聊聊自動雨刮和自動大燈功能

開車時，通常我們會將燈光調(diào)到auto檔，方便在頻繁地過隧道的時候，自動地開關(guān)大燈。在下雨天，我們也通常會將雨刮檔位調(diào)到auto檔，根據(jù)雨量大小自動調(diào)節(jié)雨刮的頻率。

這些看似小小的功能是如何實現(xiàn)的呢？今天一起來嘮一嘮。

當(dāng)前大部分主機(jī)廠的采用的方案是基于光雨量傳感器來實現(xiàn)的，整體涉及光雨量傳感器、車身控制器、雨刮系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、儀表等。光雨量傳感器通過LIN線與車身控制器相連，儀表通過CAN線與車身控制器相連，雨刮電機(jī)、 前照燈和后尾燈與車身控制器的輸出口相連接，如下圖所示。

▲圖1 自動大燈和自動雨刮系統(tǒng)功能

光雨量傳感器識別外界的光照強(qiáng)度和雨量大小，并且根據(jù)處理策略輸出開關(guān)信號，或者是雨刮控制信號，通過LIN線輸入車身控制器，車身控制器根據(jù)雨刮指令進(jìn)行自動雨刮的相關(guān)控制動作，同時根據(jù)雨刮組合開關(guān)的手動雨刮指令信號進(jìn)行雨刮的間歇、低速、高速的動作。車身控制器根據(jù)燈光開啟指令進(jìn)行自動燈光的相關(guān)控制，開啟位置燈和近光燈。

01.

自動大燈功能

外界光照強(qiáng)度的計算，比較簡單，通過使用光敏二極管來感知外界環(huán)境光照強(qiáng)度的變化情況，隨著外界光照強(qiáng)度變化，光敏二極管采樣電壓也隨著變化，根據(jù)標(biāo)定好的參數(shù)，可以算出當(dāng)前的光照強(qiáng)度，再根據(jù)設(shè)定的閾值以及冷卻時間策略，將大燈的控制信號發(fā)送給車身控制器，車身控制器只有在用戶將大燈的控制檔位調(diào)到Auto時，才會控制大燈。

▲圖2自動大燈請求框圖

開關(guān)大燈的閾值以及冷卻時間，在國標(biāo)GB4785-2019中有定義，如下所示。

▲圖3自動大燈閾值以及冷卻時間

02.

自動雨刮功能

對于雨量的測量，氣象觀測站是用一個集水器放在一個漏斗上，將收集到的雨水引入貯水器中。在汽車上的方式主要有電容式、熱電偶式、紅外散射式。

1.電容式雨量傳感器

電容式雨量傳感器如下圖所示，在一塊絕緣材料上刻蝕兩條樹杈狀的金屬線，作為電容的兩個電極極板，樹杈狀是為了減小面積，增加電容值。其原理是雨量變化引起電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容變化，這樣就建立起雨量變化與電容變化之間的對應(yīng)關(guān)系，通過測量電容的變化，就可以探知雨量的大小。

▲圖4電容式雨量傳感器示意圖

2.熱電偶式雨量傳感器

熱電偶式雨量傳感器的原理是利用熱電偶溫度傳感器測量溫度的原理來間接測量雨量的。當(dāng)無雨時，熱電偶的感應(yīng)電動勢維持在一個定值，當(dāng)有雨時，雨量帶走熱電偶的熱量，使熱電偶的溫度迅速下降，從而導(dǎo)致熱電偶的感應(yīng)電動勢下降，通過測量感應(yīng)電動勢的變化即可測量雨量變化情況。

如下圖所示，將A、B兩種不同的金屬在 1、2 處焊接在一起，回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 E。1、 2點的溫差越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越高。將其一端維持在已知溫度下，作為參考端，另一端放在空氣中用來感應(yīng)雨量。

▲圖5熱電偶雨量傳感器示意圖

3.紅外反射式雨量傳感器

紅外反射式雨量傳感器就是根據(jù)紅外輻射的特性來進(jìn)行雨量的測量。實際應(yīng)用中，2組發(fā)射紅外光的LED 與一個接收紅外光的LED。兩組發(fā)射LED周期性地交替發(fā)射紅外光，接收紅外的LED會分別接收經(jīng)過玻璃反射回來的兩組的紅外光，如果接收的兩組相等，那表示沒有雨。如果接收的和發(fā)送的不相等，那么表示有雨，原理如下圖所示。

▲圖6紅外反射式雨量傳感器示意圖

自動雨刮的控制的系統(tǒng)框圖如下圖所示，其中靈敏度與周圍光線環(huán)境有關(guān)，通常晚上的時候，靈敏度會更高。

▲圖7 自動雨刮系統(tǒng)簡圖

雨刮自動控制控制邏輯如下圖所示，詳細(xì)步驟：

1.當(dāng)無雨時，雨刮處于停止位置，當(dāng)檢測到雨量時，無論是小雨、中雨、大雨，首先進(jìn)入的是間歇點刮。

2.雨刮點刮，雨刮刮水速度指令間歇輸出1。如果在5s的間隔時間內(nèi)， 只有小雨， 則維持在雨刮點刮。當(dāng)檢測到中雨時， 開始計數(shù)間隔刮次數(shù)。點刮3次后進(jìn)入雨刮周期刮刷， 期間若檢測到中雨則直接進(jìn)入連續(xù)低速刮刷。

3.雨刮周期刮刷：間隔時間根據(jù)車速和靈敏度值， 期間若檢測到中雨則直接進(jìn)連續(xù)低速刮刷。

4.雨刮低速連續(xù)刮：光雨量傳感器連續(xù)輸出1。點刮模式遇到中雨進(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)檢測到無中雨， 則退回至補(bǔ)刮。

5.雨刮高速連續(xù)刮：光雨量傳感器雨刮連續(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)檢測到無大雨， 則退回至雨刮低速連續(xù)刮。

▲圖8自動雨刮的控制邏輯

03.

總結(jié)

目前基于光雨量傳感器實現(xiàn)自動雨刮和自動大燈基本是標(biāo)配了，隨著車上傳感器越來越多，是不是可以復(fù)用其他傳感器來實現(xiàn)這個功能呢？在這一塊，特斯拉又向前走了一步，基于前視雙目來實現(xiàn)光照強(qiáng)度和雨量大小的識別，這樣又可以省下一個光雨量傳感器的成本。

審核編輯 ：李倩