摘 要：前照燈水平調(diào)節(jié)裝置是現(xiàn)代汽車中常見的裝置之一，其電路設(shè)計如果不正確，則會導(dǎo)致調(diào)節(jié)裝置在長時間使用之后發(fā)生損壞，造成前照燈燈光高度不正確。鑒于此，對失效的零件進行了分析及模擬驗證，找到了問題發(fā)生的根本原因，從而優(yōu)化了設(shè)計，為后續(xù)電路設(shè)計提供了良好借鑒。

關(guān)鍵詞：前照燈;調(diào)節(jié)裝置;失效;設(shè)計

0? ? 引言

汽車前照燈是汽車上的一個重要設(shè)備，其能夠在能見度較低的情況下或者夜間為駕駛員提供較好的照明效果。汽車使用過程中，在滿載和空載的情況下，前照燈燈光的照射高度并不一致，如果不對燈光進行調(diào)節(jié)，則有可能導(dǎo)致對向駕駛員炫目，從而引起交通事故。因此，汽車前照燈均配有燈光水平調(diào)節(jié)裝置，用來確保汽車在各種狀態(tài)下其燈光的正確性。

目前車燈行業(yè)的燈光調(diào)節(jié)裝置一般分為兩種：手動調(diào)節(jié)、自動調(diào)節(jié)。手動調(diào)節(jié)裝置是車主通過調(diào)節(jié)開關(guān)對燈光的高度進行調(diào)節(jié);自動調(diào)節(jié)裝置是根據(jù)車輛的負(fù)載以及行駛狀態(tài)進行自動調(diào)節(jié)，自動調(diào)節(jié)裝置根據(jù)使用的電機又可分為直流電機調(diào)節(jié)系統(tǒng)和步進電機調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

某個平臺的車輛大燈配置為氙氣大燈，使用的是自動調(diào)節(jié)裝置中的直流電機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在長時間使用后，售后市場上有客戶反饋燈光高度偏高并且無法調(diào)節(jié)燈光高度，同時前照燈還會發(fā)出較大的噪聲，影響車輛的駕駛舒適度。筆者基于售后市場退回的零件進行分析，找到了問題發(fā)生的根本原因，并進行了優(yōu)化改善。

1? ? 前照燈自動調(diào)節(jié)的原理

前照燈自動調(diào)節(jié)裝置由前照燈調(diào)節(jié)電機、控制器（前照燈水平調(diào)節(jié)模塊）和傳感器（前后車輛高度傳感器）組成。如圖1所示，在汽車左前、左后、右前、右后各安裝1個傳感器，主要用于檢測車輛底盤的高度信息，再將高度信息轉(zhuǎn)化成電信號輸出給車輛控制器;車輛控制器在得到傳感器輸入的信號之后進行對比計算，然后輸出信號電壓給前照燈調(diào)節(jié)裝置。

前照燈調(diào)節(jié)電機中包含內(nèi)部電路板、馬達、調(diào)整桿以及齒輪機構(gòu)。前照燈收到車輛控制器傳輸?shù)男盘栯妷汉?，通過內(nèi)部電路與輸入的電源電壓進行對比分析。如果信號電壓與電源電壓的比值發(fā)生變化，則會輸出信號讓馬達進行正反轉(zhuǎn)，通過齒輪機構(gòu)驅(qū)動調(diào)整桿進行前進或后退運動，進而使前照燈的燈光高度發(fā)生變化。

2? ? 失效零件分析

2.1? ? 前照燈總成分析

筆者在獲得售后市場退回的前照燈后，進行了初步的問題確認(rèn)。首先將售后市場退回的燈具安裝在驗證車輛上，然后由專業(yè)的駕駛?cè)藛T通過前照燈燈光調(diào)整線，發(fā)現(xiàn)燈光高度調(diào)節(jié)無法通過檢測線;并且調(diào)節(jié)前照燈外部的調(diào)整螺母后，還是無法通過檢測線。駕駛員同時反饋在駕駛室內(nèi)聽到異常的聲音，經(jīng)過確認(rèn)，聲音來源于售后市場退回的前照燈內(nèi)部。

在整車上驗證完成之后，將失效零件返回給前照燈制造廠商進行單燈級別的確認(rèn)。將問題燈具放置在整燈安裝線的調(diào)光設(shè)備上進行觀察，發(fā)現(xiàn)失效零件的燈光高度高于出廠設(shè)置的高度，并且通過前照燈外置的燈光調(diào)節(jié)螺母無法調(diào)節(jié)燈光的高度，如圖2所示。與此同時，發(fā)現(xiàn)失效件接通電源后持續(xù)有異常的聲音。

隨后將前照燈總成拆開進行分析。拆開后發(fā)現(xiàn)，燈光調(diào)節(jié)電機的調(diào)整桿突出異常，如圖3所示。再次接通電源后發(fā)現(xiàn)，調(diào)整桿在持續(xù)向前運動，無法回退到正常的位置狀態(tài)，且與對手件摩擦，發(fā)出噪聲。

結(jié)論：燈光調(diào)節(jié)電機內(nèi)部的調(diào)整桿在不正確的位置，導(dǎo)致燈光偏低或偏高;并且與周邊的零件發(fā)生摩擦，發(fā)出異常聲音。

2.2? ? 燈光調(diào)節(jié)電機分析

對失效的燈光調(diào)節(jié)裝置進行了物理檢查和內(nèi)部電子元器件的檢查，以判斷問題發(fā)生時各個零部件的情況。

物理檢查：將失效的燈光調(diào)節(jié)電機拆開進行檢查，發(fā)現(xiàn)調(diào)整桿已經(jīng)脫出電機殼體，并且調(diào)整桿末端卡扣斷裂，如圖4所示。

