【摘 要】文章介紹汽車用環(huán)境光傳感器在客車的應用場景及標定方法。環(huán)境光傳感器主要應用于客車自動燈光功能，其作用為測試環(huán)境光照強度，輸出電壓信號給BCM。環(huán)境光傳感器在客車上的標定方法是通過記錄不同光照環(huán)境下同一輛車的環(huán)境光傳感器檢測的光照強度值E1，照度計檢測的環(huán)境光照強度值E2，繪制E1-E2曲線，可以得到點亮和關閉近光燈的環(huán)境光傳感器的光照強度值E3和E4。同時BCM采集環(huán)境光傳感器的電壓，根據(jù)環(huán)境光傳感器的光照強度值E1-電壓V特性曲線，將環(huán)境光傳感器的光照強度值E1轉(zhuǎn)換為CAN信號發(fā)送到客車的CAN總線，燈光控制器通過此CAN信號判斷是否開啟或關閉客車前照燈功能。

【關鍵詞】光照強度值；環(huán)境光傳感器；自動燈光；電壓

中圖分類號：U463.65 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）10-0036-03

Application and Calibration Method of Light Intensity Sensor in Automobile

WU Shousong

（Commercial Vehicle Research Institute of BYD Auto Industry Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）

【Abstract】This paper introduces the application scenarios and calibration methods of ambient light sensors for automobiles in buses. The ambient light sensor is mainly used in the automatic lighting function of passenger cars. Its function is to test the ambient light intensity and output voltage signals to the BCM. The calibration method of the ambient light sensor on the passenger car comprises the following steps of： recording an illumination intensity value E1 detected by the ambient light sensor of the same car in different illumination environments，and an ambient illumination intensity value E2 detected by an illuminometer； and drawing an E1-E2 curve to obtain illumination intensity values E3 and E4 of the ambient light sensors for lighting and closing the dipped headlight. At the same time，the BCM collects the voltage of the ambient light sensor，converts the light intensity value E1 of the ambient light sensor into a CAN signal according to the light intensity value E1-voltage V characteristic curve，and sends the CAN signal to the CAN bus of the bus. The light controller judges whether to turn on or off the bus headlamp function through the CAN signal.

【Key words】light intnsity value；ambient light sensor；automatic light；voltage

作者簡介

武壽松（1996—），男，工程師，主要研究方向為汽車低壓電器系統(tǒng)控制。

1 引言

在客車越來越智能化的今天，測控技術成為一項重要的技術，各種精確的傳感器和控制器應運而生，環(huán)境光傳感器便是其中一種?？蛙嚧嬖诘氖褂脠鼍笆侄鄻樱饩€充足的晴天、燈光環(huán)境復雜的夜間城區(qū)道路、燈光較暗的隧道、無路燈的鄉(xiāng)間公路等，環(huán)境光傳感器如同客車的眼睛，在如此復雜的光線環(huán)境中實時感知行進途中周邊環(huán)境的光照強度，其輸出的光照強度數(shù)據(jù)作為自動燈光控制功能的重要依據(jù)。

客車車型眾多，儀表臺結(jié)構及各類傳感器布置經(jīng)常變化，因此環(huán)境光傳感器在車上的位置不盡相同，每個車型都需要重新標定環(huán)境光傳感器的參數(shù)，因此準確標定一個車型的環(huán)境光傳感器的參數(shù)是車輛實現(xiàn)相關燈光控制功能的重要前提之一。

2 環(huán)境光傳感器

2.1 環(huán)境光傳感器簡介

環(huán)境光傳感器是一種檢測光照強度變化的器件，基于光電效應，將環(huán)境中的可見光信號轉(zhuǎn)換為可供采集的電信號。此類傳感器結(jié)構簡單，形式多樣，在汽車、自動控制和宇航等各個領域廣泛應用。

2.2 環(huán)境光傳感器組合及原理

環(huán)境光傳感器主要由光敏元件、芯片、電壓調(diào)節(jié)電路、安裝結(jié)構和殼體組成，其中光敏元件是環(huán)境光傳感器的光信號轉(zhuǎn)換器，光敏元件主要為光敏二極管。光敏二極管能夠感知外部環(huán)境光照強度的強弱變化情況，其采樣電壓則根據(jù)車外環(huán)境的光照強度變化而變化，根據(jù)此特性可制作性能穩(wěn)定的環(huán)境光傳感器。電壓信號經(jīng)車身控制器采樣處理后轉(zhuǎn)換成可讀的光照強度值，發(fā)送到客車CAN總線，燈光控制單元可讀取光照強度數(shù)據(jù)，按照標定好的燈光控制策略，實現(xiàn)自動燈光功能的控制。

