使用單芯片步進(jìn)電機控制器集成電路能夠使自適應轉向大燈系統的設計

通過(guò)步進(jìn)電機對氙氣車(chē)前大燈實(shí)施電子控制的目的在于指引車(chē)燈光束，最大程度地降低迎面而來(lái)的車(chē)輛的燈光強度，同時(shí)照亮曲道的路面。但是，車(chē)輛電機驅動(dòng)器芯片的位置卻對該系統的效率有極大的影響。
高強度放電燈（氙氣燈）車(chē)輛前大燈越來(lái)越成為全球車(chē)輛制造商所選用的技術(shù)。為了最大限度地使用氙氣燈所提供的優(yōu)質(zhì)照明，同時(shí)降低由于不當定向所造成的氙氣燈光強過(guò)高所導致的危險，自適應轉向大燈系統（AFS）的重要性與日俱增。

這些系統能夠在垂直方向上輕微地調節車(chē)前大燈的光束，以此來(lái)補償車(chē)輛相對于路面的傾斜度的變化。同時(shí)，它們也能夠根據車(chē)輛轉向的變化，相應地讓車(chē)前大燈旋轉。這樣的光束能夠提供最佳及最安全的前方道路照明，顯著(zhù)改善司機轉彎時(shí)道路的可視度。

一、自動(dòng)校平—減弱強光

前大燈自動(dòng)校平系統的工作原理是在車(chē)輛傾斜的情況下仍保證燈光與路面呈水平狀態(tài)（見(jiàn)下圖）。車(chē)輛處于停止狀態(tài)時(shí)可能會(huì )由于某些原因而傾斜，例如有乘客上車(chē)，或裝行李，甚至是給油箱加油。同樣的，當車(chē)輛處于行進(jìn)狀態(tài)時(shí)，也會(huì )由于剎車(chē)或加速而導致車(chē)輛傾斜。在這兩種情況下，車(chē)前大燈都必須保持與公路水平的狀態(tài)。前大燈自動(dòng)校平系統根據傳感器的一系列數據，尤其是從前后車(chē)軸傳來(lái)的懸架壓縮數據調節各車(chē)燈的角度。

二、通過(guò)前大燈旋轉來(lái)提高安全性能

車(chē)輛的數據網(wǎng)絡(luò )包括有關(guān)轉向角及輪速的實(shí)時(shí)傳感器數據。根據該信息，配備前大燈的自適應轉向大燈系統能夠使光線(xiàn)的分布與車(chē)輛的轉向角相適應，以便于迎面而來(lái)的轉彎和岔路口—尤其是司機的凝視點(diǎn)—能夠得到最佳的照明（見(jiàn)下圖）。光線(xiàn)的這一顯著(zhù)增強能夠降低司機的緊張度和疲勞感，并且提高障礙物的可見(jiàn)度；而這些障礙物是固定光束前大燈甚至無(wú)法照到的。許多研究表明，當車(chē)輛轉彎時(shí)，旋轉光束前大燈使司機凝視點(diǎn)的照明度提高了300%。

三、步進(jìn)電機控制

每臺車(chē)輛前大燈的轉動(dòng)都是通過(guò)使用步進(jìn)電機而實(shí)現的，其中，一臺步進(jìn)電機控制垂直方向上的轉動(dòng)，另一臺用于控制水平方向上的轉動(dòng)（見(jiàn)下圖）。電機根據車(chē)輛四周的許多傳感器反饋的數據作出反應。信息的傳達是通過(guò)車(chē)輛的數據網(wǎng)絡(luò )系統實(shí)現的。LIN總線(xiàn)是前大燈控制的一個(gè)實(shí)用的選擇，而CAN總線(xiàn)則能夠將傳感器數據收集起來(lái)并且分配到整個(gè)車(chē)輛。步進(jìn)電機是前大燈調節應用的一個(gè)最佳選擇，因為這些電機成本低，堅固耐用，體型雖小卻能夠提供一個(gè)很大的扭矩。

至于控制步進(jìn)電機的驅動(dòng)器集成電路芯片的安放位置，有兩種選擇方案可供采用。第一種被稱(chēng)為直接驅動(dòng)。在這種方法中，驅動(dòng)器芯片安裝于主微控制器印制電路板之中（見(jiàn)下圖頂端圖像）。該電路板離前大燈部件及相關(guān)的步進(jìn)電機很遠，可能位于一個(gè)車(chē)輛隔板（隔熱墻）所附有的中央電子控制單元（ECU）內，也可能位于車(chē)輛的乘員室這一“舒適的”環(huán)境中。該方法的主要不足之處在于所需的線(xiàn)路過(guò)多及高強度的電磁兼容性輻射。

