韓慶福， 韓大偉， 范安軍， 徐成竹， 張龍中

（北京福田戴姆勒汽車(chē)有限公司， 北京 101400）

1 前言

隨著車(chē)輛智能輔助駕駛應(yīng)用程度的提高， 人們對(duì)車(chē)輛自動(dòng)化控制的要求也越來(lái)越高。 針對(duì)車(chē)輛傳統(tǒng)雨刮系統(tǒng)，通過(guò)人為判斷前擋風(fēng)玻璃承受落雨量之模糊程度， 再以手動(dòng)方式調(diào)整雨刷對(duì)應(yīng)的操作開(kāi)關(guān)， 在某些場(chǎng)景下， 手動(dòng)操作雨刮控制系統(tǒng)有可能會(huì)使駕駛員手忙腳亂， 有可能會(huì)給車(chē)輛的行駛安全帶來(lái)隱患。 因此， 車(chē)輛智能雨刮、 燈光控制系統(tǒng)， 對(duì)車(chē)輛行駛安全尤為重要。

車(chē)輛自動(dòng)雨刮系統(tǒng)可以免除駕駛員手動(dòng)操作雨刮開(kāi)關(guān)的麻煩， 有效提高行車(chē)的安全性及汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的可靠性；車(chē)輛自動(dòng)燈光控制系統(tǒng)免除駕駛員手動(dòng)操作燈光開(kāi)關(guān)的麻煩， 當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入車(chē)庫(kù)、 隧道等光線變暗的地方時(shí)， 自動(dòng)燈光感應(yīng)系統(tǒng)將自動(dòng)開(kāi)啟車(chē)燈， 出來(lái)光線變亮的地方時(shí)將自動(dòng)關(guān)閉車(chē)燈。 為此， 加裝自動(dòng)雨刮、 燈光系統(tǒng)， 為目前各主機(jī)廠的開(kāi)發(fā)方向， 且自動(dòng)雨刷系統(tǒng)也將為車(chē)輛智能輔助駕駛提供基礎(chǔ)條件。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基于雨量光線傳感器開(kāi)發(fā)的雨刮、 燈光智能控制系統(tǒng)（圖1）， 包括雨量光線傳感器 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)RLS）、 車(chē)身控制器、 儀表、 雨刮電機(jī)、 雨刮連桿系統(tǒng)、 雨刮組合開(kāi)關(guān)、 燈光組合開(kāi)關(guān)、 前照燈和后尾燈。 雨刮組合開(kāi)關(guān)、 燈光組合開(kāi)關(guān)與車(chē)身控制器的輸入口相連接， 雨量光線傳感器通過(guò)LIN線與車(chē)身控制器相連接， 儀表通過(guò)CAN總線與車(chē)身控制器相連接， 雨刮電機(jī)、 前照燈和后尾燈與車(chē)身控制器的輸出口相連接。

圖1 雨刮燈光智能控制系統(tǒng)

雨量光線傳感器采集計(jì)算雨量大小、 光照強(qiáng)度大小，轉(zhuǎn)化成雨刮指令及燈光開(kāi)啟指令通過(guò)LIN總線發(fā)送給車(chē)身控制器， 車(chē)身控制器根據(jù)雨刮指令進(jìn)行自動(dòng)雨刮的相關(guān)控制動(dòng)作， 同時(shí)根據(jù)雨刮組合開(kāi)關(guān)的手動(dòng)雨刮指令信號(hào)進(jìn)行雨刮的間歇、 低速、 高速的動(dòng)作。 車(chē)身控制器根據(jù)燈光開(kāi)啟指令進(jìn)行自動(dòng)燈光的相關(guān)控制， 開(kāi)啟位置燈和近光燈， 同時(shí)根據(jù)燈光組合開(kāi)關(guān)的手動(dòng)燈光指令進(jìn)行位置燈、 近光燈或遠(yuǎn)光燈的相關(guān)控制， 以實(shí)現(xiàn)雨刮、 燈光的自動(dòng)和手動(dòng)控制。 儀表顯示雨刮燈光控制系統(tǒng)的相關(guān)零部件故障， 以提醒用戶及時(shí)地進(jìn)行維護(hù)。

