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

這些看似小小的功能是如何實(shí)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(shí)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(dòng)大燈和自動(dòng)雨刮系統(tǒng)功能

光雨量傳感器識(shí)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(hào)，或者是雨刮控制信號(hào)，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(dòng)雨刮的相關(guān)控制動(dòng)作，同時(shí)根據(jù)雨刮組合開關(guān)的手動(dòng)雨刮指令信號(hào)進(jìn)行雨刮的間歇、低速、高速的動(dòng)作。車身控制器根據(jù)燈光開啟指令進(jìn)行自動(dòng)燈光的相關(guān)控制，開啟位置燈和近光燈。

01.

自動(dòng)大燈功能

外界光照強(qiáng)度的計(jì)算，比較簡(jiǎn)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(shí)間策略，將大燈的控制信號(hào)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(shí)，才會(huì)控制大燈。

▲圖2自動(dòng)大燈請(qǐng)求框圖

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

▲圖3自動(dòng)大燈閾值以及冷卻時(shí)間

02.

自動(dòng)雨刮功能

對(duì)于雨量的測(cè)量，氣象觀測(cè)站是用一個(gè)集水器放在一個(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)關(guān)系，通過測(cè)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(cè)量溫度的原理來間接測(cè)量雨量的。當(dāng)無雨時(shí)，熱電偶的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)維持在一個(gè)定值，當(dāng)有雨時(shí)，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(dòng)勢(shì)下降，通過測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化即可測(cè)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(dòng)勢(shì) E。1、 2點(diǎn)的溫差越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(cè)量。實(shí)際應(yīng)用中，2組發(fā)射紅外光的LED 與一個(gè)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(huì)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(dòng)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(shí)候，靈敏度會(huì)更高。

▲圖7 自動(dòng)雨刮系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

雨刮自動(dòng)控制控制邏輯如下圖所示，詳細(xì)步驟：

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

2.雨刮點(diǎn)刮，雨刮刮水速度指令間歇輸出1。如果在5s的間隔時(shí)間內(nèi)， 只有小雨， 則維持在雨刮點(diǎn)刮。當(dāng)檢測(cè)到中雨時(shí)， 開始計(jì)數(shù)間隔刮次數(shù)。點(diǎn)刮3次后進(jìn)入雨刮周期刮刷， 期間若檢測(cè)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(shí)間根據(jù)車速和靈敏度值， 期間若檢測(cè)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(diǎn)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(cè)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(cè)到無大雨， 則退回至雨刮低速連續(xù)刮。

▲圖8自動(dòng)雨刮的控制邏輯

03.

總結(jié)

目前基于光雨量傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)雨刮和自動(dòng)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(shí)現(xiàn)這個(gè)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(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度和雨量大小的識(shí)別，這樣又可以省下一個(gè)光雨量傳感器的成本。