3 環(huán)境光傳感器的應用

3.1 自動燈光功能

自動燈光功能指的是客車進入黑暗環(huán)境時，近光燈自動打開；客車進入明亮環(huán)境時，近光燈自動關閉。隨著客車智能化和自動化發(fā)展，小燈、氛圍燈等也增加自動控制功能。自動燈光的控制離不開環(huán)境光傳感器。

自動燈光功能以環(huán)境光傳感器為測量單元，BCM為信號采集單元，燈光控制器為控制單元，AUTO擋燈光開關為手動操作件，近光燈與小燈為執(zhí)行單元構成自動燈光系統(tǒng)，如圖1所示。

3.2 相關法規(guī)要求

《GB 4785—2019客車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規(guī)定》中規(guī)定了近光燈自動開啟和關閉的條件（表1），應用于國內(nèi)市場車輛。

3.3 自動燈光控制策略

自動燈光功能的實現(xiàn)離不開傳感器、控制器、執(zhí)行器，以環(huán)境光傳感器為測量單元，BCM為信號采集單元，近光燈為執(zhí)行單元，簡述自動燈光功能的控制過程。

如圖2所示，車輛上電后，BCM和環(huán)境光傳感器得到電源開始工作。環(huán)境光傳感器通過硬線與BCM相連，BCM可采集到環(huán)境光傳感器的電壓值變化，并根據(jù)環(huán)境光傳感器的特性曲線將電壓信號轉(zhuǎn)換為CAN信號發(fā)送至總線。駕駛員打開自動燈光開關，自動燈光功能開啟。燈光控制器開始采集光照強度值控制燈光開啟和關閉，當環(huán)境光照強度大于1000lx時，近光燈保持熄滅狀態(tài)。

車輛由光明環(huán)境逐漸進入黑暗環(huán)境時，光照強度逐漸下降，當光照強度降至1000lx以下時，燈光控制器在2s內(nèi)控制近光燈點亮，并發(fā)送近光燈點亮狀態(tài)。

車輛再次由黑暗環(huán)境進入到光明環(huán)境，當環(huán)境光照強度大于1000lx時，近光燈不立即熄滅；當光照強度大于2000lx之后，燈光控制器熄滅近光燈。

4 環(huán)境光傳感器的標定方法

4.1 標定難點

環(huán)境光傳感器在客車上應用必須經(jīng)過標定才能準確地實現(xiàn)自動燈光功能。主要標定難點如下。

1）光線環(huán)境復雜，難以一一模擬。

2）試驗室或認證機構測試時，其使用的光強測試儀器與車輛環(huán)境光傳感器位置不同，光強有差異。

3）安裝在車內(nèi)的環(huán)境光傳感器會受到客車前擋玻璃的厚度、形狀、透光率、光的折射、反射等因素影響。

4）標定時，測量點儀器測出的光照強度值、傳感器測出的光照強度值、傳感器輸出的電壓或電阻值難以同時精確記錄。

5）無專用調(diào)試設備可同時測試并記錄光照強度值、電壓值和CAN網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。

4.2 標定環(huán)境

為保證標定的傳感器參數(shù)適用于客車的大多數(shù)工作場景，應在多種光照環(huán)境下進行參數(shù)標定，使每種場景下均能符合標準。以下設定幾種客車常見的標定場景。

