汽车照明论文范文

汽车照明论文范文（精选7篇）

汽车照明论文 第1篇

汽车行驶时, 照明设备是不可缺少的。汽车照明设备主要的功能有两点:一是照明功能, 即照亮道路, 交通标志, 行人, 其他车辆等, 以识别标志和障碍物;二是信号功能, 即显示车辆的存在和传达车辆行驶状态的信号。

现在汽车制造的趋势是除设计外, 强调安全与舒适。制造更大更快的汽车并没有多大意义, 而使之更加安全与舒适才是最重要的。在过去, 汽车防滑刹车系统和安全气囊仅限于较为昂贵的轿车中使用, 如今几乎所有的轿车都在使用。但是这种进步并没有发生在汽车前照灯系统上。自从30多年前发明卤素灯以来, 汽车前照灯被看做与道路安全和驾驶员舒适程度无关的产品。目前, 很多的事故都发生在恶劣的视觉条件下, 如坏天气和黑暗。道路的情况越来越复杂, 需要驾驶员有更集中的注意力。随着驾驶员的平均年龄在上升, 年老的人在驾车时需要比年轻人多6倍的照度。

在汽车上使用照明光源大约开始于20世纪初, 最先使用的是煤油灯和乙炔灯, 接下来开始使用电光源, 经历了从真空白炽灯, 充气白炽灯, 卤钨灯到气体放电灯的发展过程, 目前LED由于具备小体积、寿命长、低耗电以及反应速度快等优点, 已成为备受瞩目的新一代车灯光源技术。

一、氙气大灯 (H I D) 前照灯

首先要知道什么是氙气灯。氙气灯是一和含有氙气的新型大灯, 又称高强度放电式气体灯, 英文简称HID Intensity Discharge Lamp。氙气灯打破了爱迪生发明的钨丝发光原理, 在石英灯管内填充高压惰性气体—Xenon氙气, 取代传统的灯丝, 在两段电极上有水银和碳素化合物, 透过安定器以23000伏高压电流刺激氙气发光, 在两极间形成完美的白色电弧, 发出的光接近非常完美的太阳光。

其次了解氙气灯 (HID) 的发光原理。汽车HID氙气灯与传统卤素灯不同, 这是一种高压放电灯, 它的发光原理是利用正负电刺激氙气与稀有金属化学反应发光, 因此灯管内有一颗小小的玻璃球, 这其中就是灌满了氙气及少许稀有金属, 只要用电流去刺激它们进行化学反应, 两者就会发出高达4000K-12000K色温度的光芒。它采用一个特制的镇流器, 利用汽车电池2V电压产生23000V以上的触发电压使灯启动。启动时0.8秒的亮度是额定亮度的20%, 达到卤素灯的亮度, 并使大灯4秒以内达到额定亮度的80%以上。在灯稳定后镇流器向灯提供约80V供电电压保持灯以恒定功率运转。

使用氙气大灯的原因如下:

1、节电的需要——随着汽车电子化的发展, 汽车中用电的部件增加, 因此有必要降低单个装置的耗电量, 而前照灯是特别耗电的装置。

2、为了安全和经济, 希望有更长的使用寿命——随着高速道路网的形成, 夜间长距离行驶的机会增加, 前照灯的使用频率提高, 因而对光源使用寿命的要求也随之提高。很显然, 光源的寿命越长, 车辆的安全性越高。另外, 如果光源的寿命长到可以与整车的寿命相比拟, 也就是说在汽车的寿命期内无需更换光源, 免去了这方面的维修费用, 就更加经济。

3、驾驶人员老龄化和车速的提高, 希望车灯有更高的亮度——随着健康水平的提高, 驾驶人员有老龄化的趋向。最近我国已将驾驶员的年龄从60岁延长到70岁。与年轻人相比, 老年人视力下降很多。为了弥补老年视力下降以及反应迟钝等缺陷, 需要提高车灯的照明水平。另外, 在高速公路上行驶速度的提高也要求车灯能提供更好的照明, 以提高行车的安全性。

4、适应流线型车身的需要——为了改善汽车空气动力特性, 车身设计成流线型。由此引发了前照灯尺寸缩小和前照灯透镜面倾斜度增加。为了弥补由于这些原因造成的光量的降低, 有必要采用更亮的光源。

正是以上几方面的原因, 促成了HID汽车前照灯的开发。1984年时, 飞利浦公司首先提出将HID光源用于汽车前照灯的设想, 后来各公司便先后开始进行这方面的研究和开发。为了加速HID汽车前照灯的研发, 1988年包括Philips、Osram、Bosch和Hella在内的欧洲的七个大的光源、车灯和汽车厂联合, 执行欧洲的联合研发项目EUREKA 273, 开展汽车放电灯照明系统VEDILIS的研发工作。1990年, HID汽车前照灯进行了3个月15万公里的实车试验。1996年时正式批准了二个ECE法规, 即ECE No.98气体放电型前照灯和ECE No.99气体放电型光源。首先, HID光源功率小, 节能效果显著;其次, HID光源发出的光更强, 因而照明效果更好;再则, HID光源色温比卤钨光源高, 光色更白, 这对提高行车人员的夜间视见度有积极的作用。另外, HID光源还有一个可贵的优点。在供电电源电压变化时, HID光源的光输出几乎是恒定的。而卤钨光源的光输出要随电压大幅度的变化。

二、LED汽车灯

发光二极管LED是一种半导体光源, 它能产生光谱纯度很高的单色光。最早它被用作仪器仪表的指示光源。后来随着高亮度LED材料GaInN和Ga Al In P的发明, LED的光效以及单颗LED的功率都有了很大的提高。现在, 通过荧光粉技术和双色或多色光混合的方法又制成发白光的LED。这样, LED逐渐在光信号、显示技术和照明领域中得到广泛的应用。与其他光源相比, LED有许多杰出的优点。优点如下:

(1) 单色性好、色彩鲜艳丰富。LED的颜色丰富, 既有白色的LED;也有发各种单色光的LED, 而且颜色的饱和度高, 颜色饱和度达到130%全彩色, 使灯光更加清晰柔和。

(2) 寿命长、抗震性好。LED是半导体元件, 与白炽灯不同, 没有玻璃、钨丝等易损可动部件, 故障极低。LED的寿命很长, 据报道有10万小时。LED又十分坚实, 因此采用LED作为光源, 几乎可以免维护。

(3) 响应时间短, 只有60纳秒, 约是白炽灯的百万分之一。特别适合用于汽车灯具的光源, 这样, 当采用LED作为汽车尾灯时, 可以使后续汽车的驾驶员更早反应, 刹车或减速。

(4) 高效率、低能耗。LED光源不需要滤色就能直接产生汽车灯具需要的红色、琥珀色等颜色, 无损耗, 电能利用率高达80%以上。LED本身有反射镜和透镜等控光元件, 更使光的利用效率大为提高。

(5) 体积小、重量轻。利用其特点可设计又薄、又轻、又紧凑的各种式样的灯具, 给汽车造型设计提供空间。

(6) 绿色照明光源。LED光谱中单色性好, 没有多余红外、紫外等光谱, 不含汞有害物质, 热量、辐射很少。

(7) 单个LED的光通量小。目前单个LED的光通量研究水平可达120lm/W, 产品水平≤60lm/W, 而且大功率的LED往往要增加尺寸很大的散热器, 所以LED光源一般采用LED阵列设计方法。