第二種方法是機電一體化。在這一方法中，驅動(dòng)器芯片與電機安裝在一起（見(jiàn)上圖底端）。由于采用了高度集成的單 芯片產(chǎn)品，如AMI Semiconductor公司制造的AMIS-30621及AIMS-30623步進(jìn)電機控制器集成電路，把芯片能夠直接安裝于電機內的自適應轉向大燈系統機電一體化方法變得更為可行。這一方法是非常有益的，因為中央微控制器和機電一體化模塊的接口連接只需要低電磁兼容性的總線(xiàn)。機電一體化方法采用模塊化設計，前大燈組件的維修保養方便，所以好處顯著(zhù)。

四、分割硬件和軟件

步進(jìn)電機驅動(dòng)器的應用需要同時(shí)設計硬件及軟件。這會(huì )變得非常復雜，尤其是像在自適應轉向大燈系統中，多個(gè)軸需要同時(shí)受到控制的情況下。在步進(jìn)電機控制器集成電路出現以前，過(guò)去的方法是投資于微控制器并且開(kāi)發(fā)專(zhuān)用軟件，或使用轉換芯片（見(jiàn)下圖、左及中部圖片）?；谲浖慕鉀Q方案的主要問(wèn)題在于開(kāi)發(fā)成本很高，且在任何條件下檢驗多個(gè)軸的正確操作存在固有的困難。

所謂的轉換集成電路，在微控制器與驅動(dòng)器芯片之間提供接口，總體解決方案添加了一些額外的硬件，但同時(shí)也導致了更難以管理的復雜性及更多的軟件需求（見(jiàn)下圖，右方圖片）。使用轉換芯片的不利之處在于使得印制電路板的設計變得更復雜，同時(shí)失去一些模塊化的優(yōu)勢。

五、單芯片方法

集成的步進(jìn)電機控制器與其它方法相比，降低了需要多個(gè)軸自適應轉向大燈系統的復雜性，并且提供了一個(gè)車(chē)輛制造商們所需的直接的解決方案，來(lái)支持模塊化及車(chē)輛一體化設計。

AMI Semiconductor公司提供了四種混合信號器件，這些器件集總線(xiàn)連接、定位、電子控制及電機驅動(dòng)器于一個(gè)占位面積為7mm*7mm的單一封裝之中。這些器件體型小、性能高，它們在直接安裝于步進(jìn)電機內部的情況下，仍能保證運動(dòng)控制軟件的模塊化設計及魯棒的電機操作。

上述兩種型號（AMIS-30621和AMIS-30623）器件的特色在于以L(fǎng)IN總線(xiàn)為接口。相較于將驅動(dòng)器置于遠端的系統，這一方法節省了布線(xiàn)成本，并且擁有更好的電磁兼容性能，這一優(yōu)勢是在汽車(chē)應用中遇到困難時(shí)解決問(wèn)題的關(guān)鍵。其余兩種改進(jìn)型（AMIS-30622和AMIS-30624）擁有I2C的串行接口，能夠作為單一印制電路板上與微控制器相鄰的外圍器件。

六、無(wú)傳感器止動(dòng)檢測

大多數自動(dòng)前大燈系統在車(chē)燈打開(kāi)時(shí)都能進(jìn)行最初的位置調整。這一機械方式在指定時(shí)間內基本上將車(chē)燈調節至可能的最低點(diǎn)。該程序存在一個(gè)問(wèn)題，即由于步進(jìn)電機撞擊停止點(diǎn)而產(chǎn)生出噪音并且加大磨損。另一解決方案是使用無(wú)傳感器的止動(dòng)檢測，該方法的特色是應用了AMIS-30623及AMIS-30624元件。這些部件操作安靜、磨損低，卻同樣能夠精確地校準位置，并且不需要外部傳感器就能夠在靠近機電停止點(diǎn)時(shí)使用 半閉環(huán)操作。

七、本文小結

使用單芯片步進(jìn)電機控制器集成電路能夠使自適應轉向大燈系統的設計極大地簡(jiǎn)化，并且在通常難以操作的條件下提供優(yōu)質(zhì)的技術(shù)性能。集成設計更大地提高了前大燈總體的可靠性，并且意味著(zhù)外部電路元件僅需幾個(gè)電容器。同樣地，打入市場(chǎng)的時(shí)間、設計及整個(gè)系統的成本都將受到積極的影響。

機電一體化和模塊化的方法都得到了單芯片步進(jìn)電機控制器集成電路的支持，在快速增長(cháng)的車(chē)輛電子系統使得電子系統結構過(guò)于復雜和昂貴的情況下，這兩個(gè)方法為廣大車(chē)輛制造商們所推崇。