電子元器件檢查：在研究電路板上的元器件時，發(fā)現(xiàn)電路板上的集成電路（也稱為IC）存在被燒毀的情況，如圖5所示。有些零件是整個IC被燒毀，有些則是內(nèi)部PIN腳被燒毀。

IC工作原理：如圖6所示，當(dāng)PIN2與Q1連接斷路時，H橋無法驅(qū)動馬達正轉(zhuǎn)，調(diào)光電機只能向內(nèi)縮進;當(dāng)PIN7與Q2連接斷路時，H橋無法驅(qū)動馬達反轉(zhuǎn)，調(diào)光電機只能向外伸出;當(dāng)PIN5與Q3、Q4連接斷路時，H橋無法驅(qū)動馬達正反轉(zhuǎn)，調(diào)光電機無法運動;PIN3及PIN6位于H橋的輸出端，若發(fā)生異常情況，調(diào)光電機缺陷模式不確定，但是它們均會影響電壓的輸出;PIN1為反饋電壓輸入端，PIN8為信號電壓輸入端，若發(fā)生異常，信號電壓與反饋電壓無法比較輸出，則調(diào)光電機無法調(diào)節(jié)。

結(jié)論：電路內(nèi)的IC失效時，調(diào)節(jié)電機內(nèi)部的馬達持續(xù)工作，致使調(diào)整桿位置異常，從而導(dǎo)致前照燈燈光高度的異常并產(chǎn)生噪聲。

3? ? 整車測量與分析

在整車電路中，前照燈水平調(diào)節(jié)電機總共有兩個輸入端、一個輸出端。兩個輸入端分別接的是整車蓄電池輸入電壓（電源電壓）V1和車輛水平調(diào)節(jié)模塊輸入電壓（信號電壓）V2，輸出端接地（電源接地），如圖7所示。電機的運動由輸入電機的電壓比（V1/V2）來控制，當(dāng)輸入電壓V1與輸入電壓V2之間的比值E發(fā)生變化時，前照燈水平調(diào)節(jié)電機則會工作，進行前照燈的水平高度調(diào)節(jié)。

3.1? ? 整車測量

選取一臺前照燈燈光高度正常的車輛，在車輛正常工作狀態(tài)下使用示波器進行測量，同時測量電池輸入的電源電壓、車輛控制器輸入的信號電壓以及接地線的電流。打開車載空調(diào)后，從圖8所示測量結(jié)果可以看出，電池輸入的電源電壓在不停波動，波動范圍在10～14 V，而車輛控制器輸入的信號電壓穩(wěn)定在10 V，輸入電機的電壓比值持續(xù)變化，調(diào)平電機內(nèi)部的馬達在不停地正反轉(zhuǎn)（輸出電流的波動也意味著電機內(nèi)部的馬達在不停運動）。

3.2? ? 前照燈水平調(diào)節(jié)電機模擬分析

從整車的測量結(jié)果可以看出，電池的輸入電壓在高頻波動，導(dǎo)致輸出電流的高頻波動，故可通過模擬高頻電壓振動來模擬整車的情況。

實驗條件：在室溫環(huán)境下，使用18 V的電壓，頻率為25 Hz和0.1 Hz，每0.5 h切換一次（從25 Hz切換為0.1 Hz），時間共計360 h。

實驗結(jié)果：在異常的工作條件下，IC會持續(xù)輸出驅(qū)動電壓到馬達端，馬達工作后內(nèi)部產(chǎn)生熱量。如圖9所示，當(dāng)IC溫度達到160 ℃時，IC關(guān)閉馬達輸出電壓;當(dāng)IC溫度降低到140 ℃時，IC恢復(fù)馬達輸出，如此反復(fù)，IC在短時間內(nèi)自身溫度無法完全下降，持續(xù)循環(huán)之后在自身溫度不斷升高的高溫狀態(tài)下燒毀，與售后市場上反饋的失效情況一致，如圖10所示。

3.3? ? 整車驗證

檢查整車電路圖發(fā)現(xiàn)，前照燈水平調(diào)節(jié)電機與空調(diào)共用一個接地。將空調(diào)接地端斷開后，再測量電池和調(diào)平模塊輸入給前照燈水平調(diào)節(jié)電機的電壓，如圖11所示。

結(jié)論：在水平調(diào)節(jié)裝置的接地端去除空調(diào)之后，電池輸入的電壓保持穩(wěn)定，沒有發(fā)生高頻波動。

4? ? 結(jié)語

在整車電路設(shè)計過程中，如果將前照燈水平調(diào)節(jié)電機的接地端直接連接到蓄電池，并且接地端與其他大功率電器共用接地端子，那么當(dāng)發(fā)動汽車之后，其他用電器開始工作，這時蓄電池的輸出電壓受到其他用電器的影響，會呈現(xiàn)出高頻振動的情況。此時兩個輸入電壓的比值一直在波動，調(diào)平電機內(nèi)部電路板上的IC會持續(xù)輸出信號給馬達，且溫度持續(xù)升高，最終導(dǎo)致IC燒毀;同時，調(diào)平電機內(nèi)部的馬達一直工作，造成汽車前照燈燈光高度出現(xiàn)問題且無法調(diào)節(jié)。

因此，在整車電路設(shè)計過程中，不能將前照燈調(diào)平電機電池電壓接地端子與其他大功率用電器同時共用。一般較為完美的設(shè)計是前照燈水平調(diào)節(jié)電機的兩個電壓輸入端均接在控制模塊上，從而避免輸入信號不穩(wěn)定導(dǎo)致的調(diào)平電機燒毀。

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收稿日期：2021-03-03

作者簡介：楊李平（1991—），男，江蘇泰州人，助理工程師，研究方向：汽車零部件。