1）無任何遮擋、空曠環(huán)境下，測試自然環(huán)境的光線變化，如：黎明、白天、傍晚、夜晚、雨天白天、雪天白天等環(huán)境的光照強度變化。

2）測量并記錄客車駛?cè)胨淼?、隧道中行駛、駛出隧道全過程的光照強度變化。

3）人為光線的影響，如路燈、其他車輛的燈光。測量并記錄夜間城區(qū)正常行駛過程的光照強度變化。

4）車輛駛?cè)氲叵萝噹?、駛出車庫全過程的光照強度變化。

5）車輛行駛在林蔭路上。

6）完全黑暗的室內(nèi)，配合可調(diào)光源，作為最理想的標定場所，可快速標定。

4.3 標定方法

環(huán)境光傳感器在客車上應用時的標定理論依據(jù)為：在同一時刻，同樣的光線環(huán)境下，使用筆記本電腦及CAN盒監(jiān)測記錄BCM發(fā)出CAN報文信號值，并將其轉(zhuǎn)為可讀的實際對應的光照強度值E1；使用示波器對環(huán)境光傳感器輸出的電壓進行監(jiān)測，使用照度計在測試點測量環(huán)境光照強度E2，記錄環(huán)境光照強度變化，以時間軸為標尺，在章節(jié)4.2標定環(huán)境中的場景下進行測試，記錄光照強度從0～4000lx的變化過程。

根據(jù)測試過程得到的數(shù)據(jù)，繪制E1-E2曲線，可以得到應點亮或關閉近光燈的環(huán)境光強度的閾值。某次標定的過程如下。

4.3.1 標定準備

按照標定方法，將電腦、示波器等設備連接完畢，調(diào)試至數(shù)據(jù)監(jiān)測界面，并進行設備測試。圖3中1號點位為環(huán)境光傳感器安裝位置，2號點位為測試點，即標定和測試時照度計的位置。

4.3.2 數(shù)據(jù)記錄及分析

進入數(shù)據(jù)記錄階段，環(huán)境光傳感器在不同光照強度變化的采樣電壓隨著光照強度的下降而逐漸下降，是環(huán)境光傳感器的固有特性，一定的光照強度對應一定的電壓值。如圖4所示。

在測試中，實際光照強度逐漸下降，在測試點測出的光照強度值與傳感器測量的光照強度值呈現(xiàn)較大差異，也說明了標定的必要性。如圖5所示，結(jié)合自動燈光功能控制策略，當環(huán)境光照強度達到1號框內(nèi)的光照強度（小于1000lx）時，車輛應該打開近光燈，此時傳感器測試到的光照強度值E3作為自動燈光功能開啟近光燈的閾值；當環(huán)境光照強度達到2號框內(nèi)的光照強度（大于2000lx）時，車輛應該關閉近光燈，此時傳感器測試到的光照強度值E4作為自動燈光功能關閉近光燈的閾值。由此得到的E1-E2曲線圖也可作為小燈、氛圍燈等其他燈光自動開啟和關閉的參考依據(jù)。

4.3.3 調(diào)整光照強度閾值及重新標定

在測試中得到開啟近光燈的閾值E3和關閉近光燈的閾值E4后，需要調(diào)整燈光控制單元的控制參數(shù)，將其控制開啟和關閉近光燈的參數(shù)分別調(diào)整為E3和E4。調(diào)整完畢之后，可在不同環(huán)境測試近光燈的開啟和關閉是否符合法規(guī)GB 4785—2019。

5 結(jié)束語

由此標定方法進行環(huán)境光傳感器在客車中的標定適配工作，可以將光照強度精確到1lx，數(shù)據(jù)記錄時間可精確到秒，可以全面覆蓋客車應用場景，面向特殊工作場景的車輛也可進行單獨的場景標定，對于環(huán)境光傳感器在客車上的應用有一定推動作用，也有助于企業(yè)提高標定環(huán)境光傳感器的效率。

參考文獻：

[1] 梁成成. 基于單片機的重型貨車用雨量光傳感器的設計[J]. 電氣時代，2023（4）：100-104.

[2] 韓慶福，韓大偉，范安軍，等. 基于雨量光線傳感器的雨刮燈光智能控制系統(tǒng)[J]. 汽車電器，2022（1）：35-37，40.

[3] 趙松嶺，雷永富，王紅余，等. 基于雨量傳感器實現(xiàn)的汽車智能化應用[J]. 汽車電器，2020（7）：5-7，11.

[4] 許春平. 基于單片機的外裝車用雨量光照傳感器裝置設計[J]. 科技創(chuàng)新與應用，2020（9）：39-40.

[5] 何方，袁峰，徐海寧，等. LIN總線汽車雨量光照傳感器調(diào)試儀的設計[J]. 電子世界，2020（8）：130-131.

（編輯 楊凱麟）