基于雨量傳感器實現(xiàn)的汽車智能化應用

趙松嶺，雷永富，王紅余，陶華勝，司雯雯

（奇瑞商用車 （安徽）有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 引言

汽車雨量傳感器是一種輔助性設(shè)備，可以自動開啟前照燈及雨刮，使駕駛更輕松，但雨量傳感器不是一種安全性設(shè)備，駕駛員仍需熟悉手動操作上述功能，并遵守相關(guān)法規(guī)，必要的時候手動控制前照燈及雨刮功能的打開及關(guān)閉。雨量傳感器主要由雨量感應元件及光感應元件組成，如圖1所示。

1）雨量傳感器功能：雨量傳感器通過接收對應區(qū)域內(nèi)的雨滴情況，根據(jù)雨滴的多少、大小來決定雨刮的刮刷頻率，并通過LIN的通信方式反饋相應的信息給控制器，再由控制器來執(zhí)行雨刮的動作。

2）光線傳感器功能：通過識別光線的緩慢變暗或快速變暗，確定環(huán)境為傍晚模式或隧道模式，通過LIN發(fā)送相應的指令控制前照燈打開，當檢測到的環(huán)境光值＞白天關(guān)燈的閾值，傳感器發(fā)送指令保持前照燈關(guān)閉。

圖1 雨量傳感器

2 雨量傳感器原理

雨量傳感器包含2組發(fā)射紅外光的LED（Group A、Group B）與一個接收紅外光的LED。Group A和Group B周期性地交替發(fā)射紅外光，接收紅外的LED會分別接收經(jīng)過玻璃反射回來的Group A和Group B的紅外光，如果接收的Group A和Group B相等，那表示沒有雨。如果接收的和發(fā)送的不相等，那么表示有雨。

LED交替發(fā)射的頻率遠高于人造光源可能造成的干擾，故傳感器抗干擾能力較強。傳感器的另一個特性是對準靜態(tài)的干擾如灰塵堆積、在玻璃上的痕跡等有很強的抗干擾能力，這些干擾源不會影響傳感器功能。

雨量傳感器的判斷原理如圖2、圖3所示：一個接收二極管交替地接收每組的反射光，如果每組的發(fā)射光數(shù)量相同，接收線路無輸出電壓。

任何雨滴降落在傳感器敏感區(qū)域，引起反射光不平衡，結(jié)果產(chǎn)生某一時鐘頻率的電壓信號，輸出數(shù)字脈沖。脈沖周期反應雨滴尺寸，而脈沖個數(shù)反映雨滴個數(shù)。

光傳感器一般由2個具有不同特性的光線接收二極管FW及AL組成 （有些廠家的傳感器多了一個IR紅外二極管），2個光線二極管互相獨立工作，傳感器ECU將綜合以上信息判斷前照燈打開或者關(guān)閉。探測區(qū)域如圖4所示。

3 雨量傳感器的應用

3.1 自動雨刮功能

3.1.1 工作控制邏輯 （圖5）

3.1.2 工作原理

圖2 干玻璃上的光線全反射

圖3 濕玻璃上的折射

圖4 光線傳感器探測區(qū)域

傳感器激活，雨滴落在感應區(qū)域內(nèi)觸發(fā)雨刮動作，然后根據(jù)雨的強度，傳感器通過LIN控制雨刮快慢及間歇時間，各個模式之間轉(zhuǎn)換平穩(wěn)，不會產(chǎn)生忽快忽慢的現(xiàn)象。雨量傳感器的感應靈敏度與周圍光線環(huán)境有關(guān)，在夜晚模式，傳感器更靈敏。雨量傳感器不能識別霧，必須手動開啟除霧 （帶自動除霧功能的傳感器除外），如果霧冷凝成水滴落在傳感器感應區(qū)域，根據(jù)設(shè)定的靈敏度不同，雨刮可能會動作。

傳感器建立了防干擾機制，以下外部干擾不會引起雨刮誤動作或降低傳感器靈敏度：①靜態(tài)影響 （例如：灰塵等）；②在玻璃上的痕跡；③周圍光變化；④周圍強光線；⑤雨刮刮過傳感器感應區(qū)域；⑥溫度變化；⑦玻璃表面結(jié)冰。