3 技術(shù)方案

3.1 雨量光線傳感器的開(kāi)發(fā)

3.1.1 自動(dòng)燈光請(qǐng)求功能原理

自動(dòng)燈光功能請(qǐng)求的實(shí)現(xiàn)， 通過(guò)使用環(huán)境光敏二極管感知外界環(huán)境光的變化情況， 隨著外界光線的變化， 環(huán)境光敏二極管采樣電壓也隨之變化， RLS根據(jù)采樣電壓判定外界的環(huán)境光光照強(qiáng)度， 并根據(jù)程序的控制策略向車(chē)身控制器發(fā)出相應(yīng)的位置燈、 近光燈照明指令信號(hào)。

自動(dòng)燈光請(qǐng)求功能系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 自動(dòng)燈光請(qǐng)求框圖

自動(dòng)燈光請(qǐng)求功能應(yīng)能識(shí)別的環(huán)境有以下幾種， 見(jiàn)表1。

表1 場(chǎng)景識(shí)別

自動(dòng)燈光請(qǐng)求功能控制策略： ①RLS光照模塊能正確識(shí)別白天、 隧道、 車(chē)庫(kù)和黑夜等幾種情況； ②RLS光照模塊感知到可見(jiàn)環(huán)境光亮度≤1000Lux時(shí)， 且延續(xù)時(shí)間大于1s時(shí)， 并且自動(dòng)前照燈AUTO開(kāi)關(guān)信號(hào)有效時(shí)， RLS通過(guò)LIN總線發(fā)送位置燈和近光燈開(kāi)啟指令信號(hào)， 請(qǐng)求車(chē)身控制器點(diǎn)亮近光燈和位置燈； ③RLS光照模塊感知到可見(jiàn)環(huán)境光亮度>1600Lux時(shí)， 且延續(xù)時(shí)間大于5.5s時(shí)， 并且自動(dòng)前照燈AUTO開(kāi)關(guān)信號(hào)有效時(shí)， RLS通過(guò)LIN總線發(fā)送位置燈和近光燈關(guān)閉指令信號(hào)， 請(qǐng)求車(chē)身控制器關(guān)閉位置燈和近光燈。

3.1.2 自動(dòng)雨刮請(qǐng)求功能原理

紅外發(fā)光二極管 （LED） 發(fā)出紅外線經(jīng)過(guò)光學(xué)元件整理形成一定入射角度的平行光束， 紅外線會(huì)在擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面產(chǎn)生全反射， 反射的紅外線經(jīng)過(guò)另一端光學(xué)元件聚焦到紅外光敏二極管 （PD） 上。 玻璃表面干燥的情況下， 默認(rèn)為發(fā)射管發(fā)出的光線是平行入射到擋風(fēng)玻璃上被最大化地反射回來(lái)， 通過(guò)光學(xué)元件匯聚后由PD接收。 當(dāng)擋風(fēng)玻璃外表面有雨滴時(shí)， 入射到擋風(fēng)玻璃上的光線被部分散射掉，反射后PD接收的光線變少， 雨量越大則反射回來(lái)的光線越少。 通過(guò)與擋風(fēng)玻璃干燥情況下接收的光線比較， 就可以得出目前擋風(fēng)玻璃上水量的多少， 進(jìn)而可以判斷出不同的雨量模式。 自動(dòng)雨刮請(qǐng)求功能系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖3。

圖3 自動(dòng)雨刮請(qǐng)求框圖

自動(dòng)雨刮請(qǐng)求功能詳述： RLS通過(guò)光學(xué)元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)感知玻璃上的水汽， 當(dāng)RLS自動(dòng)雨刮請(qǐng)求功能激活后， RLS雨量模塊通過(guò)光學(xué)元器件來(lái)識(shí)別小雨、 中雨、 大雨等不同的降水形式。 然后雨量傳感器根據(jù)感知的水量， 通過(guò)LIN總線發(fā)送相應(yīng)的刮水速度指令信號(hào)給車(chē)身控制器， 車(chē)身控制器根據(jù)刮水速度指令信號(hào)控制雨刮電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)雨刮功能。

