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前照燈照距自動調節系統

夜晚行車,只有裝上良好的前照燈並且隨時隨地調整前照燈的傾斜角度,才能開好車。換言之,只有路面獲得了最佳照明,才不會使車燈晃得對面車輛眩目。然而,載重量的變化、剎車和提速等情況都會引起車身傾斜角度發生變化,進而使近光燈的光束傾角發生變化。塞滿行李的後備廂和猛然提速都會造成車尾下沉,車頭抬高,以致燈光晃得對面來車的駕駛員睜不開眼。剎車時,車頭又會下扎,尤其是在緊急制動時,因車頭下扎得厲害,可能會造成視距喪失。全新概念的前照燈照明距離自動調節系統,將使夜晚行車更安全。

    一、技術現狀

    目前市場上的前照燈照明距離調節系統產品可分為三大類:人工系統或手動調節系統、自動系統或准靜態系統、動態系統。

    手動調節照明距離

    在1980年,就已經開發出了能讓駕駛員根據載重情況設定前照燈傾角的調節系統(圖1)。這種被稱之為“照明距離手動調節”的系統,除了有液壓的、氣動的外,還有電動的。從那時起,這種手動式照明距離調節系統成了新車的標准配置。盡管有了這一系統,但載重車以及無法校正的前照燈調節系統仍然使刺眼的光束象往常一樣影響著夜間行車。大多數司機都對這種照明距離調節裝置不滿意。

    自動調節照明距離

    照明距離自動調節系統有兩種系統:即准靜態照明距離調節系統和動態照明距離調節系統。圖2所示為一種常規照明距離調節系統。它由前照燈作動器、控制裝置和前後橋上的兩個橋傳感器組成。

    准靜態照明距離調節系統,可以根據載重量的變化校正大燈傾角變化量。其工作原理是由車橋傳感器將彈簧壓縮行程信號提供給控制裝置,控制裝置在考慮了車姿後計算出前照燈的理論傾角,並令前照燈的照明距離執行機構作出相應的運動。這套系統由於工作阻尼大,不可能具有很高的調節速度。這套系統,就像大批量生產的機件一樣,由於是整體的位置調節回路,所以成本較低。

    動態照明距離調節系統,除了考慮載重量的變化外,還考慮了加速和減速對大燈傾角變化的影響。像准靜態照明距離調節系統一樣,該系統有兩個橋傳感器,負責將前後橋相對車身的彈簧壓縮行程信號提供給控制裝置。該控制裝置通過一個與動態運動相適的濾波器,使得系統在制動和加速過程中具有較高的反應速度。且在勻速行駛時,靜態的燈光視覺感對理論運動不會產生干擾。

    目前市面上的系統有用直流作動器驅動前照燈的,也有用步進電機作前照燈執行機構的。直流作動器上裝有位置反饋裝置,並與位置調節回路構成閉環。在汽車制造廠的流水線末端,通過編碼機或編程機,系統可以按照不同的車型被匹配上該種車型特定的參數,從而在數量少類型多方面具有很強的可塑性。

    二、內置傳感器的照明距離調節系統

    按照汽車業的整體發展目標,今後集成化會越來越高,以減少部件數量,降低制造成本。將來有可能出現各式各樣的接口,甚至會將照明距離調節功能組合到別的系統裡去。對此,德國Hella公司的目標是,開發一種標准組件系統,並使之滿足各式各樣的用戶要求和汽車廠家的產品風格。但是具體到車燈連接中心或氙燈預連器中的這一集成卻很難實行,因為用戶各式各樣的要求會使問題復雜化。

    為了解決這一難題,Hella公司開發出一種將照明距離控制裝置組合到車橋傳感器上的系統。該裝置由此成了動態和准靜態照明距離調節系統的核心標准組件。這套內裝傳感器的照明距離控制裝置,其基礎器件是一種新型電感轉角傳感器。

    電感轉角傳感器

    迄今為止,汽車上的行程和角度測量都是用電位計進行的。然而在競爭中已湧現出來大量新的測量原理。它們應用微電子的物理效應,對測量值進行無觸點式抓取。無觸點傳感器尤其適用於極端環境條件下頻繁出現的調節運動,而在活動期內它又會回到自身的轉角位置。必須要考慮的是溫度變化、振動、或強電和電磁的干擾源。

    無觸點傳感器是在應用了靜磁學(霍爾磁效應)、電容效應、光學效應、電感效應等物理效應研制而成的。為便於比較,把常用的各種用途傳感器的無觸點作用原理的評價結果列於表內(表1),從表中可見,電位器所用技術最成熟,但可靠性不足;磁力傳感器和霍爾傳感器在小角度測量時比“天然”測量范圍時的測量精度下降,要合成出所需的磁材料,又會提高成本
 

1 無角點油量原理評價

Hella傳感器

精度

溫度獨立性

可靠性

批量性

經濟性

MR

0

-

+ +

+

0

霍爾

0

-

+ +

+

0

電容

+

+ +

+ +

0

-

電感

+ +

+ +

+ +

+

+

電位計

+

+ +

-

+ +

+

 

