雨水傳感器在汽車(chē)上的應用

　　現在，汽車(chē)中已經(jīng)安裝了越來(lái)越多的傳感器以增加主動(dòng)和被動(dòng)安全性，一種具有極高的市場(chǎng)滲透性的傳感器是雨水傳感器，以增加舒適性和安全性。如果汽車(chē)有雨水傳感器，駕駛者就無(wú)需調節雨刮器設置來(lái)迅速停止刮片的運動(dòng)或者得到更好的視角。當在濕路上駕駛時(shí)，駕駛者就無(wú)需動(dòng)手來(lái)打開(kāi)雨刮器，所以駕駛者就可以集中精力開(kāi)車(chē)。如果安裝了附加的“輔助車(chē)燈開(kāi)關(guān)”，車(chē)燈就會(huì )在昏暗超時(shí)的條件下打開(kāi)，不會(huì )由于車(chē)燈一直開(kāi)著(zhù)而浪費燃料。目前大多數車(chē)型都采用的是單電機驅動(dòng)的雨刮器系統。這套系統的優(yōu)點(diǎn)不言而喻，采用連桿機構驅動(dòng)2個(gè)雨刮，成本比較低。但雨刮的噪聲和雨雪天氣刮刷不凈的現象還是時(shí)有發(fā)生。

　　一、雨水傳感器工作原理：

　　大多數的雨水傳感器使用的是光學(xué)系統，由光發(fā)射二極管(LED)、光接收二極管(LRD)、周?chē)h(huán)境傳感器、電控制單元(ECU)和幾個(gè)鏡頭組成。

　　由LED發(fā)出的光以全反射角度在擋風(fēng)玻璃的外表面反射，其角度必須在420(玻璃-空氣)和630(玻璃-水)之間。如果在擋風(fēng)玻璃上游說(shuō)，一些光會(huì )雙倍射出，且這會(huì )引起從LRD出來(lái)的電流減少，電流以電子來(lái)評測，從LED發(fā)出的光反射到LRD的擋風(fēng)玻璃區域被稱(chēng)之為傳感器的“敏感區域”。僅僅當雨水滴到這個(gè)區域時(shí)，才可以被探測出來(lái)。為了由一個(gè)靈敏可靠的系統，擋風(fēng)玻璃區域和靈敏區域之間必須要有一個(gè)較好的比例。

　　二、汽車(chē)雨刮系統

　　汽車(chē)擋風(fēng)玻璃雨刮系統由雨傳感器、雨刮器電動(dòng)機、桿式開(kāi)關(guān)、繼電器和ECU組成。雨水傳感器安裝在擋風(fēng)玻璃上，在掃除區域探測雨水時(shí)，雨刮器以一種能使駕駛者總有個(gè)很好的視角進(jìn)行運動(dòng)。有兩種不同的系統。

　　1、獨立的雨水系統：在這種系統中，雨水傳感器直接與雨刮器桿式開(kāi)關(guān)、雨刮器電動(dòng)機繼電器和雨刮器電動(dòng)機停止信號相連。

　　2、網(wǎng)絡(luò )雨水傳感器：在這種系統中，雨水傳感器連接到總線(xiàn)上，它通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接收所有信息并且發(fā)送所有命令。

　　在駕駛者打開(kāi)系統后，雨水傳感器控制了所有的掃除行為，它將命令單個(gè)雨刮器以低速掃除或以高速掃除。因為每個(gè)駕駛者對雨刮系統如何反映由不同的期望，因此，靈敏度設置可以使系統滿(mǎn)足駕駛者不同的需要。Bosch新推出的雨刮器電機可以不斷變化速度進(jìn)行連續掃除。

　　三、信號評測

　　1、 發(fā)射器

　　發(fā)射器由模-數轉換器(DAC)和電源組成。DAC的模擬電壓控制決定了LED發(fā)射出的光的強度，一般情況下使用2~4個(gè)LED。發(fā)射器的電流調節非常重要，因為光轉化的有效性是非?？勺兊们矣幸粋€(gè)溫度梯度。一般地，在LED中，光以脈動(dòng)方式發(fā)射以減少損耗和增加電流。使用寬范圍的發(fā)射器電流的另一個(gè)原因是光通過(guò)擋風(fēng)玻璃的發(fā)射沒(méi)有很好的規范且有很大的公差范圍。一般的擋風(fēng)玻璃都有4~6mm厚且對垂直于表面的IR由特定的發(fā)射級別。不同的供應商的上下限時(shí)不同的。