(8) 平面发光, 方向性强。它与点光源白炽灯不同, 视角度≤180°, 设计时一定要注意和利用LED光源有不同的视角度和不能大于180°这特点。

(9) LED的发光效率随温度升高而下降, 一般芯片温度超过120℃将失效。在灯具总成设计和制造的工艺设计一定要考虑热设计。

(10) LED属于多元化合物半导体元件。多元化合物半导体元件的特点是其电学、光学、热学和机械等的参数指标离散性很大。在设计时, 一定要充分考虑到这一特点, 并要求元件生产公司按汽车用LED光源要求, 对元件进行严格分类、分级。

正是由于以上这些原因, LED已成为人们最看好的新世纪的照明光源。为了加速LED的发展, 我国已正式启动了“国家半导体照明计划”。LED在汽车照明中有十分光明的应用前景。

摘要：汽车照明是汽车的重要安全部件。为了提高行车的安全性和舒适度, 许多新型的汽车灯正被开发出来。

关键词：汽车照明,HID前照灯,发光二极管

参考文献

[1]赵清泉.半导体发光二极管及其在照明的应用.光源与照明.2005, 3:18-19

LED在汽车照明系统中的应用 第2篇

在20世纪80年代中期,LED开始被用于汽车中央高位刹车灯(CHMSL)。进入90年代,汽车仪表LCD面板背光照明普遍采用LED这种固态新光源。进入新世纪后,随LED功率和亮度的提升,除了汽车前照灯外,LED全面进入了汽车照明和信号系统中的应用。2005年,全球LED在手机中所占的市场份额达52%。自从2005年以后,由于手机市场趋于饱和,不再呈增长的态势,取而代之的则是汽车、交通信号灯、景观装饰照明和一般照明市场,其中车用LED市场具有较大的诱惑力。传统汽车灯的发展历程及其分类

2.1 传统汽车的发展历程

1879年,爱迪生发明了以电能作能源的真空白炽灯泡。1886年汽车问世之初,老爷车在夜间行驶时悬挂的是摇晃不定的汽灯。由于那时车辆很少,车速很低(不到30km/h),尽管道路狭窄而崎岖不平,既无伤人之虞,更无撞车之险。

在汽车车辆逐渐增加、车速也有所提高的情况下,路上行人也渐多,汽车不再允许仅靠一盏汽灯悠闲晃荡了。于是光源工程师依托新兴的白炽灯为汽车设计了一双铮亮的白炽灯眼睛。当时的汽车的电气工程师已给汽车配备了车载小型发电机,这为汽车电气照明的发展奠定了基础。

在车辆日益增多、车速不断提高的形势下,照明仅是瞻前已经不够,还需左顾右盼和免除后顾之忧,从此不仅车前灯,而且各种尾灯如行车灯、刹车灯、转向灯、后雾灯等一系列灯种相继问世,为避免夜晚行车的追尾或转弯时的相撞起了关键性作用。随后前照灯又发展成近光灯、远光灯、前雾灯等多种灯种。

为在不降低白炽灯寿命的前提下,提高灯丝温度和发光效率,上世纪50年代光源工程师发明了充气白炽灯泡,随后60年代又发明了在充气白炽灯中加入卤素的卤钨灯。20世纪70年代,光效达201m/W的卤钨灯大规模替代了自炽灯用于汽车照明,至今仍然是汽车前照灯中占统治地位的灯种。为满足高速车辆的照明要求,更先进的高强度放电(HID)灯应运而生,其中的代表性光源则是氙气金卤灯。一只35W氙气金卤灯辐射光通(3200lm)为55W卤钨灯(1101lm)的3倍,光效比金卤灯高4.5倍,寿命超过10倍。

2.2 汽车灯的分类

汽车灯按用途分照明灯和信号灯两大类。照明灯犹如汽车的“眼睛”,在黑暗中照亮汽车行驶方向上的道路,延伸和拓宽驾驶员的视野;信号灯如同汽车的“嘴巴”,车辆可通过灯

光信号同其它车辆进行“语言”交流,向其它汽车司机明示本车的存在及其行驶的状态,以使汽车在道路上能够安全快捷行驶。

照明灯又分为车外照明灯和车内照明灯。车外照明灯包括前照灯、前雾灯和牌照灯等;车内照明灯主要是指仪表灯和阅读灯等。

信号灯也分车外信号灯和车内信号灯。车外信号灯是指转向指示灯、制动灯、尾灯、示宽灯、倒车灯等;车内信号灯泛指仪表板指示灯,主要有转向、机油压力、充电、关门提示及音响、空调等指示灯。在这些车灯中,属于控制性检验的有车外照明灯和车外信号灯,因为它们是行车安全的关键部件。

汽车车前灯具如图1所示。其中的前照灯像人的眼睛一样,起到画龙点睛的作用,为汽车增色不少,如图2所示。

在车用灯具中,通常人们还将后转向灯、制动灯、尾灯、后雾灯、倒车灯和行李箱灯等称为辅助灯具,如图3所示。

2.3 汽车灯的重复作用

汽车车灯是汽车行驶必不可少的安全部件。据统计,车辆总行驶里程的25%是在夜晚或自然光线不足的情况下行驶的,而在此间发生的交通事故占到总事故的33%,并且50%的伤亡事故发生在夜间。在多个ECE法规中,与车灯有关的法规就有近40个。我国目前汽车产品的74项强制性检验中,与车灯有关的项目就占23项。新一代固态光源LED成为汽车车灯的新宠

3.1 LED在汽车照明系统中应用的优势

新一代固态冷光源LED于上世纪60年代问世。直到80年代之前,由于那时LED的亮度不高,只是将其作为指示灯等使用,不会有人想到它会能作为汽车车灯。进入80年代后,LED亮度有了较大提高,1985年被用于一辆客车上。1986年Nissan公司在300ZX型汽车上使用了72只φ5mm的LED作为中央高位刹车灯,标志着LED开始进入了汽车领域中的应用。与传统车灯光源比较,LED的优势如下：

(1)寿命长,免维护,在整个汽车使用期限之内有可能不用再更换灯具。

(2)非常节能,比同等亮度的白炽灯节能至少在一半以上。表1列示了汽车信号灯与白炽灯能耗的比较。

根据2003年美国能源署(DOE)车用LED节能审估报告,结果令人吃惊。仅对小轿车而言,若美国全国都使用LED车灯,每年可节省燃料14亿加仑(美制1加仑=3.785升),而且载货卡车节省的燃料比小轿车多2倍。

(3)无须热启动时间,亮灯响应速度快。普通自炽灯灯泡的启动时间一般为100-300ms,而LED通常不足70ms。对于事关重要的制动灯来说,这样的时间差距意味着高速行驶时的制动距离相差4～7m,从而使汽车追尾事故发生率降低5%。