    He11a電感傳感器由一個定子組成,定子內含有一組壓制成線圈形狀的同心勵磁繞組,形狀有如矩形接收線圈一樣。這個既當閉環導線回環用又當矩形線圈用的轉子與定子相配合,構成了一個完美的角度傳感器(圖3)。接有振蕩器的勵磁線圈,產生出一個交變電磁場,使轉子被感應。在轉子中感生出的電流,又形成了第二個電磁場。兩場按照疊加原則相互疊加。耦合在轉子上的能量與角度無關,但轉子耦合到接收線圈的能量則與角度位置有關,尤其用三組接收線圈,以理想形式彼此呈固定角度旋轉時,如此設計的幾何參數產生出依賴於旋轉角度、幅值相同但有相差的接收幅角。通過選取、檢波、比較成形,電子統計分析線路即可從這些信號中明白無誤地確定出角度。

    由Hella公司研制的這種行程傳感器和角度傳感器,將測量技術優勢同低成本要求完美地結合到了一起。他們的具體作法是:用多層標准印刷電路板焊接面,制成既簡單又便宜的發送與接收線圈。根據使用情況,在這種印刷電路板上除提供有安置傳感器-電子統計分析線路的地方外,還提供有安置其它電子功能件的地方。轉子同樣可以用印刷電路板材料制作,但也可以用價格更便宜的超薄金屬板做成沖壓件。通過使用熱壓或噴鑄這類成本便宜的加工技術,可以將轉子同轉軸連接到一起。

    甚至就連調平傳感器也是用印刷電路板這種材料制作定子,它不但承載著電子統計分析電路(ASIC)和抑制干擾電路的電子器件,而且同插塞相連(圖3)。轉子經過橋與操縱桿相連並懸浮在插件板的傳感器骨架上方。這種應用方式,在保持同樣高線性度情況下,角度測量范圍可以高達70°。傳感器的零位可以在生產線上分別編好程序。為了將數據准確無誤地從後橋傳輸到前橋組裝有傳感器的控制裝置裡,使用了PWM-輸出信號。

    電感傳感器具有下列的優點:

    ★傳感器采用比例圖象測量原理,對公差和干擾均不敏感

    ★測量原理與溫度全然無關,不用像采用別的測量原理那樣需要溫度補償

    ★傳感器由標准印刷電路板和電子器件組成。不需要諸如磁芯、鐵芯或鐵氧體等附加器件

    ★不受磁和電干擾場的影響

    ★傳感器滿足機動車領域所有電磁兼容的要求

    ★傳感器可以靈活地適應測量任務。角度傳感器可以測量360°范圍內的任意角度;行程傳感器可以在想要測量的范圍內准確的補測出角度

    ★電子統計分析線路(ASIC)可以將機械和電子公差一並加以統調。

    內裝傳感器的照距控制器

    內裝傳感器的控制器,其基本構成是感應式水平傳感器。傳感器-印刷電路板增添了一半的薄板坯,板坯上布置著μC電路,從而形成一個器件組合單元。它包括傳感器、傳感器信號處理器及接有參數存儲器的微控器。

    采用內裝傳感器控制器的動態照距調節系統

    動態照距調節系統由內裝傳感器的控制器、另一個感應式橋傳感器以及裝在前照燈上的步進電機組成。步進電機裝有一個電子控制裝置,它包括電機驅動器和一個操縱用的單股拉線接口。反過來,通過這些裝置,控制器可以獲取這個“兩級反應物”的現場信息。高度集成化的好處是,使電纜費用大幅度減少。

    采用綜合控制器的准靜態照距調節系統

    准靜態照距調節系統與動態系統的區別,從原理上講僅在於使用了手動照距調節系統的作動器,因為這時要求的調節速度明顯地減小了,尤其像手動調節一樣,它也采用了模擬控制方式。除此之外,當應用准靜態照距調節系統時,也可以針對不同的車型捨棄掉前橋傳感器。

    當這樣的系統不能夠調整動態行駛過程時,該過程對前橋壓縮行程彈簧的影響則是占壓倒優勢的;反之,負載的變化則對後橋的影響占壓倒優勢。行李廂載荷作用點距離後橋後邊並不遠的汽車,將得出以下畫面:人們可以參照歐盟法規來加裝負載,通過前後橋壓縮行程彈簧分量的變化,來劃分傾角的變化,該法規規定了負載的狀態和光束亮-暗-極限的允許偏差。這時人們將發現,利用後橋引出的傾角分量作整車檢測量和調節量已經足夠用了,而且滿足法規的各項要求。

    三、結束語

    據統計,幾乎30%的交通事故發生在夜間,所以汽車生產廠家和法規制定者都把改進照明放在了優先考慮的地位。使用最佳調節的高質量前照燈即出於此目的。換句話講,它使駕駛員有了最好的視線,但卻不會晃得對面來車的駕駛員睜不開眼。盡管手動的照距調節系統在1990年就已經變成廠家份內的標准配置了,但是“防眩板”依然是日常交通不可或缺的配置。

    隨著新型內裝傳感器-控制器的誕生--作為組合系統的一個部件,現在完全有能力用一種低成本的自動系統來取代當今仍在流行的照距-手動調節系統了。它使駕駛員在載荷發生變化時,不必用人工去調節前照燈。可以說,它的出現對夜間的道路交通安全是一大貢獻,加之采用了氙燈前照燈,這種帶有內裝傳感器-控制器的動態照距調節系統,其優點是減少了線纜費用、取消了單獨的控制器。這種控制器的基礎件--新型電感傳感器,技術性能絕佳,並且機械結構簡單。Hella專為此開發的兩種ASIC,既可以將這種傳感器當作“獨立應用”的傳感器使用,也可以按照理想的方式組合到儀器內,實際上,這種組合方式已經應用到承擔著信號處理任務的μC電路中了。