關(guān)于用于汽車自適應(yīng)前大燈系統(tǒng)的電機(jī)控制方案分析和應(yīng)用

車燈，好比汽車的眼睛，是保證汽車安全行駛的重要組成部分。而傳統(tǒng)的汽車照明系統(tǒng)已無法滿足人們?nèi)找嫣岣叩陌踩熊嚨男枨?，特別是在夜間行駛時普遍存在著兩大顯著的缺點(diǎn)：一是駕駛員容易受迎面而來的車輛的眩光影響而分散注意力，增加了事故隱患；二是在彎道或十字路口能見度低，且存在照明盲區(qū)。據(jù)美國國家高速公路交通安全管理局公布的數(shù)字，汽車約有25%的時間在夜間行駛，但超過40%的重大事故發(fā)生在這個時間段。為減少眩光，歐洲各國當(dāng)局要求為汽車配備自動前大燈調(diào)平系統(tǒng)。自適應(yīng)前大燈系統(tǒng)(AFS)是應(yīng)此要求而開發(fā)，可自動適應(yīng)不同行駛環(huán)境和條件照亮前方，進(jìn)一步提升行車安全性。

自適應(yīng)前大燈系統(tǒng)(AFS)的優(yōu)勢

(一)自動調(diào)平以減少眩光

當(dāng)汽車勻速行駛在平坦的路面時，前大燈光束是平行于路面而照向前方的，但在其它情況下(通過減速帶時、緊急制動、加速行駛或加油時等等)可能會傾斜，而自動調(diào)平系統(tǒng)使汽車前大燈光束能保持與路面平行，并有助于在上坡路或下坡路時防止大燈照向太遠(yuǎn)。該功能通過負(fù)載軸傳感器信號調(diào)平前大燈，可適應(yīng)不同負(fù)載和不同坡度情況。

自調(diào)平系統(tǒng)中的調(diào)平傳感器向電子控制單元(ECU)發(fā)送關(guān)于汽車傾斜的信息，而調(diào)平控制單元利用剎車或油門踏板的應(yīng)用提示、速率變化、懸掛行程和壓力等線索智能地濾除傳感器數(shù)據(jù)，同時計算傾斜度，然后前大燈據(jù)此信息向上或向下移動以便駕駛員在不平坦的地形或剎車時糾正車距的變化，或在檢測到迎面而來的汽車時自動將大燈遠(yuǎn)光調(diào)為近光以防止眩光影響。如圖一的上中下三圖，分別展示了汽車在正常水平條件下、向后傾斜和向前傾斜的照明效果。

圖一 AFS自動調(diào)平的3種照明效果

(二)自動旋轉(zhuǎn)點(diǎn)亮傳統(tǒng)前照燈的照明盲區(qū)

傳統(tǒng)前照燈在彎道處存在照明盲區(qū)，因為其光束方向始終與車身一致，駕駛員無法看清彎道內(nèi)側(cè)的路況；而配備AFS的汽車能根據(jù)轉(zhuǎn)彎角度和車輪速度的實時傳感器數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)前大燈到所需的方向，點(diǎn)亮彎道內(nèi)側(cè)，提高了駕駛員和其它汽車駕駛員及行人的安全(圖二)。

各種研究表明，當(dāng)汽車行駛到轉(zhuǎn)彎處，AFS的自動旋轉(zhuǎn)功能使駕駛員凝視點(diǎn)的光照增加了3倍，拐角額外的光照增加了58%，幫助駕駛員識別到障礙物。

