《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于LIN總線的汽車HID前照燈自動調(diào)光系統(tǒng)
摘要: 針對汽車HID前照燈對自動調(diào)光的需求,本文設(shè)計(jì)了一套基于LIN總線的前照燈自動調(diào)光系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、硬件組成和軟件設(shè)計(jì)基本思想,并給出了軟件編程的基本框架。
Abstract:
Key words :

  引言

  HID是高壓氣體放電燈(High Intensity Discharge)的縮寫,也可稱為重金屬燈或者氙氣大燈。與傳統(tǒng)鹵素?zé)襞菹啾?,HID有亮度高、壽命長、省電等優(yōu)點(diǎn)。

  正是由于HID具有高亮度的特點(diǎn),如果使用時照射高度調(diào)節(jié)不當(dāng),在會車時將會對迎面來車的司機(jī)造成強(qiáng)烈的眩目,產(chǎn)生安全隱患。為了規(guī)范HID前照燈的市場,聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(United Nations Economic Commission for Europe)在ECE-R48條款中明確規(guī)定:裝備HID前照燈的車輛必須配備能夠全自動調(diào)節(jié)其照射高度的系統(tǒng),也可稱之為前照燈水平自動調(diào)光系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作時,會根據(jù)車輛負(fù)載的變化自動調(diào)整HID前燈的投射俯仰角度,確保其投射高度在合適的范圍內(nèi),既達(dá)到良好的照明效果,又不會對迎面車輛的司機(jī)造成眩目。

  系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

  如圖1所示,系統(tǒng)可分為三個部分,即車身高度傳感器、中央控制單元和驅(qū)動執(zhí)行單元。系統(tǒng)運(yùn)作情況如下:該系統(tǒng)的主MCU(MC68HC908GZ60)采集車身前后軸高度傳感器的信號,經(jīng)運(yùn)算后發(fā)出控制信號分別給左右前照燈的水平調(diào)光步進(jìn)電機(jī),指示

 

電機(jī)轉(zhuǎn)動到指定位置,完成自動調(diào)光。

 

 

  前照燈自動調(diào)光系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
圖1 前照燈自動調(diào)光系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  車身高度傳感器

  該系統(tǒng)的主要原理是利用測定車內(nèi)兩個基準(zhǔn)點(diǎn)(約前、后軸位置)到地面的距離差得出車輛的傾斜角度信號,從而進(jìn)行水平調(diào)節(jié)??蛇x擇光電編碼式的車高傳感器,把車身高度的變化(懸架變形量的變化)變換成傳感器軸的旋轉(zhuǎn),將檢測出的旋轉(zhuǎn)角度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞斎隡CU。實(shí)驗(yàn)中,車身高度傳感器在車左前輪和左后輪內(nèi)側(cè)各裝一個。

  中央控制單元

  系統(tǒng)中央控制單元采用飛思卡爾(Freescale)公司生產(chǎn)的MC68HC908GZ60芯片為主MCU,配合其他必要元件組成控制單元電路。該芯片主要特性有:8位HC08型CPU,開發(fā)資源豐富,兼容性好;片載60KB Flash EEPROM,2KB RAM;24通道A/D轉(zhuǎn)換模塊,10位精度。

  此外,選擇飛思卡爾MC33399芯片與核心MCU通過SCI口相連,作為LIN總線收發(fā)器。該芯片最多可以驅(qū)動16個節(jié)點(diǎn)。

  之所以選擇LIN總線,是因?yàn)樗呀?jīng)是車用總線中較為普及的一種,它的優(yōu)點(diǎn)是芯片價格低廉,性價比高。LIN總線信號傳輸速率可達(dá)19.2kbps,一般用在對汽車安全性要求不高的控制場合,例如電控門窗、車燈開關(guān)控制等。

  LIN總線主節(jié)點(diǎn)電路原理圖如圖2所示。

  LIN總線主節(jié)點(diǎn)電路原理圖
圖2 LIN總線主節(jié)點(diǎn)電路原理圖

  驅(qū)動執(zhí)行單元

  驅(qū)動執(zhí)行單元,主要是通過獲取LIN總線上的信號,來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動,從而帶動前照燈反光板沿垂直方向轉(zhuǎn)動,完成水平調(diào)光。

  此處選擇了美國AMI半導(dǎo)體公司的AMIS-30623步進(jìn)電機(jī)控制芯片。該芯片屬高集成度芯片,內(nèi)建了電源模塊、控制器、LIN總線收發(fā)器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。其主要特性有:最高峰值電流輸出達(dá)800mA;提供最高達(dá)16細(xì)分?jǐn)?shù)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動;內(nèi)建加減速算法;完全兼容LIN1.3規(guī)范。

  由于AMIS-30623芯片本身不可重新編程,一切操作均通過LIN總線調(diào)用其內(nèi)部函數(shù)來完成,所以使用起來十分簡便。內(nèi)建的加減速算法對于控制步進(jìn)電機(jī)變速運(yùn)動非常有效。

  LIN總線從節(jié)點(diǎn)電路原理圖如圖3所示。

   LIN總線從節(jié)點(diǎn)電路原理圖
圖3  LIN總線從節(jié)點(diǎn)電路原理圖

  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

  軟件方面,采用1ms定時中斷采集,每次中斷到來時采取一組傳感器輸出的電壓值。經(jīng)過預(yù)判斷后,將有效數(shù)據(jù)保留,帶入公式計(jì)算,得出需要步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動到的目標(biāo)位置。通過LIN總線向相應(yīng)的AMIS-30623芯片發(fā)送信號,控制步進(jìn)電機(jī)按加速—勻速—減速的方式平穩(wěn)運(yùn)動到相應(yīng)位置。該程序在Freescale CodeWarrior 5.7.0環(huán)境下編譯通過。主程序流程如圖4所示。

  系統(tǒng)主程序流程圖
圖4 系統(tǒng)主程序流程圖

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果

  為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)光性能,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建了一個能夠模擬車身俯仰運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)平臺。實(shí)驗(yàn)過程中,控制平臺本身按一定幅度作俯仰運(yùn)動,測得調(diào)光系統(tǒng)階躍響應(yīng)時間約420ms,調(diào)整時間小于1s,穩(wěn)態(tài)誤差約0.035°,滿足了動態(tài)自動調(diào)光的基本要求。

 

 

        結(jié)語

  該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對汽車前照燈自動調(diào)光的基本功能,為進(jìn)一步開發(fā)更為復(fù)雜的自適應(yīng)前照燈系(Adaptive Frontlighting System)奠定了基礎(chǔ)。

  此外,該系統(tǒng)實(shí)際上是一套基于LIN總線和單片機(jī)的小功率步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。LIN總線作為一種成本低廉、有較強(qiáng)容錯性的局域總線,在汽車和工業(yè)控制等環(huán)境中正得到越來越廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)易開發(fā)、易維護(hù)、成本低廉,可最多添加至16個子節(jié)點(diǎn),增減節(jié)點(diǎn)前后軟件方面完全兼

容,無需重新編程。因此,該設(shè)計(jì)方案在小功率步進(jìn)電機(jī)控制領(lǐng)域具有一定的推廣價值。

 

 
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