　　2、接收器

　　接收器有幾個(gè)LRD、電流-電壓轉換器、清除或低頻偏移的過(guò)濾器、放大器和ADC組成，它一般還包括微控制器。LRD有微控制器是由微控制器來(lái)控制著(zhù)開(kāi)和關(guān)。如果

　　存在干擾光時(shí)，LRD會(huì )被關(guān)閉。發(fā)射的寬范圍是使用可變的電流-電壓轉換來(lái)確保接收器系統的余下部分具有良好條件的原因。在轉換以后，幸好被過(guò)濾。所有的DC或低頻干擾都會(huì )被去掉以獲得純粹的信號。干擾一般由周?chē)h(huán)境的光引起，干擾的量有微控制器來(lái)測量以決定光路是令人滿(mǎn)意，還是被陽(yáng)光所飽和，且會(huì )給出一個(gè)信號精度指示。過(guò)濾后的信號被ADC放大、轉換。

　　3、微控制器

　　微控制器控制整個(gè)系統且對信號進(jìn)行測評。在測量執行之前，最佳工作點(diǎn)被測評。同過(guò)測試來(lái)進(jìn)行測評工作。在接收器中的轉換比例最不希望在具有最大發(fā)射電流的ADC中有飽和信號。在發(fā)射電流被測評后，它在接收器里生成信號。它在定義了上下限之間。上限是由飽和效應決定而不是由ADC的精度決定。傳感器在操作點(diǎn)開(kāi)始工作。干擾和信號不斷的被測量和測評。接收信號對時(shí)間的梯度和被規則系統用來(lái)測評正確的掃除策略，而且，周?chē)墓獗灰粋€(gè)額外的傳感器測量以探測白天或晚上的狀況。在晚上，因為水珠對可見(jiàn)度由較大的影響，尤其是如果有其它車(chē)輛的明亮前燈照著(zhù)的時(shí)候，所以，靈敏度會(huì )增加。

　　四、掃除模式

　　不同的掃除模式用于對所有雨水條件進(jìn)行性能優(yōu)化，對雨密度刮雨速度模式如圖所示。

　　1、 直接模式

　　在直接模式中，有一個(gè)以低雨刮速度的單一擦拭動(dòng)作。當自動(dòng)模式達開(kāi)時(shí)和當系統探測到干燥的擋風(fēng)玻璃時(shí)，這是一個(gè)最基本的工作狀態(tài)。從這種狀態(tài)中，每次下雨事件都會(huì )直接觸發(fā)單一擦拭運動(dòng)。在擦拭過(guò)程中，系統以低速度決定停、接續擦拭或轉換到高速擦拭。

　　2、 間歇模式

　　這種模式是用于下雨的情況且以低速運行單一擦拭。每隔幾秒鐘，傳感器就會(huì )探測雨滴，兩次下雨之間的時(shí)間決定了兩次單一擦 拭之間的間歇。在每次間歇的終了時(shí)，時(shí)間會(huì )被重新計算，雨越多，間歇越短，反之亦然。在計算中，前次間歇會(huì )被考慮進(jìn)來(lái)以達到一種和諧的狀態(tài)。否則“神經(jīng)性的行為”將會(huì )惹煩駕駛者。如果計算的間歇要比最大間歇還要長(cháng)，則系統會(huì )轉到直接模式。在每一個(gè)擦拭循環(huán)中，傳感器會(huì )檢查決定是進(jìn)行轉換還是繼續擦拭。

　　3、連續擦拭

　　在擦拭循環(huán)中，下雨的次數會(huì )被計算且雨滴的大小也會(huì )被評測，者用于得到雨強度的信息。根據這一強度，雨水傳感器會(huì )產(chǎn)生低速、高速或具體的擦拭速度(如50r/min)。動(dòng)態(tài)滯后，它在最后的循環(huán)中依靠這一事件，會(huì )阻止系統從一種速度快速地轉換成另一種速度。使用刮雨器電動(dòng)機停止信號的時(shí)間基準確保在所有條件下對所有雨刮器電動(dòng)機正確操作。如果電動(dòng)機以低速進(jìn)行擦拭，探測時(shí)間減少且低速和高速之間的臨界值會(huì )自動(dòng)提高。雨水傳感器模式總是在停止前將速度從高速減道低速以防止雨刮器產(chǎn)生機械應力。