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雨水传感器在汽车上的应用




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现在,汽车中已经安装了越来越多的传感器以增加主动和被动安全性,一种具有极高的市场渗透性的传感器是雨水传感器,以增加舒适性和安全性。

       如果汽车有雨水传感器,驾驶者就无需调节雨刮器设置来迅速停止刮片的运动或者得到更好的视角。当在湿路上驾驶时,驾驶者就无需动手来打开雨刮器,所以驾驶者就可以集中精力开车。如果安装了附加的“辅助车灯开关”,车灯就会在昏暗超时的条件下打开,不会由于车灯一直开着而浪费燃料。目前大多数车型都采用的是单电机驱动的雨刮器系统。这套系统的优点不言而喻,采用连杆机构驱动2个雨刮,成本比较低。但雨刮的噪声和雨雪天气刮刷不净的现象还是时有发生。

  一、雨水传感器工作原理:

  大多数的雨水传感器使用的是光学系统,由光发射二极管(LED)、光接收二极管(LRD)、周围环境传感器、电控制单元(ECU)和几个镜头组成。

  由LED发出的光以全反射角度在挡风玻璃的外表面反射,其角度必须在420(玻璃-空气)和630(玻璃-水)之间。如果在挡风玻璃上游说,一些光会双倍射出,且这会引起从LRD出来的电流减少,电流以电子来评测,从LED发出的光反射到LRD的挡风玻璃区域被称之为传感器的“敏感区域”。仅仅当雨水滴到这个区域时,才可以被探测出来。为了由一个灵敏可靠的系统,挡风玻璃区域和灵敏区域之间必须要有一个较好的比例。

  二、汽车雨刮系统

  汽车挡风玻璃雨刮系统由雨传感器、雨刮器电动机、杆式开关、继电器和ECU组成。雨水传感器安装在挡风玻璃上,在扫除区域探测雨水时,雨刮器以一种能使驾驶者总有个很好的视角进行运动。有两种不同的系统。

   1、独立的雨水系统:在这种系统中,雨水传感器直接与雨刮器杆式开关、雨刮器电动机继电器和雨刮器电动机停止信号相连。

  2、网络雨水传感器:在这种系统中,雨水传感器连接到总线上,它通过网络接收所有信息并且发送所有命令。

  在驾驶者打开系统后,雨水传感器控制了所有的扫除行为,它将命令单个雨刮器以低速扫除或以高速扫除。因为每个驾驶者对雨刮系统如何反映由不同的期望,因此,灵敏度设置可以使系统满足驾驶者不同的需要。Bosch新推出的雨刮器电机可以不断变化速度进行连续扫除。

  三、信号评测

  1、  发射器

  发射器由模-数转换器(DAC)和电源组成。DAC的模拟电压控制决定了LED发射出的光的强度,一般情况下使用2~4个LED。发射器的电流调节非常重要,因为光转化的有效性是非常可变得且有一个温度梯度。一般地,在LED中,光以脉动方式发射以减少损耗和增加电流。使用宽范围的发射器电流的另一个原因是光通过挡风玻璃的发射没有很好的规范且有很大的公差范围。一般的挡风玻璃都有4~6mm厚且对垂直于表面的IR由特定的发射级别。不同的供应商的上下限时不同的。

  2、接收器

  接收器有几个LRD、电流-电压转换器、清除或低频偏移的过滤器、放大器和ADC组成,它一般还包括微控制器。LRD有微控制器是由微控制器来控制着开和关。如果

  存在干扰光时,LRD会被关闭。发射的宽范围是使用可变的电流-电压转换来确保接收器系统的余下部分具有良好条件的原因。在转换以后,幸好被过滤。所有的DC或低频干扰都会被去掉以获得纯粹的信号。干扰一般由周围环境的光引起,干扰的量有微控制器来测量以决定光路是令人满意,还是被阳光所饱和,且会给出一个信号精度指示。过滤后的信号被ADC放大、转换。

  3、微控制器

  微控制器控制整个系统且对信号进行测评。在测量执行之前,最佳工作点被测评。同过测试来进行测评工作。在接收器中的转换比例最不希望在具有最大发射电流的ADC中有饱和信号。在发射电流被测评后,它在接收器里生成信号。它在定义了上下限之间。上限是由饱和效应决定而不是由ADC的精度决定。传感器在操作点开始工作。干扰和信号不断的被测量和测评。接收信号对时间的梯度和被规则系统用来测评正确的扫除策略,而且,周围的光被一个额外的传感器测量以探测白天或晚上的状况。在晚上,因为水珠对可见度由较大的影响,尤其是如果有其它车辆的明亮前灯照着的时候,所以,灵敏度会增加。

        四、扫除模式

  不同的扫除模式用于对所有雨水条件进行性能优化,对雨密度刮雨速度模式如图所示。

  1、  直接模式

  在直接模式中,有一个以低雨刮速度的单一擦拭动作。当自动模式达开时和当系统探测到干燥的挡风玻璃时,这是一个最基本的工作状态。从这种状态中,每次下雨事件都会直接触发单一擦拭运动。在擦拭过程中,系统以低速度决定停、接续擦拭或转换到高速擦拭。

  2、  间歇模式

  这种模式是用于下雨的情况且以低速运行单一擦拭。每隔几秒钟,传感器就会探测雨滴,两次下雨之间的时间决定了两次单一擦 拭之间的间歇。在每次间歇的终了时,时间会被重新计算,雨越多,间歇越短,反之亦然。在计算中,前次间歇会被考虑进来以达到一种和谐的状态。否则“神经性的行为”将会惹烦驾驶者。如果计算的间歇要比最大间歇还要长,则系统会转到直接模式。在每一个擦拭循环中,传感器会检查决定是进行转换还是继续擦拭。


  3、连续擦拭

  在擦拭循环中,下雨的次数会被计算且雨滴的大小也会被评测,者用于得到雨强度的信息。根据这一强度,雨水传感器会产生低速、高速或具体的擦拭速度(如50r/min)。动态滞后,它在最后的循环中依靠这一事件,会阻止系统从一种速度快速地转换成另一种速度。使用刮雨器电动机停止信号的时间基准确保在所有条件下对所有雨刮器电动机正确操作。如果电动机以低速进行擦拭,探测时间减少且低速和高速之间的临界值会自动提高。雨水传感器模式总是在停止前将速度从高速减道低速以防止雨刮器产生机械应力。

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