汽車(chē)自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)的中心議題：
- 基于LIN總線(xiàn)的汽車(chē)HID前照燈自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)
汽車(chē)自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)的解決方案：
- 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
- 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
- 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
引言
HID是高壓氣體放電燈(High Intensity Discharge)的縮寫(xiě)，也可稱(chēng)為重金屬燈或者氙氣大燈。與傳統(tǒng)鹵素?zé)襞菹啾?，HID有亮度高、壽命長(zhǎng)、省電等優(yōu)點(diǎn)。
正是由于HID具有高亮度的特點(diǎn)，如果使用時(shí)照射高度調(diào)節(jié)不當(dāng)，在會(huì)車(chē)時(shí)將會(huì)對(duì)迎面來(lái)車(chē)的司機(jī)造成強(qiáng)烈的眩目，產(chǎn)生安全隱患。為了規(guī)范HID前照燈的市場(chǎng)，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(United Nations Economic Commission for Europe)在ECE-R48條款中明確規(guī)定：裝備HID前照燈的車(chē)輛必須配備能夠全自動(dòng)調(diào)節(jié)其照射高度的系統(tǒng)，也可稱(chēng)之為前照燈水平自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作時(shí)，會(huì)根據(jù)車(chē)輛負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)整HID前燈的投射俯仰角度，確保其投射高度在合適的范圍內(nèi)，既達(dá)到良好的照明效果，又不會(huì)對(duì)迎面車(chē)輛的司機(jī)造成眩目。
系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
如圖1所示，系統(tǒng)可分為三個(gè)部分，即車(chē)身高度傳感器、中央控制單元和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元。系統(tǒng)運(yùn)作情況如下：該系統(tǒng)的主 MCU(MC68HC908GZ60)采集車(chē)身前后軸高度傳感器的信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算后發(fā)出控制信號(hào)分別給左右前照燈的水平調(diào)光步進(jìn)電機(jī)，指示電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置，完成自動(dòng)調(diào)光。
圖1 前照燈自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
車(chē)身高度傳感器
該系統(tǒng)的主要原理是利用測(cè)定車(chē)內(nèi)兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(約前、后軸位置)到地面的距離差得出車(chē)輛的傾斜角度信號(hào)，從而進(jìn)行水平調(diào)節(jié)。可選擇光電編碼式的車(chē)高傳感器，把車(chē)身高度的變化(懸架變形量的變化)變換成傳感器軸的旋轉(zhuǎn)，將檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸入MCU。實(shí)驗(yàn)中，車(chē)身高度傳感器在車(chē)左前輪和左后輪內(nèi)側(cè)各裝一個(gè)。
中央控制單元
系統(tǒng)中央控制單元采用飛思卡爾(Freescale)公司生產(chǎn)的MC68HC908GZ60芯片為主MCU，配合其他必要元件組成控制單元電路。該芯片主要特性有：8位HC08型CPU，開(kāi)發(fā)資源豐富，兼容性好；片載60KB Flash EEPROM，2KB RAM；24通道A/D轉(zhuǎn)換模塊，10位精度。
此外，選擇飛思卡爾MC33399芯片與核心MCU通過(guò)SCI口相連，作為L(zhǎng)IN總線(xiàn)收發(fā)器。該芯片最多可以驅(qū)動(dòng)16個(gè)節(jié)點(diǎn)。
之所以選擇LIN總線(xiàn)，是因?yàn)樗呀?jīng)是車(chē)用總線(xiàn)中較為普及的一種，它的優(yōu)點(diǎn)是芯片價(jià)格低廉，性?xún)r(jià)比高。LIN總線(xiàn)信號(hào)傳輸速率可達(dá) 19.2kbps，一般用在對(duì)汽車(chē)安全性要求不高的控制場(chǎng)合，例如電控門(mén)窗、車(chē)燈開(kāi)關(guān)控制等。
LIN總線(xiàn)主節(jié)點(diǎn)電路原理圖如圖2所示。
圖2 LIN總線(xiàn)主節(jié)點(diǎn)電路原理圖
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驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元
驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，主要是通過(guò)獲取LIN總線(xiàn)上的信號(hào)，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)前照燈反光板沿垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)，完成水平調(diào)光。
此處選擇了美國(guó)AMI半導(dǎo)體公司的AMIS-30623步進(jìn)電機(jī)控制芯片。該芯片屬高集成度芯片，內(nèi)建了電源模塊、控制器、LIN總線(xiàn)收發(fā)器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其主要特性有：最高峰值電流輸出達(dá)800mA；提供最高達(dá)16細(xì)分?jǐn)?shù)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；內(nèi)建加減速算法；完全兼容LIN1.3規(guī)范。
由于AMIS-30623芯片本身不可重新編程，一切操作均通過(guò)LIN總線(xiàn)調(diào)用其內(nèi)部函數(shù)來(lái)完成，所以使用起來(lái)十分簡(jiǎn)便。內(nèi)建的加減速算法對(duì)于控制步進(jìn)電機(jī)變速運(yùn)動(dòng)非常有效。
LIN總線(xiàn)從節(jié)點(diǎn)電路原理圖如圖3所示。
圖3 LIN總線(xiàn)從節(jié)點(diǎn)電路原理圖
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件方面，采用1ms定時(shí)中斷采集，每次中斷到來(lái)時(shí)采取一組傳感器輸出的電壓值。經(jīng)過(guò)預(yù)判斷后，將有效數(shù)據(jù)保留，帶入公式計(jì)算，得出需要步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到的目標(biāo)位置。通過(guò)LIN總線(xiàn)向相應(yīng)的AMIS-30623芯片發(fā)送信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)按加速—勻速—減速的方式平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置。該程序在 Freescale CodeWarrior 5.7.0環(huán)境下編譯通過(guò)。主程序流程如圖４所示。
圖4 系統(tǒng)主程序流程圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)光性能，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建了一個(gè)能夠模擬車(chē)身俯仰運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，控制平臺(tái)本身按一定幅度作俯仰運(yùn)動(dòng)，測(cè)得調(diào)光系統(tǒng)階躍響應(yīng)時(shí)間約420ms，調(diào)整時(shí)間小于1s，穩(wěn)態(tài)誤差約0.035°，滿(mǎn)足了動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)光的基本要求。
