(guān)閉、自適應(yīng)調(diào)整等系統(tǒng)的組成、控制方法及原理，闡述了前照燈更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向。

前照燈智能控制；自動(dòng)變光；自動(dòng)點(diǎn)亮；延時(shí)控制； 自適應(yīng)調(diào)整

目前，我國(guó)汽車保有量迅猛增加、駕駛員數(shù)量日益增長(zhǎng)且駕駛水平參差不齊、交通事故發(fā)生率居高不下，汽車前照燈智能控制系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛的狀態(tài)、道路的情況以及外界環(huán)境的狀況自動(dòng)改變前照燈的工作狀態(tài)，產(chǎn)生適合當(dāng)前駕駛環(huán)境的燈光照射模式，給駕駛員提供更合理的視野范圍，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高汽車行駛的安全性和方便性，對(duì)于提高行車安全性具有重要意義。[1]常見的汽車前照燈智能控制功能有前照燈自動(dòng)變光，自動(dòng)點(diǎn)亮及延時(shí)控制、自適應(yīng)調(diào)整等。

1 自動(dòng)變光系統(tǒng)

前照燈自動(dòng)變光系統(tǒng)可根據(jù)迎面來車的燈光強(qiáng)度自動(dòng)將本車的遠(yuǎn)光變成近光，避免了給對(duì)方駕駛員造成炫目，會(huì)車后在對(duì)向無來車的情況下再自動(dòng)恢復(fù)遠(yuǎn)光，提高行車安全性。系統(tǒng)主要由感光器單元(光敏電阻和放大器)、靈敏度調(diào)節(jié)器、遠(yuǎn)近光繼電器、變光開關(guān)組成，如圖1所示。

圖1 前照燈自動(dòng)變光系統(tǒng)組成

感光器單元一般裝在通風(fēng)柵后面，散熱器前面或擋風(fēng)玻璃后的儀表板上等位置，4個(gè)端子分別對(duì)應(yīng)圖2的搭鐵，靈敏度調(diào)節(jié)器、電源、控制信號(hào)。其內(nèi)部(圖2)有一個(gè)光敏電阻RG感受對(duì)面來車的光線強(qiáng)度，當(dāng)周圍環(huán)境黑暗時(shí)RG阻值增大，當(dāng)對(duì)面來車光線照在RG上時(shí)其阻值減小，RG阻值的變化影響V1處電位變化，放大器IC通過比較V1電位大小發(fā)出信號(hào)控制VT1導(dǎo)通或截止，經(jīng)過4號(hào)端子控制遠(yuǎn)近光繼電器線圈的搭鐵。[2]

圖2 自動(dòng)變光系統(tǒng)感光器單元

遠(yuǎn)近光繼電器是一個(gè)單臂雙位繼電器，當(dāng)其線圈不通電時(shí)，觸臂接通近光燈觸點(diǎn)點(diǎn)亮近光燈；線圈通電時(shí)，觸臂被吸向接通遠(yuǎn)光燈的觸點(diǎn)，遠(yuǎn)光燈點(diǎn)亮。

靈敏度調(diào)節(jié)器裝在燈光開關(guān)旁邊由駕駛員擰旋鈕控制，主要由電位計(jì)和指示燈組成。其中的電位計(jì)接入感光器單元的2號(hào)端子，其阻值的變化影響著V1電位。當(dāng)接入感光器單元的阻值增大時(shí)，則靈敏度增高，對(duì)面車較遠(yuǎn)時(shí)前照燈即由遠(yuǎn)光變?yōu)榻?；反之靈敏度降低，要等到對(duì)面車較近時(shí)前照燈才由遠(yuǎn)光變?yōu)榻狻Ｗ児忾_關(guān)處于自動(dòng)擋位時(shí)，指示燈通電點(diǎn)亮表示自動(dòng)變光狀態(tài)，當(dāng)把靈敏度旋鈕逆時(shí)針方向擰到底時(shí)，系統(tǒng)切換為手動(dòng)變光狀態(tài)，此時(shí)指示燈后的開關(guān)由通變?yōu)閿?，指示燈熄滅的同時(shí)將遠(yuǎn)近光繼電器線圈直接搭鐵，遠(yuǎn)光燈點(diǎn)亮。此時(shí)若想變?yōu)榻?，只需將變光開關(guān)打到近光檔切斷自動(dòng)變光系統(tǒng)電源，使遠(yuǎn)近光繼電器線圈斷電從而接通近光燈。