(4)结构简单,扰震动和耐冲击性能强。

(5)体积小,设计灵活性大,可以随意变换灯具模式,适用各种造型的汽车。

(6)LED的冷光特性,使灯具不会因长期受热而变形,从而提高了整套灯具的寿命。

(7)受电压变换的影响远远小于普通灯泡,而且易于控制。

表2给出了LED高位制动灯与自炽灯高位制动灯的比较。

LED以其卓越的安全性、可靠性、环保性和节能性,成为汽车照明系统的新宠,给汽车车灯的升级和革命带来了楔机。

3.2 LED在汽车照明系统中的应用

LED在汽车中的应用非常广泛,除车头前照灯外,其它一些车外和车内灯、照明与信号灯、高照度与低照度灯均可采用LED光源,如图4所示。

3.2.1 LED在汽车低照度照明中的应用

LED在汽车低照度照明系统中的应用主要是仪表板背光照明、操作开关、阅读灯、示宽灯、牌照灯等,这是汽车制造商最早将LED应用于汽车,同时也是目前LED在汽车中应用最多的部分。

汽车内部的显示,如仪表盘,过去主要采用白炽灯或真空荧光(VF)来提供背光,后来出现了用CCFL作为背光源的显示板。随着LED技术的不断进步,LED已经取代传统光源组合到背光照明中。从仪表盘到整个娱乐、导航、行程计算及信息中心控制显示等等,LED几乎无处不在。LED用于背光照明主要有以下三种方式：

(1)最简单的方式是把LED直接安装在LCD散射膜的后面,可使用许多封装的LED,也可采用未封装的管芯。

(2)另一种方式是将LED发出的光导入光纤束中,在光纤束的散射膜后面构成一个平坦的薄片,可以不同的方式将光从薄片中取出作为LCD的背光照明。

(3)还有一种方式是边缘光LCD背光照明,用一个透明或半透明的矩形塑料块作为导光体,将其直接安装在LCD散射膜后面,塑料块的后表面涂有白色反光材料,LED光从塑料块的一个侧边射入,其余侧边或白色反光材料。

当多个LED一同用于汽车仪表盘照明或娱乐系统控制时,颜色和亮度的一致性就显得特别重要,被照区域的亮度需要均匀一致,不应有任何阴影。

LED在汽车内部的照明主要包括一般照明用顶灯、阅读灯、美容化妆灯、门锁灯等等。其达到的目的是提供放松和友好的和谐气氛,以减轻驾驶员的疲劳,改善和提高舒适程度,帮助驾驶员能得到大量可读和清晰的信息。

3.2.2 LED在汽车高照度照明中的应用

(1)LED在汽车信号灯中的应用

汽车信号灯主要指刹车灯、方向灯和尾灯,对其照度和颜色都有明确的规定。在上个世纪80年代中期,LED开始进入到汽车产业。我国第一个LED车灯是桑塔纳2000型轿车的高位制动灯,它由上海汽车电子工程中心和上海小系车灯有限公司联合开发,并于2000年通过上海大众汽车公司认证而投产。迄今为止,LED在汽车上的应用除了仪表LCD面板背光照明外,最流行的当属中央高位刹车灯,目前已有80%以上的欧系和日系汽车安装了LED中央高位刹车灯。

在2004年北京车展上,法国富奥公司展示了用4个LED做成的高位刹车灯,还有用一个LED灯来实现所有尾部信号灯功能,包括停车灯、后小灯、转弯指示灯、雾灯和倒车指示灯等。到2010年,绝大部分汽车尾灯照明将采用LED,包括倒车灯和牌照灯在内。2000型凯迪拉克和S级奔驰车上,后灯(尾灯、刹车灯和转向灯)全部使用了LED。新奥迪A8轿车侧面转向灯、行车灯、刹车灯和转向灯等,也全部使用了LED。目前国际上新款式高档轿车,如凯迪拉克、宝马、丰田、奔驰和福特等,都装配了五彩缤纷LED灯具。

(2)LED在汽车前照灯中的应用初见端倪

前照灯是汽车在夜问行驶时照明前方道路的灯具,是保障汽车安全运行的重要部件之

一。前照灯的照明距离越远,配光性越好,汽车行驶的安全性能也就越高。汽车前照灯发出远光和近光两种光束,其中远光在无对方来车的道路上,汽车以较高速度行驶。远光应保证在车前100m或更远的路面上得到明亮而均匀的照明。

在全部车LED灯具中,最难也是最后投入使用的则是车头前照灯。目前LED前照灯都是用在一些车展上的概念车上,如图5所示。

自2003年以来,有15多家汽车制造厂在相关车展上展出了采用LED头灯的概念车。在北美一次国际车展上登场的福特概念车中,其中一辆则采用了LED头灯。日本小系等公司也有样灯展出。2007款林肯Aviator等车型同样采用全新的照明系统,其中包括LED前照灯。Lexus公司在2007年推出一款2008LSGoohL混合动力豪华汽车量产车,其前照灯采用了LED设计。日本丰田于2007年在凌志600H车型上开始安装LED车头前照灯,德国大众计划于2008年在奥迪R8车型上安装LED前照灯。从目前的情况来看,LED前照灯还处在研发阶段,预计在10年之内将会在普通轿车上比较普遍地被采用。

LED这种新光源,对于汽车前照灯的形状和排列有着较大的灵活性。利用LED体积小这一优势,可以大幅缩小前照灯整组灯具的体积,让出一些宝贵的空间给其它相关装置。现有的卤钨灯或HID灯灯具总长约30cm,而许多概念车上的LED灯具只有12.5cm,而且可以在造型上突破传统灯具的圆形设计。由于LED采用模块化设计,从造型上看,前照灯设计给人们以全新的视觉冲击。使用LED作为前照灯,不仅颜色识别性比卤钨灯等老式灯高,而且由于老式灯只有一个光源,难以扩大照明区域,而LED灯具有多个光源,由此可使照明区域广度扩大。

(3)LED在汽车前照灯中应用面临许多挑战

在LED全面进军汽车应用市场中,一个最大的障碍就是前照灯。前照灯传统光源已经十分成熟,像代表性光源卤钨灯,虽然光效不是很高(约201m/W),但价格低廉。高压氙灯虽然价格相对较高,但安全、高效、节能,而且体积小,灯具设计简单,因而倍受青睐。LED要在汽车头灯中取代传统光源,并非是一件容易的事情,需要解决以下几方面的问题。

一是亮度输出。前照灯的亮度要求是：近灯900lm,远灯1100lm,整体为2000lm,约是Lumileds公司的40个1W的LuxeonLED在25℃时的总光源输出。这类LED当环境温度升至50℃时,效率会降至80%以上。为提高亮度,需要更多数量的LED,这不仅会引起成本增加,而且会使LED的故障率增加。

二是散热问题。传统光源产生的热虽然远远高于LED,但不会囚高温而降低其光输出。然而,LED光输出却会因结温升高而下降。因此,散热问题在LED前照灯灯具设计工作中至关重要。为防止LED过热而烧毁,需要为其加装散热片。由于前照灯需用很多个LED,加设散热片后体积会过于庞大,难以纳入灯具之中。

三是光学设计,利用LED作为光源设计灯具,需要对传统的柱光源变为面光源。为得到需要的流明输出,LED需要较大的封装面积,致使光学设计难度增大。在目前一些概念车上,都以模块化设计取代现有的单一灯室设计,利用多组灯光源来达到传统灯具的照明水平,从而减小了光学设计难度,并增加了车体造型设计感。

