分析汽车自适应前照灯系统的设 - 汽车电器/电路

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分析汽车自适应前照灯系统的设(二)

2012-07-07 17:17:15 来源: 作者: 【大中小】浏览:5958次评论:0条

要求，本文中的AFS设计定义了系统控制逻辑要求及规划、参数及机能，图6为AFS原理图。系统设计基本要求如下。

1）系统应能通过独立的AFS控制器进行控制。图5 不同速度与转弯半径下对应的车灯转角
2）系统应采用旋转执行器加步进电机的方案来实现前照灯的驱动。
3）系统应能够通过CAN/LIN总线与整车其他系统进行通信以及实现内部信号的传输。
4）AFS控制器不仅要做模糊的判断，还要随着环境的改变不断地修正系统参数。
5）在颠簸路面和短时间的路面冲击下，保证车灯照射角度和距离不会进行频繁地调整，以提高系统可靠性，防止驾驶员眼睛疲劳。
6）AFS在电气控制系统出现故障时，左右旋转方向应能够通过内部的机械结构实现灯光照射角度的自动回正。

1.4.2 控制系统设计方案
AFS控制系统设计方案采用了由主控制器和电机驱动控制器组成的分布式控制方式，建立了电机驱动控制和AFS控制信号处理分离的架构，图7为控制系统设计框图。

在图7中，AFS主控制器主要以LIN、CAN总线接口实现指令的输出和数据的交换，以及系统信息的采集、模型数据计算车灯偏角等。另外，AFS主控制器作为系统的中央控制模块，还负责整个系统的故障诊断和检测处理，能够根据不同的失效形式采取不同的解决措施，并通过CAN总线实现故障的诊断传输。驱动控制器主要负责通过LIN总线从主控制器接收电机的目标位置，实现电机驱动和位置控制、检测。另外，驱动器具备电机故障诊断功能，并将故障信息通过LIN发送到主控制器。

2 AFS软硬件设计
系统硬件指的是传感器、执行机构、控制器和总线通信线束等，软件指的是控制器中的程序。AFS以实现不同的功能为目的，选择性配装，所以其软硬件变化比较大。

2.1 AFS主控制器设计
AFS主控制器对采集到的车身CAN信号和轴高信号，经过控制器内置的位处理器进行计算，然后将计算的车灯偏角信号通过LIN总线发送给驱动控制板。图8为AFS主控制器设计电路图。图9为AFS主控制器输入/输出框图。另外，主控制器可对CAN/LIN总线通信、轴高传感器、驱动控制器、执行电机和Ballast等实施故障诊断，并将诊断信息以DTC形式保存于EEPROM中，也可通过CAN总线诊断服务进行读取/清除。必要时，故障码也可通过总线发送至仪表显示。

图8电路中，系统主芯片采用日本瑞萨公司生产的R8C 2123芯片，该芯片最高工作频率是20 MHz并支持2.2~5.5 V电压, 1 M字节的地址空间。它支持小到中规模的系统，在内置电机控制用定时器的产品中，支持诸如“系统控制+电机控制”这样先进的系统。标准内置外围设备包括8位多功能定时器、16位定时器、UART/时钟同步串行接口，电压检测电路、上电复位电路、高/低速内部振荡器、看门狗定时器等。

2.2 AFS从控制器设计

AFS从控制器（电机驱动控制器）通过LIN总线接收主控制器信号，控制电机的旋转角度、速度、加速度，包括当前位置反馈和故障监测，从而实现近光灯灯轴的上下左右调节。同时，并将电机当前的状态反馈给主控制器。图10为AFS从控制器输入/输出框图。

AFS从控制器驱动模块设计还需考虑包括在线诊断和标定、异常处理（总线异常、传感器异常、超温、开路、反极性等）等方面的内容；另外，电机运动控制优化（避免失步、减少噪声、相位和速度控制、电流控制等）、减少维持电流和减少发热等也是需要注意的方面。图11为步进电机驱动控制电路图。

图11电路中采用了电机控制芯片AMIS-30621，其内置了电源模块、控制器、LIN总线收发器、电机驱动等功能。其主要特性有：最高峰值电流输出达800 mA；提供了最高达16细分数的步进电机驱动；内建加减速算法，完全兼容LIN总线规范。

2.3 执行机构设计
AFS执行机构采用了旋转执行器加步进电机方案，在减速机构中加入了位置反馈器，可以对转角进行实时监测和修正，有效地避免了步进电机的失步。采用旋转执行器可以通过高精度的齿轮减速系统来驱动灯头旋转，从而实现精确调节光束。

执行机构应具备驱动接口，用于接收驱动控制器的相位驱动电流，从而驱动电机旋转。弯道调节旋转执行器设计时，要考虑到输出力小、响应速度快、寿命长、噪声低的要求。水平调节驱动电机应由专用驱动芯片控制，并且有传动杆进给量的反馈信号输出，电机总成设计时，必须要从系统控制的角度加以考虑。表2为执行电机设计参数。