2 自動(dòng)點(diǎn)亮及延時(shí)控制系統(tǒng)

前照燈自動(dòng)點(diǎn)亮及延時(shí)控制系統(tǒng)可在環(huán)境亮度降低到一定程度時(shí)，自動(dòng)點(diǎn)亮前照燈和外部照明燈，為自身照明和警示其他車輛或行人；在駕駛員熄火并關(guān)閉前照燈后仍繼續(xù)延時(shí)照明一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅，為駕駛員離開黑暗停車場(chǎng)所提供照明，這一功能又稱為“伴我回家”功能。[3]系統(tǒng)主要由光電池和放大器單元、功率繼電器、延時(shí)調(diào)節(jié)器等部分組成，如圖3所示。

圖3 前照燈自動(dòng)點(diǎn)亮及延時(shí)控制系統(tǒng)組成

2.1 自動(dòng)點(diǎn)亮功能

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)亮前照燈功能一般要滿足以下三個(gè)條件：點(diǎn)火開關(guān)處于IG檔，燈光開關(guān)處于off檔，周圍環(huán)境亮度低于一定程度。光電池用來感受外界環(huán)境的亮度，一般裝在儀表里，在環(huán)境亮度降低時(shí)其電阻值增大。圖3中，當(dāng)放大器接收到點(diǎn)火開關(guān)接通的B+信號(hào)，且光電池電阻增大到預(yù)定值時(shí)，放大器將來自車燈開關(guān)的火線與功率繼電器的線圈接通，吸合連接遠(yuǎn)近光繼電器及前照燈和外部照明燈的兩個(gè)觸點(diǎn)，使來自蓄電池的電流同時(shí)點(diǎn)亮前照燈和外部照明燈。[4]當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)斷開或光電池電阻減小到一定程度時(shí)，放大器又切斷功率繼電器的電源熄滅前照燈和外部照明燈。

2.2 延時(shí)控制功能

啟動(dòng)延時(shí)控制功能一般要滿足的條件是：點(diǎn)火開關(guān)處于off檔，燈光開關(guān)處于off檔，延時(shí)調(diào)節(jié)器接通。延時(shí)調(diào)節(jié)器是一個(gè)電位計(jì)和開關(guān)，用于發(fā)信號(hào)給放大器單元以啟用延時(shí)控制功能并設(shè)定延時(shí)控制的時(shí)間長(zhǎng)短，多數(shù)安裝在車燈開關(guān)上，有的裝在儀表板上。當(dāng)駕駛員斷開點(diǎn)火開關(guān)和車燈開關(guān)，接通延時(shí)調(diào)節(jié)器時(shí)，光電池和放大器單元收到來自延時(shí)調(diào)節(jié)器的信號(hào)而啟動(dòng)放大器里的定時(shí)器，將來自車燈開關(guān)的火線與功率繼電器的線圈接通，使前照燈和外部照明燈繼續(xù)點(diǎn)亮電位計(jì)所設(shè)定的時(shí)間，設(shè)定的時(shí)間一到放大器便切斷功率繼電器的電源，前照燈和外部照明燈隨之熄滅。

3 自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)

自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)主要包括前照燈上下方向自動(dòng)調(diào)整和左右方向自動(dòng)調(diào)整兩種功能。該系統(tǒng)會(huì)根據(jù)車輛負(fù)載的變化，在車輛前俯或后仰時(shí)自動(dòng)調(diào)整上下照射角度，確保照射高度在合適范圍內(nèi)，既達(dá)到良好的照明效果又不會(huì)對(duì)迎面車輛司機(jī)造成炫目；在車輛進(jìn)入彎道前，系統(tǒng)還能跟隨地形變化改變左右照射角度照亮彎道，大大拓寬夜間行車視線范圍，提高行駛安全性。[1]系統(tǒng)組成如圖4，主要包括傳感器、中央處理器、執(zhí)行電機(jī)、CAN總線等。