3.3 LED在汽车中应用市场前景看好

在2006年之前,LED最大的应用亮点是手机,其在全球所占的份额达52%。2005年之后,手机趋于饱和,取而代之的是汽车、交通灯、景观照明和一般照明。

汽车照明的下一个技术在哪里 第3篇

1885年，卡尔·本茨发明了世界上第一辆马车式三轮汽车，但车上安装的仍然是老式马车上的汽灯。直到近40年后，汽车照明才进入了电灯时代—1924年，欧司朗发明了双灯丝灯泡，解决了远近灯光的问题，电灯才得以被广泛运用在汽车照明中。此后的近100年间，车灯技术经历了数代革新，见证了整个汽车工业的发展。飞利浦汽车照明首席执行官Dominiek Plancke认为，整个汽车领域的技术创新速度都在不断加快，而下一项新技术已经近在咫尺了。

C：回顾整个汽车工业的历史，你认为推动汽车照明创新的主要动力是什么？

P：整个汽车照明的发展基本按照三大元素来进步：安全、设计、环保。1960年代，我们率先将卤素灯泡运用在车灯上，因为卤素灯泡比白炽灯泡的亮度更高，更能保障驾驶安全。到了1990年代，使用气体放电技术来实现照明（Gas-discharged Technology）的氙气灯被发明出来并运用在汽车照明领域。这一技术创新的出现首先也是为了提升安全性。研究证明，如果所有的汽车都采用氙气灯的话，道路上的致命交通事故率会降低18%。除了安全因素，氙气灯受到汽车制造商追捧的另外一个非常重要的原因则是，它具有更好的设计感，能让汽车的外形更加突出，符合1990年代之后消费者对于汽车造型个性化的需求。而2000年以后，随着环境污染的议题越来越在全球范围内受到重视，新的技术革新又诞生了，就是LED车灯。从传统方式转到LED光源，整车能够减排2%到3%。虽然听起来是很小的比例，但是因为要满足严格的减排方面的需求，在汽车照明上面的改变其实是最容易产生立竿见影的效果。

C：汽车如何设计才能达到彰显个性的目的？

P：现在的趋势是，越来越多的汽车厂商通过个性化设计和发行限量版汽车型号来体现品牌特色，因为越来越多的车主希望车辆能够彰显他的个性，而汽车零部件是帮助他们实现座驾个性化要求的重要元素。但挑战在于，有时候个性化的需求往往和法律规定的安全标准是相冲突的。我们甚至研发出了一款彩色的车灯，Color Vision。其实制造有色彩的车灯并不难，但难在制造符合法规的彩色车灯。因为车灯之所以有颜色是通过灯泡上的涂层实现的，但如果涂层太厚，车灯的亮度就达不到法律规定的标准。

C：未来汽车照明的趋势是怎样的？

P：全球的新车中有17%安装了氙气灯。从整体来看，现在的市场情况是LED占6%，氙气灯占17%，其它都使用卤素灯。因为卤素灯的性价比非常高， 适合低价位的汽车类型。但到2020年，我们预计LED车灯的全球市场保有量会达到20%，氙气灯将达到40%至50%。在汽车领域的创新有这样一个应用模式：通常我们都是和高端整车品牌进行合作，研发最尖端的新技术，运用在最高端的车型里。等过一段时间之后，我们会进行改良降低成本，新技术就会被广泛运用在中低端市场。第一个运用氙气大灯的汽车品牌是宝马，如今氙气大灯已经不是什么稀罕东西了。第一款应用LED照明的是奥迪R8。将来LED也可以应用到中档车，因为LED车灯所占用的空间非常小，可以带给驾驶者和乘客更多空 间。

C：其实我们可以看到自1960年代之后，整个汽车照明技术的更新换代变得比过去快很多。未来这一趋势会继续加速吗？

P：的确如此。创新速度不断加快，新产品新科技出现的速度不断加快，下一项全新照明技术已经近在咫尺—OLED照明。整车厂对我们的要求越来越高，无论在产品质量上，还是供应链管理方面。此外，它们期待合作伙伴能够提供更具创新的技术。要比竞争对手领先一步，尽量满足整车厂所有的要求。未来我觉得对于汽车领域来说，研发出能满足不同地区市场的本地化产品是取得竞争胜利的关键。（采访：王清）

汽车智能照明系统的设计 第4篇

随着交通密度的增加, 行车安全已成为一个不容忽视的问题, 由于车灯的不合理开启造成的交通事故率也居高不下。其中, 复杂的天气原因和驾驶员不合理的操作习惯是造成交通事故的主要原因。因此, 本文将着眼于改进汽车照明系统的智能化, 通过智能系统协助司机判断天气条件, 降低由于照明系统的不合理开启所带来的危险。该系统利用光敏传感器、超声波测距传感器、温湿度传感器采集光强信号、车距信号、能见度信号, 对汽车的前照灯、雾灯、示廓灯等进行动态调节, 在保证行车安全的基础上降低交通事故发生率。

1系统总体方案设计

示廓灯是表示汽车轮廓, 用来提醒其他车辆注意的示意灯, 安装在车头和车尾的两侧, 既能表示汽车的高度, 又能表示汽车的宽度; 前照灯装于汽车前部, 有远、近光灯之分, 用于不同光照强度条件下的照明; 雾灯装于汽车前部比前照灯稍低的位置, 用于雨雾天气行车时照明道路。因为雾天能见度低, 驾驶员视线受到限制。灯光可增大运行距离; 警示灯用于在危险的驾驶环境下做出警示。

汽车智能照明系统的总体框架包括: 传感器、信号调理电路、驱动电路、前照灯、雾灯、警示灯、示廓灯。系统的总体方案中传感器将采集到的信号通过信号调理电路传给CPU, 在经过运算与转换后, 根据这些信号判定汽车当前的行驶情况, 并发送对应的信号控制车灯的开闭, 以实现系统功能[1]。

2系统硬件设计

2. 1传感器的选型

2. 1. 1光敏传感器的选型

光敏二级管模块对环境光强最敏感, 一般用来检测周围环境的亮度和光强, 在大多数场合可以与光敏电阻传感器模块通用。二者区别在于, 光敏二极管模块方向性较好, 可以感知固定方向的光源。它有GND、VCC、DO、AO四个接口, 模块在无光条件或者光强达不到设定阈值时, DO口输出高电平。当外界环境光强超过设定阈值时, 模块DO输出低电平, DO可以与单片机直接相连, 通过单片机来检测高低电平, 由此来检测环境的光强改变。

2. 1. 2能见度传感器的选型

大气能见度是反映大气透明度的指标。一般定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大地面水平距离。通常测量大气能见度的方法为目测、大气透射仪、激光能见度自动测量仪等。其中, 目测准确性较差, 而大气投射仪及自动测量仪虽客观准确, 但成本较高、体积较大且结构复杂, 不易集成。研究发现, 大气能见度与相对湿度相关系数最高, PM2. 5次之, 能见度随着相对湿度的增加而明显降低。

