【正文】 .......................................................................................... 33 致謝 ............................................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 34 1 緒論 汽車前照燈系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了多個階段：從最初的煤油燈發(fā)展到白熾燈；然后發(fā)展到拋物面鹵鎢前照燈、自由曲面鹵鎢前照燈和投射系統(tǒng)前照燈；上世紀(jì)九十年代中期出現(xiàn)了以氣體放電燈為光源的投影系統(tǒng)前照燈和自由曲面前照 燈系統(tǒng)。闡述了傳統(tǒng) AFS系統(tǒng)以及更為先進(jìn)的預(yù)瞄型 AFS 系統(tǒng)的原理、控制方式和功能，并對 AFS 系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。該系統(tǒng)通常由前照燈狀態(tài)自動調(diào)整系統(tǒng)、昏暗自動發(fā)光控制系統(tǒng)、前照燈自動變光控制系統(tǒng)和前照燈自動延時關(guān)閉控制系統(tǒng)組合而成。 1 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 作 者： 學(xué) 號： 30712630 系 部： 汽車電子 專 業(yè)： 汽車電子 題 目： 自動前照燈電路分析與故障排除 指導(dǎo)者： 評閱者： 2020 年 05 月 2 畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要 摘要 : 文章簡要介紹了前照燈技術(shù)的發(fā)展歷程和存在的問題 ，講述了自動前照燈電器設(shè)備和電路的作用原理，診斷出和排除各種電路的常見故障。為確保夜間行車安全 , 提高行車速度 , 目前很多汽車裝有前照燈自動控制系統(tǒng)。 現(xiàn)有的前照燈系統(tǒng)在安全性方面存在隱患，人們?nèi)找骊P(guān)注汽車駕駛的安全性問題，從而使智能前照燈系統(tǒng)得以廣泛發(fā)展和應(yīng)用。 本文還著重講述了當(dāng)前先進(jìn)的自適應(yīng) 氙氣前照燈技術(shù)在奔馳新款 221 車系中的應(yīng)用。汽車前照燈系統(tǒng)的每一個發(fā)展階段都蘊(yùn)含著對行車安全的不斷追求 (行車安全涉及的要素主要包括駕駛員、行人、對面方向道路使用者、甚至交通信號標(biāo)志等 )。 由于電子技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，尤其是微型計算機(jī)在汽車的上的應(yīng)用，汽車前照燈也走在了機(jī)電一體化的前列。 第一章 汽車前照燈自動控制系統(tǒng) 為確保夜間行車安全 , 提高行車速度 , 目前很多汽車裝有前照燈自動控制系統(tǒng)。 前照燈狀態(tài)自動調(diào)整系統(tǒng) 汽車前照燈的照明范圍隨載重量的不同而變化 , 直接影響駕乘人員的視野。圖是德國博世儀器公司設(shè)計的前照燈狀態(tài)自動調(diào)整系統(tǒng)原理圖 2 圖 11博世（ BOSCH）公司的前照燈狀態(tài)自動調(diào)整系統(tǒng)原理圖 軸 該系統(tǒng)由位移檢測電路，信號比較、放大電路和機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三部分組成。行車中，位移傳感器 1檢測汽車前、后軸與車身的相對位移，將其轉(zhuǎn)換為表征車身實(shí)際高度的電信號，輸送至信號合成器 7，并與標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器 10產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號相比較，其差值信號由功率放大器 6進(jìn)行電功率放大，然后輸給由步進(jìn)電動機(jī)組成的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5, 帶動傳動杠桿 4，使前照燈繞支點(diǎn) 2轉(zhuǎn)動一定角度 , 從而保持前照燈照明范圍不變。