圖4 自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)組成

3.1 傳感器

傳感器主要包括車身高度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，常用的類型均為光電式。

系統(tǒng)利用車身高度傳感器測(cè)定前、后軸位置到地面的距離差得出車輛的傾斜角度信號(hào)，從而調(diào)整前照燈上下照射角度，一般在左前輪和左后輪內(nèi)側(cè)各裝一個(gè)。傳感器的主體部分裝在車身上，傳感器的連桿與車橋或減震器下支架相連接，如圖5所示，當(dāng)車身高度發(fā)生變化時(shí)，連桿就隨著上下擺動(dòng)。傳感器內(nèi)部有一個(gè)靠連桿帶動(dòng)的傳感器軸和一個(gè)固定在軸上隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤，在圓盤上有多個(gè)窄槽用來遮光；在傳感器內(nèi)部還有四組光電器件，由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，分布在圓盤的兩側(cè)；圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)可使發(fā)光二極管和光敏三極管之間時(shí)而透光時(shí)而被遮住，從而使光敏三極管的輸出信號(hào)發(fā)生 ON、OFF 變換，根據(jù)四組信號(hào)的不同組合系統(tǒng)就可以檢測(cè)出圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度判斷前后車身高度。

圖5 車身高度傳感器

在汽車進(jìn)入彎道時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器測(cè)得的方向盤轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)角信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整前照燈的左右照射方向，照亮車輛即將行駛到的前方路面 。圖6是一種光電式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，在壓入轉(zhuǎn)向軸遮光盤上均勻分布有一定數(shù)量的窄槽，遮光盤的兩端分別有兩個(gè)發(fā)光二極管和兩個(gè)光敏三極管，組成兩對(duì)光電耦合器(信號(hào)發(fā)生器)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)遮光盤旋轉(zhuǎn)，使兩個(gè)光電耦合器輸出 ON/OFF變換的信號(hào)，系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)的數(shù)量測(cè)得方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，由于兩個(gè)光電耦合器信號(hào)變換的相位錯(cuò)開約90°，所以通過檢測(cè)哪個(gè)光電耦合器 ON信號(hào)超前，就可以檢測(cè)出轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

3.2 中央處理器及執(zhí)行元件

中央處理器用于收集傳感器信號(hào)，根據(jù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算、判斷的結(jié)果，輸出控制脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(執(zhí)行元件)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)一定的步數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)前照燈上下或左右方向的調(diào)整，左右前照

燈各需要兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)控制垂直方向的調(diào)整，另一臺(tái)控制水平方向的調(diào)整，[5]如圖7所示。

圖6 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

圖7 自適應(yīng)前照燈總成

4 結(jié)束語(yǔ)

前照燈自動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)前照燈燈光更加智能化的調(diào)節(jié)，為駕駛員提供更合理、更及時(shí)的照明條件，已被普遍用于中高檔轎車上。隨著科技的進(jìn)步和人們對(duì)于駕駛安全性和舒適性的要求不斷提高，汽車前照燈自動(dòng)控制系統(tǒng)正在向著更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化，更加安全可靠、環(huán)保節(jié)能，更加便于普及的方向發(fā)展。

[1] 宋朋朋.汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2012.

[2] 劉孝恩.汽車前照燈自動(dòng)變光技術(shù) [J].光電技術(shù)應(yīng)用，2010，25(2)：45-47.

[3] 李俄收，王遠(yuǎn)，吳文民.現(xiàn)代汽車前照燈控制系統(tǒng)綜述[J]. 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2010，37(4)：4-7.

[4] 孫家豪.福特轎車前照燈燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)[J]. 汽車電器，2007，(8)：46-47

[5] 宋波艦.東風(fēng)雪鐵龍C5轎車隨動(dòng)轉(zhuǎn)向前照燈工作原理[J]. 汽車電器，2012，(4):18-22.

責(zé)任編輯：劉海濤

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1673-1794(2016)05-0082-03

鄭月楠，安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師(合肥 230051)。

2014-07-18