自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)的簡化設(shè)計(jì)

通過步進(jìn)電機(jī)對氙氣車前大燈實(shí)施電子控制的目的在于指引車燈光束，最大程度地降低迎面而來的車輛的燈光強(qiáng)度，同時照亮曲道的路面。但是，車輛電機(jī)驅(qū)動器芯片的位置卻對該系統(tǒng)的效率有極大的影響。
高強(qiáng)度放電燈（氙氣燈）車輛前大燈越來越成為全球車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，同時降低由于不當(dāng)定向所造成的氙氣燈光強(qiáng)過高所導(dǎo)致的危險，自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)（AFS）的重要性與日俱增。

這些系統(tǒng)能夠在垂直方向上輕微地調(diào)節(jié)車前大燈的光束，以此來補(bǔ)償車輛相對于路面的傾斜度的變化。同時，它們也能夠根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向的變化，相應(yīng)地讓車前大燈旋轉(zhuǎn)。這樣的光束能夠提供最佳及最安全的前方道路照明，顯著改善司機(jī)轉(zhuǎn)彎時道路的可視度。

一、自動校平—減弱強(qiáng)光

前大燈自動校平系統(tǒng)的工作原理是在車輛傾斜的情況下仍保證燈光與路面呈水平狀態(tài)（見下圖）。車輛處于停止?fàn)顟B(tài)時可能會由于某些原因而傾斜，例如有乘客上車，或裝行李，甚至是給油箱加油。同樣的，當(dāng)車輛處于行進(jìn)狀態(tài)時，也會由于剎車或加速而導(dǎo)致車輛傾斜。在這兩種情況下，車前大燈都必須保持與公路水平的狀態(tài)。前大燈自動校平系統(tǒng)根據(jù)傳感器的一系列數(shù)據(jù)，尤其是從前后車軸傳來的懸架壓縮數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)各車燈的角度。

二、通過前大燈旋轉(zhuǎn)來提高安全性能

車輛的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)包括有關(guān)轉(zhuǎn)向角及輪速的實(shí)時傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)該信息，配備前大燈的自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)能夠使光線的分布與車輛的轉(zhuǎn)向角相適應(yīng)，以便于迎面而來的轉(zhuǎn)彎和岔路口—尤其是司機(jī)的凝視點(diǎn)—能夠得到最佳的照明（見下圖）。光線的這一顯著增強(qiáng)能夠降低司機(jī)的緊張度和疲勞感，并且提高障礙物的可見度；而這些障礙物是固定光束前大燈甚至無法照到的。許多研究表明，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，旋轉(zhuǎn)光束前大燈使司機(jī)凝視點(diǎn)的照明度提高了300%。

三、步進(jìn)電機(jī)控制

每臺車輛前大燈的轉(zhuǎn)動都是通過使用步進(jìn)電機(jī)而實(shí)現(xiàn)的，其中，一臺步進(jìn)電機(jī)控制垂直方向上的轉(zhuǎn)動，另一臺用于控制水平方向上的轉(zhuǎn)動（見下圖）。電機(jī)根據(jù)車輛四周的許多傳感器反饋的數(shù)據(jù)作出反應(yīng)。信息的傳達(dá)是通過車輛的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。LIN總線是前大燈控制的一個實(shí)用的選擇，而CAN總線則能夠?qū)鞲衅鲾?shù)據(jù)收集起來并且分配到整個車輛。步進(jìn)電機(jī)是前大燈調(diào)節(jié)應(yīng)用的一個最佳選擇，因?yàn)檫@些電機(jī)成本低，堅(jiān)固耐用，體型雖小卻能夠提供一個很大的扭矩。

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

第二種方法是機(jī)電一體化。在這一方法中，驅(qū)動器芯片與電機(jī)安裝在一起（見上圖底端）。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(jī)控制器集成電路，把芯片能夠直接安裝于電機(jī)內(nèi)的自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)機(jī)電一體化方法變得更為可行。這一方法是非常有益的，因?yàn)橹醒胛⒖刂破骱蜋C(jī)電一體化模塊的接口連接只需要低電磁兼容性的總線。機(jī)電一體化方法采用模塊化設(shè)計(jì)，前大燈組件的維修保養(yǎng)方便，所以好處顯著。

四、分割硬件和軟件

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的應(yīng)用需要同時設(shè)計(jì)硬件及軟件。這會變得非常復(fù)雜，尤其是像在自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)中，多個軸需要同時受到控制的情況下。在步進(jìn)電機(jī)控制器集成電路出現(xiàn)以前，過去的方法是投資于微控制器并且開發(fā)專用軟件，或使用轉(zhuǎn)換芯片（見下圖、左及中部圖片）?；谲浖慕鉀Q方案的主要問題在于開發(fā)成本很高，且在任何條件下檢驗(yàn)多個軸的正確操作存在固有的困難。

所謂的轉(zhuǎn)換集成電路，在微控制器與驅(qū)動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，但同時也導(dǎo)致了更難以管理的復(fù)雜性及更多的軟件需求（見下圖，右方圖片）。使用轉(zhuǎn)換芯片的不利之處在于使得印制電路板的設(shè)計(jì)變得更復(fù)雜，同時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(jī)控制器與其它方法相比，降低了需要多個軸自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且提供了一個車輛制造商們所需的直接的解決方案，來支持模塊化及車輛一體化設(shè)計(jì)。

AMI Semiconductor公司提供了四種混合信號器件，這些器件集總線連接、定位、電子控制及電機(jī)驅(qū)動器于一個占位面積為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(jī)內(nèi)部的情況下，仍能保證運(yùn)動控制軟件的模塊化設(shè)計(jì)及魯棒的電機(jī)操作。

上述兩種型號（AMIS-30621和AMIS-30623）器件的特色在于以LIN總線為接口。相較于將驅(qū)動器置于遠(yuǎn)端的系統(tǒng)，這一方法節(jié)省了布線成本，并且擁有更好的電磁兼容性能，這一優(yōu)勢是在汽車應(yīng)用中遇到困難時解決問題的關(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、無傳感器止動檢測

大多數(shù)自動前大燈系統(tǒng)在車燈打開時都能進(jìn)行最初的位置調(diào)整。這一機(jī)械方式在指定時間內(nèi)基本上將車燈調(diào)節(jié)至可能的最低點(diǎn)。該程序存在一個問題，即由于步進(jìn)電機(jī)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傳感器的止動檢測，該方法的特色是應(yīng)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(zhǔn)位置，并且不需要外部傳感器就能夠在靠近機(jī)電停止點(diǎn)時使用 半閉環(huán)操作。

七、本文小結(jié)

使用單芯片步進(jìn)電機(jī)控制器集成電路能夠使自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極大地簡化，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(shè)計(jì)更大地提高了前大燈總體的可靠性，并且意味著外部電路元件僅需幾個電容器。同樣地，打入市場的時間、設(shè)計(jì)及整個系統(tǒng)的成本都將受到積極的影響。

機(jī)電一體化和模塊化的方法都得到了單芯片步進(jìn)電機(jī)控制器集成電路的支持，在快速增長的車輛電子系統(tǒng)使得電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜和昂貴的情況下，這兩個方法為廣大車輛制造商們所推崇。