不同雨量對(duì)應(yīng)的雨刮動(dòng)作指令以及刮水速度指令信號(hào)的值如表2所示。

表2 刮水狀態(tài)識(shí)別

1） 雨刮停止： 雨刮處于停止位置， 只要檢測(cè)到雨量，無(wú)論小雨、 中雨、 大雨， 首先進(jìn)入雨刮間歇點(diǎn)刮。

2） 雨刮點(diǎn)刮： RLS雨刮刮水速度指令間歇輸出1。 如果在5s的間隔時(shí)間內(nèi)， 只有小雨， 則維持在雨刮點(diǎn)刮中。當(dāng)檢測(cè)到中雨時(shí)， 開(kāi)始計(jì)數(shù)間隔刮次數(shù)。 根據(jù)靈敏度的不同 （由低到高）， 點(diǎn)刮3次后進(jìn)入雨刮周期刮刷， 期間若檢測(cè)到中雨則直接進(jìn)入連續(xù)低速刮刷。

3） 雨刮周期刮刷： 間隔時(shí)間根據(jù)車(chē)速和靈敏度值 （默認(rèn)值為3）， 期間若檢測(cè)到中雨則直接進(jìn)入連續(xù)低速刮刷。

4） 雨刮低速連續(xù)刮： RLS雨刮連續(xù)輸出1。 點(diǎn)刮模式遇到中雨進(jìn)入低速連續(xù)刮。 周期刮模式遇到中雨進(jìn)入到低速連續(xù)刮。 5s內(nèi)檢測(cè)到無(wú)中雨， 則退回至補(bǔ)刮。

5） 雨刮高速連續(xù)刮： RLS雨刮連續(xù)輸出2。 低速連續(xù)刮模式遇到大雨， 進(jìn)入高速連續(xù)刮模式。 5s內(nèi)檢測(cè)到無(wú)大雨， 則退回至雨刮低速連續(xù)刮。

3.2 自動(dòng)前照燈和自動(dòng)雨刮組合開(kāi)關(guān)的開(kāi)發(fā)

3.2.1 帶AUTO擋的雨刮組合開(kāi)關(guān) （圖4）

圖4 帶AUTO擋的雨刮組合開(kāi)關(guān)

1） 開(kāi)關(guān)置于OFF擋時(shí)， 雨刮系統(tǒng)關(guān)閉。

2） 當(dāng)開(kāi)關(guān)操作到 “AUTO” 時(shí)， 雨刮系統(tǒng)根據(jù)指令，自動(dòng)執(zhí)行低速、 間歇、 或高速雨刮控制； 當(dāng)雨量光線傳感器故障時(shí)， “AUTO” 擋可切換成 “INT” 擋功能執(zhí)行。

3） 當(dāng)開(kāi)關(guān)操作到 “LO” 時(shí)， 雨刮低速控制。

4） 當(dāng)開(kāi)關(guān)操作到 “HI” 時(shí)， 雨刮高速控制。

3.2.2 帶AUTO擋的燈光旋鈕開(kāi)關(guān) （圖5）

圖5 帶AUTO擋的燈光旋鈕開(kāi)關(guān)

1） 開(kāi)關(guān)置于OFF擋時(shí)， 全部燈光熄滅。

2） 當(dāng)開(kāi)關(guān)操作到“AUTO” 時(shí)， 除遠(yuǎn)光燈、前霧燈和后霧燈， 近光燈和位置燈自動(dòng)控制。

3） 當(dāng)開(kāi)關(guān)操作到“位置燈” 時(shí)， 位置燈亮起， 在該位置上可以操作前、 后霧燈， 將旋鈕上拉4mm， 前霧燈亮起， 在這基礎(chǔ)上再拉4mm， 前、 后霧燈同時(shí)亮起。

4） 當(dāng)開(kāi)關(guān)操作到 “近光燈” 時(shí)， 位置燈與近光燈同時(shí)亮起， 在該位置上可以操作前、 后霧燈， 將旋鈕上拉4mm，前霧燈亮起， 在這基礎(chǔ)上再拉4mm， 前、 后霧燈同時(shí)亮起。

3.3 車(chē)身控制器的功能開(kāi)發(fā)

