聊聊自动雨刮和自动大灯功能

baoshijie

开车时，通常我们会将灯光调到auto档，方便在频繁地过隧道的时候，自动地开关大灯。在下雨天，我们也通常会将雨刮档位调到auto档，根据雨量大小自动调节雨刮的频率。

这些看似小小的功能是如何实现的呢？今天一起来唠一唠。

当前大部分主机厂的采用的方案是基于光雨量传感器来实现的，整体涉及光雨量传感器、车身控制器、雨刮系统、灯光系统、仪表等。光雨量传感器通过LIN线与车身控制器相连，仪表通过CAN线与车身控制器相连，雨刮电机、 前照灯和后尾灯与车身控制器的输出口相连接，如下图所示。



▲图1 自动大灯和自动雨刮系统功能

光雨量传感器识别外界的光照强度和雨量大小，并且根据处理策略输出开关信号，或者是雨刮控制信号，通过LIN线输入车身控制器，车身控制器根据雨刮指令进行自动雨刮的相关控制动作， 同时根据雨刮组合开关的手动雨刮指令信号进行雨刮的间歇、 低速、 高速的动作。车身控制器根据灯光开启指令进行自动灯光的相关控制， 开启位置灯和近光灯。

01.

自动大灯功能

外界光照强度的计算，比较简单，通过使用光敏二极管来感知外界环境光照强度的变化情况，随着外界光照强度变化，光敏二极管采样电压也随着变化，根据标定好的参数，可以算出当前的光照强度，再根据设定的阈值以及冷却时间策略，将大灯的控制信号发送给车身控制器，车身控制器只有在用户将大灯的控制档位调到Auto时，才会控制大灯。



▲图2 自动大灯请求框图

开关大灯的阈值以及冷却时间，在国标GB4785-2019中有定义，如下所示。



▲图3 自动大灯阈值以及冷却时间

02.

自动雨刮功能

对于雨量的测量，气象观测站是用一个集水器放在一个漏斗上，将收集到的雨水引入贮水器中。在汽车上的方式主要有电容式、热电偶式、红外散射式。

1.电容式雨量传感器

电容式雨量传感器如下图所示，在一块绝缘材料上刻蚀两条树杈状的金属线，作为电容的两个电极极板，树杈状是为了减小面积，增加电容值。其原理是雨量变化引起电容的介电常数发生变化，从而引起电容变化，这样就建立起雨量变化与电容变化之间的对应关系，通过测量电容的变化，就可以探知雨量的大小。



▲图4 电容式雨量传感器示意图

2.热电偶式雨量传感器

热电偶式雨量传感器的原理是利用热电偶温度传感器测量温度的原理来间接测量雨量的。当无雨时，热电偶的感应电动势维持在一个定值，当有雨时，雨量带走热电偶的热量，使热电偶的温度迅速下降，从而导致热电偶的感应电动势下降，通过测量感应电动势的变化即可测量雨量变化情况。

如下图所示，将A、B 两种不同的金属在 1、2 处焊接在一起，回路中将产生感应电动势 E。1、 2点的温差越大，产生的感应电动势越高。将其一端维持在已知温度下，作为参考端，另一端放在空气中用来感应雨量。



▲图5 热电偶雨量传感器示意图

3.红外反射式雨量传感器

红外反射式雨量传感器就是根据红外辐射的特性来进行雨量的测量。实际应用中，2组发射红外光的LED  与一个接收红外光的LED。两组发射LED周期性地交替发射红外光，接收红外的LED会分别接收经过玻璃反射回来的两组的红外光，如果接收的两组相等，那表示没有雨。如果接收的和发送的不相等，那么表示有雨，原理如下图所示。



▲图6 红外反射式雨量传感器示意图

自动雨刮的控制的系统框图如下图所示，其中灵敏度与周围光线环境有关，通常晚上的时候，灵敏度会更高。



▲图7 自动雨刮系统简图

雨刮自动控制控制逻辑如下图所示，详细步骤：

1.当无雨时，雨刮处于停止位置，当检测到雨量时，无论是小雨、中雨、大雨，首先进入的是间歇点刮。

2.雨刮点刮，雨刮刮水速度指令间歇输出1。如果在5s的间隔时间内， 只有小雨， 则维持在雨刮点刮。当检测到中雨时， 开始计数间隔刮次数。 点刮3次后进入雨刮周期刮刷， 期间若检测到中雨则直接进入连续低速刮刷。

3.雨刮周期刮刷：间隔时间根据车速和灵敏度值， 期间若检测到中雨则直接进连续低速刮刷。

4.雨刮低速连续刮： 光雨量传感器连续输出1。点刮模式遇到中雨进入低速连续刮。周期刮模式遇到中雨进入到低速连续刮。5s内检测到无中雨， 则退回至补刮。

5.雨刮高速连续刮： 光雨量传感器雨刮连续输出2。低速连续刮模式遇到大雨， 进入高速连续刮模式。5s内检测到无大雨， 则退回至雨刮低速连续刮。



▲图8 自动雨刮的控制逻辑

03.

总结

目前基于光雨量传感器实现自动雨刮和自动大灯基本是标配了，随着车上传感器越来越多，是不是可以复用其他传感器来实现这个功能呢？在这一块，特斯拉又向前走了一步，基于前视双目来实现光照强度和雨量大小的识别，这样又可以省下一个光雨量传感器的成本。

图片来源：知网文献

后台回复ECU021获取国标GB4785-2019。

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