圖 2所示為采用時基集成電路的昏暗自動發(fā)光控制系統(tǒng)電路圖。當(dāng) R受光照射時， , 其電阻值變小， NE555 時基集成電路的 2＃ ,6＃腳電位較高， 3＃ 腳輸出低電平，靈敏繼電 J器釋放 , 前照燈電源被切斷 。駕乘人員根據(jù)需要可通過調(diào)節(jié) R3使電路在適合的觸發(fā)電平下工作。接 12V電源負(fù)極。接 5V~18V電源。 2腳：觸發(fā)端。 4腳：置零復(fù)位端。 6腳：閉值端。 3腳：輸出端。當(dāng)輸出低電平時 ,負(fù)載斷開， 3腳對“搭鐵”約有 10Ω的電阻值。輸出電壓比電源電壓 (工作電壓 )低 。 靈敏繼電器 J釋放時 , 其線圈中產(chǎn)生的高壓感 應(yīng)電動勢極易損壞集成電路內(nèi)部線路 , 故在電路中設(shè)置 D D2（均為 2CP型）兩只二極管 ， 作為泄放通道。 該系統(tǒng)主要由光敏電阻式傳感器 R、電子控制電路和繼電器 J等組成，如圖 13所示。 若對面有車輛駛來且相距 150m一 200m時 ,光敏電阻 R受燈光照射 , 其電阻值減小 , 晶體管 T1受較大正向偏壓而導(dǎo)通 ,T2亦導(dǎo)通， T3截止 ,T4導(dǎo)通 , T5導(dǎo)通 , 于是繼電器 J吸合 , 觸點(diǎn) K與近光燈接柱 2接通 , 前照燈由遠(yuǎn)光變?yōu)榻狻? 前照燈處于近光狀態(tài)時 , 三極管 T6截止 ,圖中串聯(lián)電阻 R3被斷路 , 使支路電阻增大 , 電路的靈敏度降低 , 并出現(xiàn)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換滯后現(xiàn)象。另外 , 為了防止自動變光控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障影響車輛正常行駛 , 該系統(tǒng)仍保留腳踏變光開關(guān) S。圖 4所示是由集成電路和繼電器組成的前照燈自動延時關(guān)閉控制電路 , 其工作原 5 理如下 : 圖 14前照燈關(guān)閉自動延時控制系統(tǒng)電路 K1 電源開關(guān) K2 車燈開關(guān)延時按鈕 K3 延時按鈕 IC SG555或 LM555 使用前首先按按下延時按鈕 K3, 電源經(jīng) K K R R2向電容器 C2充電 , 約經(jīng) 10s后釋放 K3, 充電結(jié)束。于是繼電器吸合 , 電源經(jīng) K D1向前照燈供電 , 使前照燈繼續(xù)點(diǎn)亮。 第二章 AFS 自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)簡介 現(xiàn)有的前照燈系統(tǒng)在安全性方面存在隱患，人們?nèi)找骊P(guān)注汽車駕駛的安全性問題，從而使智能前照燈系統(tǒng)得以廣泛發(fā)展和應(yīng)用。 HID 燈與鹵素車燈相比，亮度增加了 3 倍，投射范圍既遠(yuǎn)又廣，而它所消耗的能量卻比一般的鹵素車燈節(jié)省 45％，使用壽命比鹵素車燈延長 5 倍，一般可達(dá)到 3,000 小時。 20 世紀(jì) 90 年代中期以后， LED 作為汽車尾燈已經(jīng)被人們廣泛接受。以 LED 作為汽車前照燈的新車型已經(jīng)在底特律、東京、法蘭克福、日內(nèi)瓦、巴黎等各大城市登場，引起極大 6 轟動。但是，實(shí)際道路使用狀況、環(huán)境狀況、氣候狀況等等情況非常復(fù)雜。這就需要設(shè)計一種靈活的前照燈系統(tǒng)，此系統(tǒng)能根據(jù)行車的方向，速度及天氣狀況的變化自動適應(yīng)，將前照燈的燈光進(jìn)行自動光照調(diào)節(jié)控制。所以歐洲和日本相繼 研制了這種自動適應(yīng)車輛行駛狀態(tài)的前照燈系統(tǒng) —— AFS（自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)）。本文將對 AFS 系統(tǒng)進(jìn)行綜述。該系統(tǒng)可以根據(jù)汽車行駛的速度、偏離速率以及轉(zhuǎn)向角等表示汽車運(yùn)動狀的參量來計算照明的方式。這種系統(tǒng)尤其在城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、高速公路等不同復(fù)雜路況條件下以及惡劣天氣中的應(yīng)用，將有益于駕駛安全性的提高。