安森美半導(dǎo)體用于汽車(chē)自適應(yīng)前大燈系統(tǒng)的電機(jī)控制方案

 車(chē)燈，好比汽車(chē)的眼睛，是保證汽車(chē)安全行駛的重要組成部分。而傳統(tǒng)的汽車(chē)照明系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足人們?nèi)找嫣岣叩陌踩熊?chē)的需求，特別是在夜間行駛時(shí)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(lái)的車(chē)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(jiàn)度低，且存在照明盲區(qū)。據(jù)美國(guó)國(guó)家高速公路交通安全管理局公布的數(shù)字，汽車(chē)約有25%的時(shí)間在夜間行駛，但超過(guò)40%的重大事故發(fā)生在這個(gè)時(shí)間段。為減少眩光，歐洲各國(guó)當(dāng)局要求為汽車(chē)配備自動(dòng)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(kāi)發(fā)，可自動(dòng)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(chē)安全性。

自適應(yīng)前大燈系統(tǒng)(AFS)的優(yōu)勢(shì)

(一) 自動(dòng)調(diào)平以減少眩光

當(dāng)汽車(chē)勻速行駛在平坦的路面時(shí)，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(guò)減速帶時(shí)、緊急制動(dòng)、加速行駛或加油時(shí)等等)可能會(huì)傾斜，而自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)使汽車(chē)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(shí)防止大燈照向太遠(yuǎn)。該功能通過(guò)負(fù)載軸傳感器信號(hào)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(chē)傾斜的信息，而調(diào)平控制單元利用剎車(chē)或油門(mén)踏板的應(yīng)用提示、速率變化、懸掛行程和壓力等線(xiàn)索智能地濾除傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)計(jì)算傾斜度，然后前大燈據(jù)此信息向上或向下移動(dòng)以便駕駛員在不平坦的地形或剎車(chē)時(shí)糾正車(chē)距的變化，或在檢測(cè)到迎面而來(lái)的汽車(chē)時(shí)自動(dòng)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(chē)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(dòng)調(diào)平的3種照明效果

(二) 自動(dòng)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?yàn)槠涔馐较蚴冀K與車(chē)身一致，駕駛員無(wú)法看清彎道內(nèi)側(cè)的路況;而配備AFS的汽車(chē)能根據(jù)轉(zhuǎn)彎角度和車(chē)輪速度的實(shí)時(shí)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(chē)駕駛員及行人的安全(圖二)。

各種研究表明，當(dāng)汽車(chē)行駛到轉(zhuǎn)彎處，AFS的自動(dòng)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(shí)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(chē)四周各種傳感器的輸入如轉(zhuǎn)彎位置、速度、車(chē)距等來(lái)進(jìn)行的，驅(qū)動(dòng)器IC負(fù)責(zé)將輸出轉(zhuǎn)換為需要的PWM波形以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)到所需的位置。這就要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)器不僅快速準(zhǔn)確，而且可靠和容錯(cuò)。步進(jìn)電機(jī)能以適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時(shí)間和高精度實(shí)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(wú)需反饋信號(hào)就能正確定位，適用于AFS應(yīng)用。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)步進(jìn)電機(jī)：一個(gè)在垂直面控制調(diào)節(jié)大燈高度，一個(gè)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(chē)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡(luò)(CAN)總線(xiàn)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(xiàn)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(chē)體轉(zhuǎn)向角度和車(chē)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(duì)步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)將來(lái)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(hào)，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(hào)LIN收發(fā)器NCV7321、微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器NCV70514、NCV70627和NCV70522。

NCV70514和NCV70522是雙H橋兩相微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，二者都是通過(guò)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(shí)鐘信號(hào)和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向(DIR)啟動(dòng)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(cè)器、PWM電流控制自動(dòng)調(diào)速等。

NCV70514在檢測(cè)到發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的電氣故障、欠壓或不斷升高的結(jié)溫時(shí)會(huì)發(fā)出故障信號(hào)。它采用專(zhuān)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(cè)算法和控制環(huán)路，以根據(jù)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)(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(mén)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(dòng)器，通過(guò)LIN遠(yuǎn)程連接至主機(jī)，是專(zhuān)用的機(jī)電一體化方案，通過(guò)總線(xiàn)接收定位指令，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)線(xiàn)圈到所需的位置，可配置用于不同的電機(jī)類(lèi)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(chē)系統(tǒng)，集成無(wú)傳感器步進(jìn)損耗檢測(cè)特性及一系列保護(hù)特性如過(guò)流保護(hù)、開(kāi)路檢測(cè)、高溫警告和管理、LIN總線(xiàn)短路保護(hù)、欠壓管理等。

圖四 AFS應(yīng)用框圖

結(jié)語(yǔ)

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(dòng)調(diào)節(jié)照明區(qū)域和角度，并提升能見(jiàn)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(huì)越來(lái)越普及。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為AFS的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力也將隨之發(fā)展。安森美半導(dǎo)體因應(yīng)此趨勢(shì)開(kāi)發(fā)出一系列驅(qū)動(dòng)IC，為汽車(chē)照明設(shè)計(jì)人員提供多種選擇，提升汽車(chē)駕乘安全。