根據(jù)雨量光線傳感器采集處理的數(shù)據(jù)， 車(chē)身控制器根據(jù)雨刮、 燈光指令進(jìn)行自動(dòng)雨刮、 自動(dòng)燈光控制， 其應(yīng)用層控制邏輯如下。

車(chē)身控制器應(yīng)用層的自動(dòng)雨刮控制模塊 （圖6） 用于接收來(lái)自雨刮組合開(kāi)關(guān)的AUTO擋、 雨刮低速、 雨刮高速、 雨刮間歇時(shí)間調(diào)節(jié)和雨刮噴淋的開(kāi)關(guān)信號(hào)， 控制雨刮系統(tǒng)自動(dòng)和手動(dòng)操作； 自動(dòng)燈光控制模塊 （圖7） 用于接收來(lái)自燈光組合開(kāi)關(guān)的AUTO擋、 位置燈、 近光燈、 遠(yuǎn)光燈和霧燈的開(kāi)關(guān)信號(hào)， 控制燈光系統(tǒng)的位置燈和近光燈的自動(dòng)和手動(dòng)操作。

圖6 自動(dòng)雨刮控制模塊

圖7 自動(dòng)燈光控制模塊

1） 自動(dòng)雨刮工作邏輯： 點(diǎn)火鑰匙開(kāi)關(guān)撥至ON擋， 雨刮組合開(kāi)關(guān)撥至AUTO擋時(shí)， 當(dāng)接收到雨量光線傳感器發(fā)送的CAN信息刮水速度指令連續(xù)為1時(shí)， 則車(chē)身控制器控制雨刮系統(tǒng)低速連續(xù)刮水； 當(dāng)接收到雨量光線傳感器發(fā)送的CAN信息刮水速度指令為2時(shí)， 則車(chē)身控制器控制雨刮系統(tǒng)高速連續(xù)刮水； 當(dāng)接收到雨量光線傳感器發(fā)送的CAN信息刮水速度指令周期性為1時(shí)， 則車(chē)身控制器控制雨刮系統(tǒng)間歇刮水； 當(dāng)刮水速度指令為0時(shí)， 雨刮刮水停止。 若在刮刷過(guò)程中， 雨量光線傳感器發(fā)生故障時(shí)， 保持上一次刮水狀態(tài)， 直至下一次上鑰匙電復(fù)位。 同時(shí)， 儀表顯示雨量光線傳感器故障， 提醒用戶切換到手動(dòng)雨刮操作。

2） 自動(dòng)燈光工作邏輯： 點(diǎn)火鑰匙開(kāi)關(guān)撥至ON擋， 燈光組合開(kāi)關(guān)撥至AUTO擋時(shí)， 當(dāng)接收到位置燈和近光燈工作指令均為01b時(shí)， 則車(chē)身控制器應(yīng)立即驅(qū)動(dòng)位置燈和近光燈工作。 若在工作過(guò)程中， 雨量光線傳感器發(fā)生故障時(shí)，保持上一次燈光狀態(tài)， 直至下一次上鑰匙電復(fù)位。 同時(shí)，儀表顯示雨量光線傳感器故障， 提醒用戶切換到手動(dòng)燈光操作。

4 總結(jié)

在手動(dòng)雨刮操作的基礎(chǔ)上， 增加雨刮AUTO擋開(kāi)關(guān)， 從而增加了自動(dòng)雨刮系統(tǒng)控制， 可根據(jù)不同的場(chǎng)景， 選擇控制方式， 自動(dòng)雨刮控制系統(tǒng)可以減少駕駛行駛期間分心操作動(dòng)作， 確保玻璃落雨刮除保持干凈。 在手動(dòng)組合開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上， 增加燈光AUTO開(kāi)關(guān)， 從而增加了自動(dòng)燈光控制，根據(jù)光照度的環(huán)境場(chǎng)景變化， 實(shí)現(xiàn)了燈光的自動(dòng)控制。 智能雨刮、 燈光控制系統(tǒng)給駕駛員帶來(lái)了極大的駕駛舒適性，同時(shí)也提升了車(chē)輛駕駛的安全性。