由于需要對多種車輛行駛狀態(tài)做出綜合判斷，因此 AFS 系統(tǒng)是一個多輸入多輸出的復(fù)雜的系統(tǒng)。 （ 2）傳感器 包括角度傳感器和速度傳感器 等。 （ 3）霧探測器 該探測器能應(yīng)用在惡劣天氣尤其是濃霧條件下，給出真實(shí)的實(shí)際可視距離。 （ 4）夜間可視系統(tǒng) 作為一個獨(dú)立的可視增強(qiáng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為遠(yuǎn)紅外線和近紅外線兩種特性，這兩種都能應(yīng)用在 支持夜間可視的前照燈系統(tǒng)中。圖 1 和圖 2 為 AFS 在車上的示意圖和模塊化系統(tǒng)簡圖。比如，為了實(shí)現(xiàn)彎道旋轉(zhuǎn)照明的功能，除了要從車速傳感器獲取車速、方向盤角度傳感器獲取方向盤轉(zhuǎn)角、車身高度位移傳感器獲得車身 傾斜角度以外，還必須通過一些特殊的傳感器，獲取車輛實(shí)際轉(zhuǎn)向角度的信息。 CAN 總線屬于多路傳輸系統(tǒng)中的一種，是一種極適用于汽車環(huán)境的汽車局域網(wǎng)。一般有投射式前照燈，對前照燈垂直角度進(jìn)行調(diào)整的調(diào)高電機(jī)，對前照燈水平角度進(jìn)行調(diào)整的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，對基本光型進(jìn)行調(diào)整的可移動光柵，此外 還有一些附加燈，如角燈等等。角度和速 __度信息通過中央控制電路精確計算后產(chǎn)生輸出信號，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)對前照燈進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，傾斜度信息控制調(diào)高電機(jī)對前照燈進(jìn)行垂直旋轉(zhuǎn)。 圖 23 AFS系統(tǒng)簡圖 AFS 系統(tǒng)工作情況 當(dāng)車輛進(jìn)入彎道或其他特殊的道路狀況時，由于方向盤角度和速度發(fā)生變化，角度和速度傳感器通過 CAN 總線傳輸?shù)诫娍貑卧?（ ECU）的信號相應(yīng)地發(fā)生了變化，ECU 捕捉到這些信號的變化，同時判斷車輛進(jìn)人了哪種彎道，并發(fā)出相應(yīng)的指令給前照燈的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變前照燈的水平照射位置。 9 它們在車輛不同轉(zhuǎn)向時分別工作，當(dāng)車輛右轉(zhuǎn)彎時，右近光燈旋轉(zhuǎn)照亮車輛右側(cè)道路；當(dāng)左轉(zhuǎn)彎時，左近光燈旋轉(zhuǎn)照亮車輛左側(cè)道路。對于按照交通法規(guī)規(guī)定右側(cè)行 駛的國家，右近光燈的調(diào)節(jié)角度最大可達(dá)到 5176。 ，反之亦然。與傳統(tǒng)前照燈比較， AFS 系統(tǒng)能夠在彎路上提供更多需要的照明。 AFS 系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)不同功能為目的，選擇性配裝，所以其軟硬件變化比較大，特別是燈具中安裝的旋轉(zhuǎn)核心機(jī)構(gòu)，每個公司都會有獨(dú)特的設(shè)計。圖 1 前燈下部的自由曲面旋轉(zhuǎn)前燈在測試屏上的打光效果如黃色區(qū)域，可左右移動。 目前批產(chǎn)的 AFS 系統(tǒng)多見使用投射單元的旋轉(zhuǎn)核心，其大致的結(jié)構(gòu)如圖 27所示，一個普通旋轉(zhuǎn)核心包括水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)框架、 PES 單元和旋轉(zhuǎn)軸等部件。 11 圖 28調(diào)光電機(jī)的安裝位置 圖 29某旋轉(zhuǎn)核心的完整結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光切換和陰雨天遮擋的投射式單元，要采用電磁線圈拉動的遮光板。 