車大燈隨動(dòng)系統(tǒng)仿真電路設(shè)計(jì)研究

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1引言

在《汽車綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用與調(diào)試》課程教學(xué)中，我們需要設(shè)計(jì)汽車大燈隨動(dòng)仿真控制電路系統(tǒng)。若采用實(shí)際汽車上的車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、車身高度傳感器等實(shí)車部件，會(huì)帶來設(shè)計(jì)系統(tǒng)體積大、成本高，也不利于更好地培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力。因此，我們考慮自己設(shè)計(jì)上述傳感器信號(hào)產(chǎn)生電路。我們基于車速傳感器工作原理設(shè)計(jì)了車速信號(hào)產(chǎn)生電路；利用可調(diào)電阻器形成的分壓器獲得轉(zhuǎn)向角度和車身高度信號(hào)，雖然信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理與轉(zhuǎn)向角度傳感器、車身高度傳感器不同，但在不影響大燈隨動(dòng)調(diào)節(jié)的原則下，節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)難度，特別是降低了數(shù)據(jù)處理難度、汽車大燈調(diào)節(jié)模型的設(shè)計(jì)難度，開發(fā)出了符合預(yù)定技術(shù)要求的整機(jī)系統(tǒng)。

2汽車大燈隨動(dòng)大燈系統(tǒng)分析

汽車大燈隨動(dòng)系統(tǒng)包括AFS前大燈隨動(dòng)系統(tǒng)和ALS光軸自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)。AFS前大燈隨動(dòng)系統(tǒng)由電控單元、車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、氙光前大燈等組成。在夜間轉(zhuǎn)彎時(shí)，電控單元根據(jù)車速以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角度，輸出控制信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整氙光前大燈的照射中心，自動(dòng)向彎道左側(cè)移動(dòng)，確保彎道中的高能見度。ALS光軸自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)由電控單元、車身高度傳感器、氙光前大燈等組成。在后排負(fù)載較重導(dǎo)致車身角度上揚(yáng)時(shí)，ALS自動(dòng)調(diào)整光軸傾角，避免光軸上揚(yáng)對(duì)對(duì)面來車駕駛?cè)藛T的視覺造成干擾。轉(zhuǎn)向角度傳感器一般采用光電式傳感器，用來檢測轉(zhuǎn)向軸的旋轉(zhuǎn)角位移量和旋轉(zhuǎn)方向。在轉(zhuǎn)向軸上，設(shè)有一個(gè)遮光盤，夾于遮光盤兩側(cè)的是兩組光電藕合組件，光電藕合組件安裝在轉(zhuǎn)向柱上。當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，遮光盤隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，遮光盤圓周上均勻地開有許多槽，遮光盤上轉(zhuǎn)動(dòng)使光電耦合組件之間的光斷續(xù)地通斷，由此就可以檢測出旋轉(zhuǎn)角度。根據(jù)光斷續(xù)通斷的速度，可以檢測出轉(zhuǎn)向速度。此外，再根據(jù)兩組光電管產(chǎn)生脈沖信號(hào)的相位關(guān)系，可以檢測出轉(zhuǎn)向軸的旋轉(zhuǎn)方向。車身高度傳感器帶有連桿，能帶動(dòng)傳感器軸轉(zhuǎn)動(dòng)。傳感器軸上固定著一個(gè)開有許多窄槽的遮光圓盤。其工作原理與轉(zhuǎn)向角度傳感器基本相同。當(dāng)車身高度發(fā)生變化時(shí)，遮光圓盤在傳感器軸帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，在光電耦合組件輸出端輸出通斷信號(hào)。根據(jù)此通斷信號(hào)，懸架電子控制系統(tǒng)ECU計(jì)算出遮光圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和車身高度發(fā)生的變化。

3汽車大燈隨動(dòng)系統(tǒng)仿真電路設(shè)計(jì)

3.1汽車大燈隨動(dòng)系統(tǒng)仿真電路基本組成

汽車大燈隨動(dòng)系統(tǒng)仿真電路由單片機(jī)控制系統(tǒng)、車速-轉(zhuǎn)向角-車身高度信號(hào)模擬電路、大燈調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路、大燈調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（核心是直流電機(jī)）及電源電路等組成，其電路框圖如圖1所示。

3.2具體功能電路分析

單片機(jī)控制系統(tǒng)由80C52單片機(jī)、12MHz時(shí)鐘電路及復(fù)位電路組成，通過調(diào)用控制程序?qū)囁傩盘?hào)、A/D轉(zhuǎn)換電路送來的轉(zhuǎn)向角信號(hào)與車身高度信號(hào)進(jìn)行處理，輸出大燈調(diào)節(jié)控制信號(hào)，控制水平調(diào)節(jié)直流電機(jī)、豎直調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)角度。車速—轉(zhuǎn)向角—車身高度信號(hào)模擬電路。其中，LF0038是紅外光接收專用集成電路，其內(nèi)有紅外光電二極管、放大器、限幅器、帶通濾波器、積分電路及比較器等電路。接收到紅外光信號(hào)經(jīng)過LF0038處理后，得到矩形脈沖信號(hào)，并送到80C52的P1.3腳。圖中A代表帶圓孔的轉(zhuǎn)盤，B代表直流電機(jī)。直流電機(jī)調(diào)速電路，NE555的OUT腳輸出的PWM信號(hào)控制控制直流電機(jī)改變轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)向角度信號(hào)和車身高度信號(hào)直接由兩個(gè)電位器Rw1、Rw2的滑動(dòng)端取出，并送給A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換電路由ADC0832組成。ADC0832與80C52的連接關(guān)系。來自Rw1、Rw2的表示轉(zhuǎn)向角度、車身高度的兩個(gè)電壓信號(hào)U1、U2送到ADC0832的CH0、CH1端。在80C52的控制下，ADC0832將U1、U2轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)。大燈調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路主要由大燈燈光位置控制器集成電路TDA3629組成，如圖5所示。

4單片機(jī)控制系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制系統(tǒng)控制程序采用C語言編寫而成，主要包括系統(tǒng)初始化程序、車速信號(hào)檢測程序、A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存程序、大燈調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)程序等功能模塊。整機(jī)系統(tǒng)上電后，在系統(tǒng)控制程序控制下，單片機(jī)系統(tǒng)開始初始化；單片機(jī)控制檢測車速信號(hào)、A/D轉(zhuǎn)換器送來車身高度、轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，按照大燈調(diào)節(jié)控制模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)大燈內(nèi)水平調(diào)節(jié)電機(jī)、豎直調(diào)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)大燈光軸方向的目的。

結(jié)語

目前，汽車大燈隨動(dòng)系統(tǒng)仿真電路已在課程教學(xué)中得到應(yīng)用，并且運(yùn)行穩(wěn)定、效果良好。系統(tǒng)控制源程序代碼對(duì)學(xué)生公開，在開展汽車大燈隨動(dòng)系統(tǒng)仿真控制實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)時(shí)作為學(xué)生學(xué)習(xí)的參考資料。正是由于我們?cè)O(shè)計(jì)了汽車大燈隨動(dòng)系統(tǒng)仿真控制電路（含軟件）實(shí)訓(xùn)臺(tái)，學(xué)生能夠更好地在其上面學(xué)習(xí)汽車大燈隨動(dòng)系統(tǒng)仿真控制硬件電路和控制程序設(shè)計(jì)知識(shí)，有效地提高了學(xué)生開發(fā)汽車單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的能力。

作者：李延廷 單位：北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院