圖二 配備AFS前后的照明效果比較

AFS的工作原理

控制前大燈的運(yùn)行是根據(jù)汽車四周各種傳感器的輸入如轉(zhuǎn)彎位置、速度、車距等來進(jìn)行的，驅(qū)動器IC負(fù)責(zé)將輸出轉(zhuǎn)換為需要的PWM波形以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)到所需的位置。這就要求電機(jī)驅(qū)動器不僅快速準(zhǔn)確，而且可靠和容錯。步進(jìn)電機(jī)能以適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時間和高精度實現(xiàn)平穩(wěn)和漸進(jìn)的運(yùn)行，而且其成本低、強(qiáng)固，為給定尺寸提供高轉(zhuǎn)矩，無需反饋信號就能正確定位，適用于AFS應(yīng)用。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器在自適應(yīng)前大燈系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。如圖三所示，在左右前大燈里各有兩個步進(jìn)電機(jī)：一個在垂直面控制調(diào)節(jié)大燈高度，一個在水平面控制調(diào)節(jié)光束的旋轉(zhuǎn)。與前大燈的調(diào)平系統(tǒng)和各調(diào)平傳感器的通信經(jīng)由汽車數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸。控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線用于收集和分發(fā)傳感器數(shù)據(jù)，局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)總線用于控制前大燈。

前大燈控制器基于懸掛傳感器數(shù)據(jù)、橫擺角速度、車體轉(zhuǎn)向角度和車速采用合適的光束角度，并向最終控制的前大燈發(fā)送高調(diào)平調(diào)節(jié)命令。然后一對步進(jìn)電機(jī)專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)將來自前大燈控制的高調(diào)平調(diào)節(jié)命令轉(zhuǎn)換為必要的電機(jī)定位信號，以調(diào)平或旋轉(zhuǎn)前大燈光束。

圖三 AFS的工作原理

安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于AFS的主要電機(jī)控制方案

安森美半導(dǎo)體提供多種方案用于AFS，主要產(chǎn)品如低功耗高速CAN收發(fā)器NCV7340和獨(dú)立式低功耗混合信號LIN收發(fā)器NCV7321、微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器NCV70514、NCV70627和NCV70522。

NCV70514和NCV70522是雙H橋兩相微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，二者都是通過I/O引腳和SPI接口與外微控制器連接，根據(jù)步進(jìn)輸入引腳(NXT)上的時鐘信號和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向(DIR)啟動下一微步。關(guān)鍵特性包括：提供從整步到32微步的7種模式選擇、完全集成電流感測器、PWM電流控制自動調(diào)速等。

NCV70514在檢測到發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的電氣故障、欠壓或不斷升高的結(jié)溫時會發(fā)出故障信號。它采用專有的PWM算法提供可靠的電流控制。

NCV70522包含速度和負(fù)載角(SLA)輸出，支持創(chuàng)建堵轉(zhuǎn)檢測算法和控制環(huán)路，以根據(jù)電機(jī)的反電動勢(BEMF)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和速度，集成5 V穩(wěn)壓器，并集成復(fù)位功能和看門狗功能以及熱警告和熱關(guān)斷等。

NCV70627是帶位置控制器和控制/診斷接口的單芯片微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，通過LIN遠(yuǎn)程連接至主機(jī)，是專用的機(jī)電一體化方案，通過總線接收定位指令，然后驅(qū)動電機(jī)線圈到所需的位置，可配置用于不同的電機(jī)類型、定位范圍和速度、加速度及減速度等參數(shù)。該芯片兼容14 V汽車系統(tǒng)，集成無傳感器步進(jìn)損耗檢測特性及一系列保護(hù)特性如過流保護(hù)、開路檢測、高溫警告和管理、LIN總線短路保護(hù)、欠壓管理等。

圖四 AFS應(yīng)用框圖

結(jié)語

自適應(yīng)前大燈系統(tǒng)(AFS)克服了傳統(tǒng)前照燈的不足，可根據(jù)環(huán)境和條件自動調(diào)節(jié)照明區(qū)域和角度，并提升能見度，減少駕駛員看不清路況的安全隱患，有助于降低交通事故發(fā)生率，其應(yīng)用會越來越普及。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器作為AFS的關(guān)鍵驅(qū)動力也將隨之發(fā)展。安森美半導(dǎo)體因應(yīng)此趨勢開發(fā)出一系列驅(qū)動IC，為汽車照明設(shè)計人員提供多種選擇，提升汽車駕乘安全。