本系统采用的DHT11数字温湿度传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件, 并与一个高性能8位单片机相连接。其接口为VDD、DATA、NC、GND, 在VDD与GND之间加一个100 MF的电容滤波以提高工作稳定性。

2. 1. 3测距传感器的选型

测距传感器主要有红外线测距传感器、超声波测距传感器、测光测距传感器等。其中超声波测距传感器具有频率高、 波长短、绕射现象小, 特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。本系统采用HC - SR04超声波测距模块, 可提供2 ~ 400 cm的非接触式距离感测功能, 测距精度可达高到3 mm, 模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

2. 2控制器的选型

本系统采用Arduino作为核心控制器, Arduino是一个基于开放原始码的软硬件平台, 构建于开放原始码simple I/O介面版, 并且具有使用类似Java, C语言的Processing/Wiring开发环境。包含两个主要的部分: 硬件部分是可以用来做电路连接和Arduino电路板; 另外一个则是Arduino IDE。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境, 通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序, 编译成二进制文件, 烧录进微控制器, 从而控制车灯的开闭。

3软件设计

本智能照明系统的程序框图如图1所示 ( 图中X1、X2分别为远近光灯切换和近光灯关闭的光敏传感器的端电压值, Y为会车距离) 。

本系统采用嵌套式程序开发, 当外界的光敏传感器、测距传感器、温湿度传感器将光强信号、距离信号、温湿度信号传入arduino系统后, 系统先根据程序里的能见度作出相应的初步判断, 大体可以分成四种情况。

1) 当能见度值在200 m以上, 且光照强度值X < X1时, 将开启远光灯; 若会车距离在150 m以内时, 将转换为近光灯; 若光照介于X1和X2之间, 将转换为近光灯; 若光照充足, 将关闭远近光灯。

2) 当能见度在100 ~ 200 m范围内时, 将关闭远光灯, 同时开启近光灯、前雾灯、示廓灯, 且在会车距离在100 m之内时, 并有语音提示功能。

3) 当能见度介于50 ~ 100 m之间时, 将关闭远光灯, 同时开启近光灯、前雾灯、示廓灯、警示灯, 且在会车距离在在50 m以外, 车速在40 km/h以上时提示超速; 在车距小于50 m时提示车距太近, 并在车速在40 km/h以上时提示超速。

4) 在能见度介于50 m以内时, 将关闭远光灯, 开启前后雾灯、近光灯、示廓灯、警示灯, 同时在车速在20 km/h时, 提示超速。

4系统各传感器主要参数的获取

4. 1光照强度阈值的研究与实测方法

为使本智能照明系统能够更贴近大多数驾驶者的实际使用习惯, 我们区分“白天- 夜晚- 交叉模糊区”的光照强度的标准将通过实际测量确定。实验所用的光照度计是一种自动打印光纤, 其可测量人造光和自然光照强度, 能够连续测量光照强度并进行自动记录。在本阈值界定实验中, 选择市内某一车流为Q的道路交叉口, 将光照度计放置在道路附近一无明显建筑物阴影遮盖且不受人造光影响的空旷处。为说明实验时长的问题, 本实验选定试验地点为长春, 时间段为6 ~ 8月 ( 完全日出时间大约为3: 00, 完全黑夜时间大约为20: 00) , 将完全日出时间与完全黑夜时间前后2 h作交叉模糊区的测定时间 ( 1 ~ 3点, 18 ~ 20点) 。在道路横纵两个方向安放2个相机, 每隔30 min打开两个相机开始定时拍摄道路上的车辆 ( 定时间隔约10 min) , 并同步记录光敏传感器两端的电压与光照度计的显示值, 通过两个路口在同一时刻照片中车辆远、近光灯开启的比率作为智能灯光系统判断远近光灯切换的依据, 如图2。通过视频中车灯的开启信息及记录的数值, 我们将得到远近光灯的开闭与光敏传感器端电压的定量关系, 从而对单片机中的光照强度所对应的电压阈值进行标定。

4. 2能见度数值的测定与相应原理

由于大气能见度与相对湿度与PM2. 5、PM10呈很强的相关性, 其随相对湿度的增大而明显降低, 相对湿度与能见度呈明显的幂指数关系。根据现有的诸多研究, 能见度可以根据相对湿度的数值间接获得。为了保证系统的安全性, 本系统采用相对安全的拟合公式如下[2]:

式中, VIS为大气能见度 ( km) , RH为相对湿度, a、b、c为系数, 根据安全性原则, 根据《天津大气能见度与相对湿度和PM10及PM2. 5的关系》, 此处取颗粒物浓度最高时的参数值, 即a、b、c分别取11. 170, - 3. 38E - 06, 3. 277。

根据公式 ( 1) , 我们将分别选定冬季和春季的某一月作为实验时间, 将温湿度传感器测定的相对湿度值转换的理想能见度值与真实的能见度数值对比分析, 得出修正的参数值。根据 《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》中的第八十一条中机动车在高速公路上行驶, 遇有雾、雨、雪、沙尘、冰雹等低能见度气象条件时, 应当遵守的规定得出温湿度传感器的阈值, 写入设计程序, 从而控制雾灯、示廓灯等的开闭。

4. 3测距传感器阈值的获取

本智能系统中的行车安全控制模块将对路上会车车距与行车车速进行控制。恶劣天气下, 本控制部分的预计效果为: 在司机视野严重不足的情况下, 根据周围车的车速与车距协助司机判断周围路况, 并对司机作出相应提醒。根据《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》, 对超声波测距传感器的阈值进行标定。

附: 《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第八十一条: 机动车在高速公路上行驶, 遇有雾、雨、雪、沙尘、冰雹等低能见度气象条件时, 应当遵守下列规定:

1) 能见度小于200 m时, 开启雾灯、近光灯、示廓灯和前后位灯, 车速不得超过每小时60 km, 与同车道前车保持100 m以上的距离。

2) 能见度小于100 m时, 开启雾灯、近光灯、示廓灯、前后位灯和危险报警闪光灯, 车速不得超过每小时40 km, 与同车道前车保持50 m以上的距离。

3) 能见度小于50 m时, 开启雾灯、近光灯、示廓灯、前后位灯和危险报警闪光灯, 车速不得超过每小时20 km, 并从最近的出口尽快驶离高速公路。遇有前款规定情形时, 高速公路管理部门应当通过显示屏等方式发布速度限制、保持车距等提示信息。

5结语

随着汽车照明技术的不断提高以及人们对行车安全的关注, 汽车智能照明系统的开发将成为一种必然的趋势。本系统根据能见度、光照强度及会车距离的不同通过单片机实现了对汽车照明系统的控制, 提高行车安全性, 降低事故的发生率。 今后的研究还可以在以下几个方面进行扩展。

1) 使该系统与GPS结合, 使驾驶员提前得知路况的好坏并做出相应的调整。

2) 将如今采用的金卤灯改换为LED灯, 从而在安全的基础上提高经济性和节能性[3]。

3) 在完善以上功能的基础上优化硬件选型, 提高系统的稳定性和安全系数。

参考文献

[1]张秀媛.智能车灯控制系统的设计及其控制策略研究[D].长春:吉林大学, 2008.