12 圖 210線圈拉動遮光板改變光型 圖 211加裝了旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電磁線圈的 AFS旋轉(zhuǎn)核心和常規(guī)變光 PES單元對比圖 執(zhí)行電機(jī)：比較常用的調(diào)高電機(jī)主要分為直流電機(jī)和步進(jìn)兩種，直流電機(jī)通過渦輪蝸桿傳動后，輸出力較大，但同時響應(yīng)速度變慢且不可調(diào)節(jié)，壽命短、噪音也大一些；相比之下，步進(jìn)電機(jī)輸出力小，響應(yīng)速度快可以調(diào)節(jié)、壽命長、噪音低。 圖 212直流調(diào)高電機(jī)總成 圖 213步進(jìn)調(diào)高電機(jī)總成 旋轉(zhuǎn)電機(jī)總成的設(shè)計方法分為日式設(shè)計和德式設(shè)計兩種，圖 27 是日式設(shè)計，圖 211 是德式設(shè)計。采用齒輪傳動的日式旋轉(zhuǎn)電機(jī)總成，響應(yīng)速度可以調(diào)節(jié)，但存在一個必須通電保持不能自鎖的缺陷，步進(jìn)電機(jī)每相都需要幾百 ma 的電流，所以是非常耗電的。但德式的電機(jī)傳動部件和旋轉(zhuǎn)框架結(jié)合緊密，裝配比較復(fù)雜。 車速信號如果是數(shù)字信號，處理非常方便，但同時存在一個信號間隔的問題，即能不能在短時間通常是零點(diǎn)幾秒 之內(nèi)判斷車輛是否處在加速或者是減速的狀態(tài)。車速信號如果是頻率脈沖，采樣方便，但處理比較復(fù)雜，在數(shù)十到數(shù)百毫秒內(nèi)精確判斷車速和加速度，需要一定的信號處理技巧。另，靜態(tài)調(diào)光只需在車輛未啟動之前調(diào)節(jié)即可，車速只相當(dāng)一個功能開關(guān)信號。車身高度傳感器使用連桿將車身與懸架間的距離變化轉(zhuǎn)變?yōu)榻嵌茸兓⑼ㄟ^輸出電壓的改變線性測得此角度的變化量。 車身高度傳感器隨懸架振動變化劇烈，在車輛未啟動之前尚可以通過求取多次均值的方法得到穩(wěn)定的輸出信號，一旦有了速度不僅振動的幅度很難確知，甚至連振動的頻率都是極難以描述的。 圖 215車身高度傳感器 15 使用車速傳感器和前后兩個車身高度傳感器，加上執(zhí)行機(jī)構(gòu) —— 調(diào)光馬達(dá)，就可以架構(gòu)一個如圖 217 所示的動態(tài)自動調(diào)光系統(tǒng)。比較常見的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器通常有齒輪式（圖 218）和光碼盤式（圖 219）兩種。都采用一個大盤帶動兩個小盤，通過兩個小盤的相位差判斷方向盤是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。這種數(shù)字信號用控制器處理時，也存在信號的傳送速率和更新速率的問題，選擇不當(dāng)，就會影響系統(tǒng)的最終效果。 16 圖 218齒輪式方向盤轉(zhuǎn) 角傳感器 圖 219光碼盤式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器 17 圖 220方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的安裝位置 前面采用方向盤轉(zhuǎn)角而非橫向加速度傳感器計算轉(zhuǎn)彎半徑的問題，類似的問題也包括為何使用車身高度傳感器而非縱向傾角傳感器。比如說底盤轉(zhuǎn)向特性分為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的兩種截然不同的情況，由于底盤復(fù)雜的避震系統(tǒng)，瞬態(tài)情況的振動時間特征曲線 類似于一個二階系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)，要想得到穩(wěn)定的能反映轉(zhuǎn)向特征的輸出信號必須要在 ，即打過方向盤后 ，采用橫向加速度傳感器讀出的穩(wěn)定信號，才能用于轉(zhuǎn)彎半徑的計算，僅得到信號并數(shù)據(jù)處理的時間就已經(jīng)超出了整個系統(tǒng)的響應(yīng)時間。但更高精度的非接觸加速度和傾角傳感器卻能夠很方便的應(yīng)用于系統(tǒng)測試和數(shù) 第三章 預(yù)瞄型 AFS 系統(tǒng) 隨著汽車前照燈技術(shù)日臻完善，出現(xiàn)了具有預(yù)知功能的 PAFS（ predictiveadvanced front lightingsystem）