雨水傳感器在汽車上的應用

　　現(xiàn)在，汽車中已經(jīng)安裝了越來越多的傳感器以增加主動和被動安全性，一種具有極高的市場滲透性的傳感器是雨水傳感器，以增加舒適性和安全性。如果汽車有雨水傳感器，駕駛者就無需調(diào)節(jié)雨刮器設置來迅速停止刮片的運動或者得到更好的視角。當在濕路上駕駛時，駕駛者就無需動手來打開雨刮器，所以駕駛者就可以集中精力開車。如果安裝了附加的“輔助車燈開關”，車燈就會在昏暗超時的條件下打開，不會由于車燈一直開著而浪費燃料。目前大多數(shù)車型都采用的是單電機驅(qū)動的雨刮器系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的優(yōu)點不言而喻，采用連桿機構(gòu)驅(qū)動2個雨刮，成本比較低。但雨刮的噪聲和雨雪天氣刮刷不凈的現(xiàn)象還是時有發(fā)生。

　　一、雨水傳感器工作原理：

　　大多數(shù)的雨水傳感器使用的是光學系統(tǒng)，由光發(fā)射二極管(LED)、光接收二極管(LRD)、周圍環(huán)境傳感器、電控制單元(ECU)和幾個鏡頭組成。

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

　　二、汽車雨刮系統(tǒng)

　　汽車擋風玻璃雨刮系統(tǒng)由雨傳感器、雨刮器電動機、桿式開關、繼電器和ECU組成。雨水傳感器安裝在擋風玻璃上，在掃除區(qū)域探測雨水時，雨刮器以一種能使駕駛者總有個很好的視角進行運動。有兩種不同的系統(tǒng)。

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

　　2、網(wǎng)絡雨水傳感器：在這種系統(tǒng)中，雨水傳感器連接到總線上，它通過網(wǎng)絡接收所有信息并且發(fā)送所有命令。

　　在駕駛者打開系統(tǒng)后，雨水傳感器控制了所有的掃除行為，它將命令單個雨刮器以低速掃除或以高速掃除。因為每個駕駛者對雨刮系統(tǒng)如何反映由不同的期望，因此，靈敏度設置可以使系統(tǒng)滿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行連續(xù)掃除。

　　三、信號評測

　　1、 發(fā)射器

　　發(fā)射器由模-數(shù)轉(zhuǎn)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LED。發(fā)射器的電流調(diào)節(jié)非常重要，因為光轉(zhuǎn)化的有效性是非常可變得且有一個溫度梯度。一般地，在LED中，光以脈動方式發(fā)射以減少損耗和增加電流。使用寬范圍的發(fā)射器電流的另一個原因是光通過擋風玻璃的發(fā)射沒有很好的規(guī)范且有很大的公差范圍。一般的擋風玻璃都有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不同的。

　　2、接收器

　　接收器有幾個LRD、電流-電壓轉(zhuǎn)換器、清除或低頻偏移的過濾器、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控制著開和關。如果

　　存在干擾光時，LRD會被關閉。發(fā)射的寬范圍是使用可變的電流-電壓轉(zhuǎn)換來確保接收器系統(tǒng)的余下部分具有良好條件的原因。在轉(zhuǎn)換以后，幸好被過濾。所有的DC或低頻干擾都會被去掉以獲得純粹的信號。干擾一般由周圍環(huán)境的光引起，干擾的量有微控制器來測量以決定光路是令人滿意，還是被陽光所飽和，且會給出一個信號精度指示。過濾后的信號被ADC放大、轉(zhuǎn)換。

　　3、微控制器

　　微控制器控制整個系統(tǒng)且對信號進行測評。在測量執(zhí)行之前，最佳工作點被測評。同過測試來進行測評工作。在接收器中的轉(zhuǎn)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。傳感器在操作點開始工作。干擾和信號不斷的被測量和測評。接收信號對時間的梯度和被規(guī)則系統(tǒng)用來測評正確的掃除策略，而且，周圍的光被一個額外的傳感器測量以探測白天或晚上的狀況。在晚上，因為水珠對可見度由較大的影響，尤其是如果有其它車輛的明亮前燈照著的時候，所以，靈敏度會增加。

　　四、掃除模式

　　不同的掃除模式用于對所有雨水條件進行性能優(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，有一個以低雨刮速度的單一擦拭動作。當自動模式達開時和當系統(tǒng)探測到干燥的擋風玻璃時，這是一個最基本的工作狀態(tài)。從這種狀態(tài)中，每次下雨事件都會直接觸發(fā)單一擦拭運動。在擦拭過程中，系統(tǒng)以低速度決定停、接續(xù)擦拭或轉(zhuǎn)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，傳感器就會探測雨滴，兩次下雨之間的時間決定了兩次單一擦 拭之間的間歇。在每次間歇的終了時，時間會被重新計算，雨越多，間歇越短，反之亦然。在計算中，前次間歇會被考慮進來以達到一種和諧的狀態(tài)。否則“神經(jīng)性的行為”將會惹煩駕駛者。如果計算的間歇要比最大間歇還要長，則系統(tǒng)會轉(zhuǎn)到直接模式。在每一個擦拭循環(huán)中，傳感器會檢查決定是進行轉(zhuǎn)換還是繼續(xù)擦拭。

　　3、連續(xù)擦拭

　　在擦拭循環(huán)中，下雨的次數(shù)會被計算且雨滴的大小也會被評測，者用于得到雨強度的信息。根據(jù)這一強度，雨水傳感器會產(chǎn)生低速、高速或具體的擦拭速度(如50r/min)。動態(tài)滯后，它在最后的循環(huán)中依靠這一事件，會阻止系統(tǒng)從一種速度快速地轉(zhuǎn)換成另一種速度。使用刮雨器電動機停止信號的時間基準確保在所有條件下對所有雨刮器電動機正確操作。如果電動機以低速進行擦拭，探測時間減少且低速和高速之間的臨界值會自動提高。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。