[2]宋明, 韩素芹, 张敏, 等.天津大气能见度与相对湿度和PM10及PM2.5的关系[J].气象与环境学报, 2013, 29 (2) :34-41.

LED在汽车照明上的优势 第5篇

LED即Light Emitting Diode, 是发光二极管的英文缩写。LED具有寿命长、能效高、体积小、节能环保等优点。近年来, 随着LED技术的不断发展, 以及社会对于节能的不断重视, LED在照明、显示等需要光源的各个方面都有使用, 在照明和显示中所占的份额也越来越大。而从汽车照明角度看, LED必将取代传统的白炽灯以及卤钨灯, 称为新一代的光源的代表, 这在照明行业和汽车行业已经达成了普遍共识[1,2]。

2 LED的发展现状

LED作为一种半导体光源, 在上世纪60年代就已经出现, 主要应用场合为对应用电压有要求, 而亮度要求不高的场合, 如仪器设备的信号指示等。上世纪90年代, 随着Ga Alln P和Ga Alln N LED的出现, 其发光效率和发光强度发生了突破性的进展, 特别是发光强度的进展带来了的应用前景, 并引起了广泛的关注。随着发光效率更高的白色LED的开发, 使LED成为了最引人注目的节能照明光源。引起广泛关注的必然带来了材料、封装都对LED的发展予以了足够的支持, 单只的LED的光通量可以达到几十流明, 光的强度已经超过了LCD, 而视角也提高了60°。这就为其在多领域照明系统中的应用带来了基础, LED作为一种低场型电致发光器件, 其优势是工作电压低、发光亮度高 (新一代的LED产品亮度更高) 、转化效率高, 光照范围可集中或分散, 反应速度快、使用寿命长、对应用环境要求低、工作性能稳定可靠等优点。因此特别是作为交通信号光源, 小型产品的背光光源, 仪器仪表的指示灯, 户外广告牌。近几年, 在工业、商业等方面取得了非常广泛的应用, 特别是在数字式广告牌的应用中, 由于其动态效果好, 可控性强, 节能等优点, 为广告行业带来了巨大的商机。在对于照度和节能敏感的领域, 如路灯照明等, 也对LED进行了广泛的关注, 并取得了一定的应用, 有逐步取代卤光灯成为路灯照明主流的趋势。可以说, LED在照明、背光显示等领域带来的影响, 是翻天覆地的。

3 LED在汽车照明上的优势

综合而言, LED作为一种新光源, 其能够在汽车照明中取得快速的推广应用, 并受到多方面的追捧和支持, 与其自身优势密不可分。其主要优势体现在:寿命长, 免维护;节能环保, 功耗低, 同样亮度的功耗仅为白炽灯的1/2;放映速度快, 普通白炽灯的启动时间超过100ms, 而LED不足70ms;结构简单, 性能可靠;体积小, 设计的灵活性大;冷光特性不产生大量热量;受电压变化影响小。这些优异的性能综合起来, 构成了LED等作为汽车照明的全方面综合优势。由于汽车照明分为内部照明和外部照明两方面, 因此本文从这方面进行论述, 主要以实例进行说明。

3.1 内部照明的优势

LED最早的应用就是在仪表等方面, 随着照度的提高和产品的类型不断增多, 在阅读灯、示宽灯、牌照灯等方面的应用也变得十分成熟。例如仪表盘中, 背光主要采用真空荧光或白炽灯, 当前则以冷阴极荧光灯 (LED) 作背光照明。在当前, 从仪表盘到整个娱乐、导航、计数、信息等控制显示的各个方面, LED都占据了绝对地位。除了背光外, LED在汽车内部照明还包括一般照明用顶灯、门锁灯等, 在装饰灯、阅读灯也光有应用。LED在内部照明上的优势, 主要体现在方便选择合适的亮度--产品选择灵活, 可以为车内提供放松和友好的气氛--装饰效果好, 以减少驾驶员的疲劳--减少光线干扰, 改善和提高舒适度--方向性好, 为驾驶员提供清晰的信息。作为照明灯, 对LED在显色指数、色温、甚至亮度上的要求不高, 多种类型的LED等适宜在车内使用。

3.2 外部照明的优势

LED作为外部照明方面的优势更加明显:

3.2.1 平均寿命高。

LED的平均工作寿命比白炽灯要高出几个数量级, 甚至远远超出汽车本身的寿命。这就为灯的长期使用, 简化和缩短维修维护, 节省时间和费用提供了保障。

3.2.2 响应时间短, 方向性好。

例如方向灯是装在车身前后端的两侧。为了能引人注目, 方向信号灯需要很强的亮度。而LED刹车灯的响应时间较常用的白炽灯短, 可给驾驶员留下了更多的反应时间, 提高车辆运行的安全性。LED更快的反应时间等同于有效地减小安全车距, 从而减少交通事故发生的可能性。

3.2.3 空间小、功耗低

LED占用空间小、功耗低使其便于综合应用, 这里以汽车尾灯为例进行说明。一般汽车尾灯都是组合式尾灯, 即将刹车灯、倒车灯、方向灯组合在一个灯体里。较低的功耗还可以降低汽车内部因为功耗和散热等原因导致的体积和重量问题, 更有利于设计人员对于外形和功能的设计。LED的冷光特性, 还可以保障灯具不会因长期受热而发生变形, 从而高灯具的寿命。

3.2.4 综合应用能力强

这里以LED在车外高照度照明为例进行说明, 前照灯用于夜间行车时的道路照明, 灯光为白光。一般将远光灯、近光灯、行车灯和转向灯组合在一个灯体里。特别是前照灯, 作为是汽车车灯中结构和功能最为复杂的灯具, 无论设计、制造等方面, 都可以代表整台汽车的照明技术。LED的综合性能在这里得到了充分体现:如色温更高, 更接近于日光水平;比汽车寿命还要长的超长寿命, 降低了维修维护费用并提高安全性;更低的能耗便于整车节能, 同时灯内的温度更低;更小的空间可以为设计提供便利, 更容易增加个性造型。

3.3 政策性优势

由于国家经济水平、技术能力的不断提高, 以及对节能减排和新产品新技术越来越重视, LED收到了前所未有的关注, 获得的政策性支持也是之前光源从未有过的。GB 25991-ZOl O《汽车用LED前照灯》作为国家标准于2012年1月1日实施, 标志着LED作为汽车前照灯的地位进入了一个全新的相当的高度。实际上, 早在上世纪90年代, 我国有一些汽车灯具企业进行了LED作为前照灯的研究开发, “十一五”期间, 国家科技部的支持, 使相关项目取得突破性进展, 但由于相关标准的缺乏, 导致进一步的研发和推广遇到了瓶颈。基于实际应用需要, 国家标准化管理委员会下达了标准编制计划, 之后, LED前照灯标准起草工作组对标准进行了大量的考察、试验、检验、研讨等工作, 虽然国际上没有成熟的标准可以借鉴, 但标准起草人员经过不断努力, 终于将这一标准完成。

标准的确立和实施, 不但可以起到推动LED在汽车照明应用上的推广, 还可以规范LED行业、汽车照明行业的发展和应用, 必将为LED更为广泛的应用提供一个坚实的基础。