傳感器設(shè)計的算法會盡可能地減小雨刮刮刷的影響 （刮刷殘留痕跡、水跡等）。

圖5 自動雨刮工作控制邏輯

3.2 自動亮燈功能

3.2.1 光線傳感器功能及策略定義

傳感器由一個光傳感器和隧道傳感器組成，可識別緩慢變暗 （黎明／黃昏）以及快速變暗 （隧道），傳感器通過檢測周圍光亮度控制前照燈開閉。

傳感器不能識別大霧情況，必須手動開啟霧燈。灰塵或刮擦痕跡會減少傳感器接收到光強，從而導致前照燈打開。傳感器無高速開燈及雨天開燈功能。溫度或外界光源不會導致前照燈關(guān)閉，因為這些光源的波長遠低于光線傳感器判斷的波長閾值。

3.2.2 光傳感器激活

當LIN激活，則傳感器一直處于激活狀態(tài)。

3.2.3 光傳感器休眠／關(guān)閉

當雨量傳感器進入休眠模式，則光傳感器也進入休眠模式。

3.2.4 光傳感器功能策略定義

光傳感器通過從AL及FW二極管接收到的光信號控制在白天／黃昏／隧道／林蔭等情況下前照燈的開閉。傳感器在重新喚醒后，將會重新進行邏輯判斷，不會考慮休眠之前的邏輯及狀態(tài)。光傳感器在各模式之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖6所示。

圖6 光傳感器在各模式之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系圖

3.2.5 其他環(huán)境模式

1）橋梁／高架模式。按隧道模式進行判斷，當橋梁或高架特別長時，及通過橋梁底下或高架時速度較慢，傳感器有可能會判斷為隧道模式而打開前照燈，通常情況下，不會開燈。

2）林蔭模式。按隧道模式進行判斷，通常情況下的林蔭路不會開燈，當林蔭路特別茂盛時，傳感器可能會判斷為隧道模式而打開前照燈。

3.2.6 法規(guī)要求

國內(nèi)市場按照GB4785—2019要求見表1。

表1 GB4785—2019自動切換前照燈近光的條件

出口市場一般按歐盟ECE 48的法規(guī)要求執(zhí)行 （有特殊要求除外），ECE 48對自動前照燈的法規(guī)要求見表2。

表2 ECE 48對自動前照燈的法規(guī)要求

3.3 雨天自動關(guān)窗功能

雨天自動關(guān)窗功能是利用雨量傳感器功能檢測外界下雨狀態(tài)。當車輛下電后，雨量傳感器檢測外界天氣狀況是否有雨，如果檢測到有雨，則發(fā)送關(guān)窗信號給BCM，觸發(fā)玻璃升降器和天窗自動關(guān)窗。控制邏輯見圖7。

1）當LIN通道進入休眠狀態(tài)，信號檢測到車窗未關(guān)閉、點火開關(guān)OFF、待機模式打開、計數(shù)器計數(shù)<60s，此時進入預待機模式。

2）在預待機模式下，若檢測到有雨后，RLS喚醒LIN發(fā)送關(guān)窗請求給BCM。

3）在預待機模式下，若未檢測到有雨，則進入待機模式。RLS周期性激活檢測雨量狀態(tài)。

4）當RLS處于待機模式，若在計數(shù)周期內(nèi)探測到有雨，則RLS會切換到預待機模式，然后喚醒LIN發(fā)送關(guān)窗指令。若在計數(shù)周期結(jié)束時仍未檢測到雨，則RSL也喚醒LIN發(fā)送關(guān)窗指令。關(guān)窗命令執(zhí)行完成后，傳感器進入深度休眠，不再進行檢測。

4 總結(jié)

雨量傳感器作為汽車的一個感知輸入，目前已經(jīng)在自動雨刮、自動亮燈、自動關(guān)窗等智能化控制中發(fā)揮了重要作用。未來汽車必將由智能網(wǎng)聯(lián)主導，作為很重要的一個環(huán)境感知輸入-雨量傳感器，其感知的數(shù)據(jù)信息將會儲存并通過TBOX上傳到TSP云平臺。相信隨著科技的進步和技術(shù)的發(fā)展，未來這些基礎(chǔ)感知數(shù)據(jù)將會在大數(shù)據(jù)應用中被挖掘并發(fā)揮更大、更廣、更智能的應用。

圖7 雨天自動關(guān)窗控制邏輯