4 结语

目前, LED已经在汽车照明的多个方面取得了广泛应用, 如前照灯、尾灯、刹车灯、转向灯、倒车灯以及仪表用灯等, 被汽车行业和照明行业公认为车灯光源市场的发展趋势。当然, LED在汽车照明上的优势不代表其不存在缺点, 如LED灯的控制问题, 大功率LED发热问题, 与传统光源不同的灯光设计问题的等, 然而瑕不掩瑜, LED技术还在不断进步, 产品还在不断更新发展, 而且研究和发展的速度会随着应用的广泛而不断增大, 这就决定了LED在汽车照明中的应用不会仅限于车外照明和内部仪用灯, 还会在内部显示、装饰等各方面发挥重要作用。

摘要：LED由于其自身的一些突出性能取得了越来越广泛的应用, 本文从LED适用于汽车照明的一些特点进行介绍, 探讨了LED能够在汽车照明中取得越来越广泛应用的真正原因。

关键词：LED,汽车照明,亮度

参考文献

[1]陶永亮.LED是汽车照明应用发展的趋势[J].中国照明, 2011.1.[1]陶永亮.LED是汽车照明应用发展的趋势[J].中国照明, 2011.1.

汽车照明论文 第6篇

目前汽车前照灯大都是与车身固结在一起的,不能随车轮的转向而同步转动,这样在夜间行驶时就存在照明死角,转弯内侧的路面没有灯光照明而看不清楚,从而带来了巨大的安全隐患[1,2]。汽车同步转向灯技术可以解决夜间汽车转弯时固定式前照灯的“视觉盲点”问题,有利于司机及时观测到转弯处的路况,使车辆驾驶更加轻松,提高夜间汽车行驶的安全性。

1 汽车转向同步照明装置的整体框架

汽车转向同步照明装置的整体框架主要包括4个部分:编码器、单片机、步进电动机和前照灯,如图1所示。

角位移传感器的功能是采集汽车前轮的转角信号,并将此信号传递给单片机。单片机将该信号进行处理,转换成步进电动机所需的脉冲信号,驱动步进电动机转动,再带动前照灯转向,从而并与前轮保持同步转动,达到同步照明的目的[3,4]。

2 硬件设计

2.1 角位移传感器

本装置中的角位移传感器为WHY-AT-3型无触点电容传感器。该传感器的主要性能指标见表1所示。

由于WHY-AT-3型传感器的工作线性量程为0-90°,为简化计算,传感器与方向盘轴的连接采用涡轮蜗杆过渡机构,使传感器始终工作在它的线性量程中。设方向盘正反转各为720°(两圈),前轮最大转角为40°,则涡轮蜗杆传动比为18。

2.2 转向机构

转向机构采用常见的齿轮齿条和曲柄连杆的组合形式[5],如图2所示。

曲柄滑块的运动方程为

式中,S——齿条(滑块)的位移,mm;

r——曲柄的长度,mm;

l——连杆的长度,mm;

ϕ——曲柄的转角,rad。

因为齿轮(方向盘轴)与齿条是线性变换,于是由式(4)可得方向盘轴转角θ与车轮转角ϕ的关系为

式中,i——齿轮与齿条的传动比。

2.3 单片机

单片机作为该装置的核心部件用来进行信息处理、运算和变换,发出步进电动机的驱动指令,以实现前照灯与车轮同步转向。本系统单片机采用飞利浦公司的P97C591单片机。

P87C591单片机与传统的51单片机指令完全兼容,在程序存储器与数据存储器方面有了较大的扩展,且片内带有10位的A/D转化器,因此简化了硬件电路的设计。

由于角位移传感器输出为电压信号,因此需要转化为数字量输入到信息处理系统进行分析。P87C591单片机A/D可通过置位ADC8位设置为8位转化模式,输入的电压范围0~5V。输入的电压变化率小于1 0 V/m s,转化结果存储于寄存器ADCH中。

根据A/D转化理论,将采样值取整为最小单位的整数倍,设这个最小单位即量化单位为δ。把0~5V的电压转化为8位二进制的代码,则有

即单片机分辨率为0.0195V,则对应的角位移为90×0.0195÷5≈0.35°。这样,可以建立A/D输出的数字代码与车轮的转角对应关系,如表2所示。

这样,单片机可利用查表程序迅速读出前照灯应转过的角度。

单片机的外围电路包括传感器的信号输入、步进电动机的脉冲输出信号、电源、复位和振荡电路,如图3所示。单片机的XTAL1与XTAL2引脚上接石英晶体和微调电容构成振荡器。C1,C2起稳定振荡频率、快速起振的作用。复位引脚RST上作用有持续时间超过两个机器周期的高电平时可实现复位。

2.4 步进电动机

本系统采用42BYG028步进电动机作为驱动前照灯的动力与执行装置。电动机主要参数如表3所示。

由步进电机的矩频特性知道,当电机工作在低频区时,脉冲间隔较长,此时步进电动机为单步运行状态,电机容易振荡。当电机越过共振区,工作在高频区时,其工作状态是稳定的。但电机的工作频率不能过高,否则无法启动。再者,频率过高,力矩就会变小,以致不能正常工作。因此,电机工作频率的选择非常重要。

通过对42BYG028步进电动机实验可知,采用33.3k HZ的频率可保证该电机良好运行。

2.5 抗干扰电路

为了减少高频信号对转换精度的影响,通常在模拟信号的输入端进行抗干扰设计,该装置采用光电隔离的方法,如图4所示。WYH-AT-3无触点式角位移传感器输出的信号经线性光耦HCNR201隔离后输入到P87C591单片机中,可以取得较好的效果。

步进电动机运行时的机械电磁干扰也较大,对单片机的稳定运行有较大的影响,因此单片机输出的控制信号与步进电机之间应做好隔离。SWT-201M型驱动器内部结构中已考虑此问题,以实现了光电隔离,因此不用考虑外设隔离电路。

3 软件设计

此系统的控制属于位置控制,因此可以通过控制发出脉冲的个数,控制角位移量,从而达到准确定位的目的,也可通过控制脉冲频率控制电动机的转速和加减速。

3.1 脉冲发生子程序

电动机的脉冲由单片机的定时计数器定时产生。系统采用的电机脉冲为33.3k HZ,即周期为30µs。选择T1方式用于定时,使接口P1.0每隔15µs计数溢出,即取反一次,从而得到周期为30µs的方波。将产生的方波输入到SWT-201M驱动器输入端,以控制电动机的运行。

3.2 方向控制

SWT-201M型驱动器提供了简单的方向控制方法,只需高低电平的转化就能实现电机转向的控制。

为了区分方向盘的正反转,安装传感器时使方向盘在正中位置时传感器恰好输入45°信号,即读出#7CH的值。方向盘正转时读出值大于#7CH,反转时小于#7CH。因此当传感器输出时单片机可以通过与#7CH的比较可判断出正反转,进而在相应的程序段中控制接口P1.1的输出高/低电平,再输入到电机驱动器控制电机的转动方向。

3.3 步数计算

该型号电机的步进角为0.45°,设前轮转角为时,电机需要转动的步数为

编制一张表格,对应不同的读出代码(前轮转过的角度)读出电机应该运行的步数,写入单片机的程序存储器中,运用查表程序进行查取。步数为双字节数,存储于20H,21H单元中。进而控制单片机的T1定时器,即通过P1.0口输出到步进电机驱动器中的脉冲个数,使电机与车轮同步转向。

主程序流程图如图5所示。

4 结论

本文基于P87C591单片机开发研制了汽车转向同步照明装置,解决了固定式前照灯因转向而带来的照明“盲点”问题,是汽车照明技术的一大革新。本装置简单实用、可靠性高,具有较好的市场前景。

摘要：设计一个汽车转向同步照明装置,以P97C591单片机为主控器。它可自动检测前轮转动角度,控制步进电动机带动前照灯同步转动。给出了电路的设计方案和软件流程。硬件方面主要从信号采集、电气控制等方面进行设计,软件方面主要从信息处理方面进行设计。

关键词：汽车前照灯,单片机,步进电动机

参考文献

[1]应育周.自动转向前照灯将成新卖点[J].中国汽车报,2007,B(16).

[2]董江辉.智能转向照明技术带您进入崭新的照明时代[J].汽车与配件,2006,4(19).

[3]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[4]雷思孝,冯育长.单片机系统设计及工程应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

汽车照明论文 第7篇

为满足汽车电子产业中各个电子控制单元的通信要求, 从减少线束和增加可靠性、智能化、可拓展性等角度出发, 总线技术被大量应用于汽车内部通信中[1]。其中又以CAN总线[2] (Controller Area Network) 和LIN总线 (Local Interconnect Network) 最为常见[3,4]。而LIN总线具有成本低、易于拓展等特点, 在不需要CAN总线的带宽和性能的场合, 可以使用LIN总线来降低车身网络的成本[5]。

1 LIN总线通信协议

LIN总线是采用单主节点、多从节点的结构。每一个报文都由一个13位的同步间隔场 (Synchronization Break) 开始, 然后是1个字节的同步场 (Synchronization Field) 和1个字节的标识符场 (Identifier Field) , 同步间隔场、同步场和标识符场组成报文头 (Header) , 报文头由主节点发送, 称为主机任务;从机任务则是发回2/4/8字节的数据场 (DATA Field) 和1个字节的校验和场 (Checksum Field) , 这些称为响应 (Response) 。由此可见, 每个LIN报文帧都包含3个字节的控制和安全信息以及2/4/8个字节的数据。LIN报文帧如表1所示。

需要指出的是, 报文头和响应之间由帧内空间分隔, 各场之间由字节间空间分隔。

LIN总线的硬件接口为UART/SCI, 其各场的格式自然也采用UART/SCI的串行数据格式:每个字节场的长度均为10个位时间 (Bit Time) , 其中包括1位起始位 (显性) 、8位数据位和1位停止位 (隐性) 。

同步间隔场:其功能是清楚地识别报文帧的开始。同步间隔场由持续一定时间 (最小TSYNBRK, 本文中设置为13个位时间) 的显性总线电平和持续一定时间 (最小TSYNDEL, 本文中设置为1个位时间) 组成, 后者称为同步界定符。如图1所示。

同步场:同步场中包含了时钟同步信息。同步场的格式是“0x55”, 如图2所示。

标识符场:定义报文的内容和长度。标识符场中的前6位标识符定义报文的内容, 其中ID5和ID4定义报文的数据场的字节数, ID5:ID4值为0b00、0b01、0b10和0b11分别表示数据场有2、2、4和8个字节;后2位标识符为ID奇偶校验位 (ID Parity Bit) 。因此LIN有26=64个标识符, 但只能分配24=16个地址。标识符场如图3所示。

标识符奇偶校验位的校验方法如下:

其中P0为奇校验, P1为偶校验

经过上述算法计算后, 可验证不可能所有的标识符位为显性或者隐性。

只有与报文消息相关的从节点才需要对该报文进行响应, 否则, 从节点可以不处理该报文的响应场。

数据场:由2/4/8个字节的数据组成。首先传输的是数据的最低位 (LSB) , 数据场如图4所示。

校验和场:数据场所有位的和的反码。所有位的和按带进位加的方式进行计算。校验和场如图5所示。

2 LIN节点的硬件实现

为了实现汽车照明系统的网络化, 以及为了便于与CAN总线进行通信, 本文采用主、从节点分别设计的方案。主节点负责发出照明指令, 从节点负责照明的驱动实现。

主节点采用MC9S08DZ60MLH作为控制器件, 因其具备CAN通信模块, 能较为方便地完成CAN/LIN网关的工作, 实现CAN总线和LIN总线的通信[6]。

而LIN从节点只要具备串口的单片机即可, 在本文中选用Microchip公司的PIC16F886作为主控芯片, 其增强型通用同步/异步收发器 (EUSART) 模块, 因具备自动波特率检测, 接收到间隔字符时自动唤醒等特点, 非常适合作为LIN节点控制芯片。

本文选择Philips公司的LIN总线的收发器TJA1020, 它能支持最高至20 Kbps的波特率, 具有非常好的EMI特性, 且为LIN总线的从节点集成了终端电阻, 具有睡眠模式, 能有效减小功耗, 且可以通过本地和远程两种模式可以从睡眠模式中恢复。TJA1020的应用电路如图6所示。

在汽车照明系统的电路设计中, 车内LED阅读灯的功率较小, 其驱动选择高侧开关集成芯片来完成。ST公司的VND5E050AK-E能完全满足驱动需求, 其最大瞬态供电电压为41 V, 正常操作电压在4.5 V~28 V之间, 最大输出电路为27 A, 每通道最大的导通电阻仅为50 mΩ, 具有欠压/过压/过流/过温保护功能, 其应用电路如图7所示。

VND5E050AK-E还具有反馈电流的功能, 本文正是利用其反馈电流, 来检测照明灯是否正常工作, 如不正常, 则在数据场返回错误报告。

3 LIN节点的软件设计

本文中LIN总线的主节点波特率设置为9 600, 从节点根据波特率自动检测来判断接收的波特率是否在9 600附近, 如差别过大, 则显示错误, 中断通信。由于LIN总线的整个报文帧是由主节点和从节点分别发送的主机任务和从机任务组成的, 因此他们的程序均一直在查询从机或主机任务。主节点和从节点的程序流程分别如图8 (a) 、 (b) 所示。

4 结束语

从LIN总线协议的报文帧可以看出, LIN通信并不复杂, 但是却能满足一般的低速汽车电子通信要求。其硬件用普通单片机的通用串口即可实现, 具有较好的灵活性和扩展性。在汽车照明系统中, 使用LIN总线, 能够有效地在完成控制要求前提下, 降低通信成本。

摘要：LIN总线作为汽车电子中常见的一种总线协议, 因其通用性广、成本低廉受到众厂商的青睐。为了将LIN总线应用到汽车照明系统上, 对LIN报文帧进行了详细的研究, 对各个字节的内容进行详细的解释。随后在通用串口的基础上, 设计了一套基于LIN总线的汽车照明系统, 并给出了主从节点不同的硬件电路图和软件流程图。最终完成了整个照明系统的开发要求。

关键词：LIN总线,汽车电子,串口通信,照明系统,主从节点

参考文献