B.01.01—车灯调节
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发表于 6/12/2015 1:15:18 PM
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(2014-12-24 发表于本人QQ空间)B部分对我而言是一个挑战,其一是手上没有任何资料,如数模、图纸、性能曲线、仿真数据,也没打算花时间去网搜什么东西来支撑我的文字(实在太难找到想要的东西),所以对我及对想看的人都会感到很枯燥,尽管如此我仍将尽可能在写的时候整理好自己的思路;其二是这部分的内容没有打过腹稿也没有编写过任何目录,没有任何计划就着手做一件事,对我来说是很有风险的,但我会尽力做好。只是不可能会向在工作中一样一再确认和修改、完善,所以如有问题请大家及时指正。
因时间原因,车灯调节这块的内容应该要分为几次介绍。下文分2个晚上写成,总体来说个人不太满意、暂还是不修改了。
为什么要调节车灯
先理解这些场景:对于传统的车辆来说,当车辆平放在地上,静止、里头未坐人时,开启灯光,这个时候前灯的照射高度是一定的;此时一位驾驶员坐至驾驶位,前灯的照射高度发生了变化,再进去一位乘客,前灯的照射高度再次发生变化(如果乘客所坐的位置不同,变化的方向也会有所不同);如果坐进去两位、三位乘客,如果再在行李箱任意增加行李,这些操作均会使前灯的照射高度发生变化。而且行驶过程中,车辆加速、减速时,上坡或下坡时,由于重心发生偏移,车的俯仰角发生了变化,由于前灯相对于整车的位置并未发生变化,故灯光的高度是一直不断变化的。在这个变化的过程中,不光本车驾驶员的视野发生了变化、且很多时候都会因照射过高而对对面驶来的车辆造成眩目。为了解决这种问题,便需对前灯的照射范围进行调节。
行业的一般做法
灯光有关的法规在中国都是延用欧洲,虽然美国和日本等地均有自己的法规,但中国并未将各地法规汇总分析然后形成自己的法规,而是采取直接翻译欧洲的然后当成自己的。在07版的GB4785之前,整车出厂前只要手动将近光、远光的照明位置调至法规规定范围内便可以(调节方式是操作工人用气动工具调节前灯后的调光螺栓);在这版法规出台后,要求驾驶员能坐在车里手动调节近光的高度,并在用户手册上告知用户几种典型场景下应调至哪一档,但这一规定仅适用于近光灯光强小于2000lm的情况,对于大于2000lm的情况则必须有自动的上下调光系统及前大灯清洗系统,而非仅靠驾驶员手动调节了。所以当前的车辆至少会有手动调光开关,对于HID近光灯,如为35W的则需配自动调光系统,如为25W的则不是强制配备了(因为它小于2000lm)。对于整个行业的趋势来说,HID的前景不大,虽然卤素大灯用了半个多世纪,但是由于光源的发展路径,HID的前景比LED的还低。
车灯调节简介
?最原始的调节是通过调光机构直接调节反光碗或透镜的上下和左右位置,它是种机械调节方式,主要用于更换大灯总成后的调节和车辆出厂前调至法规规定的位置区间。即上面所说的2007年以前的主流。
?第二种调节即手动开关调节,采用调节电路通过调节器对上下位置进行调节。仪表板上的开关为分压电路,其与大灯调节器必须采用同一电源以避免引电源差异带来的调节误差。因为大灯调节器的输入为电压百分比(而非绝对电压),这个输入与调节螺杆的调节位移曾线性关系。调节螺杆位移与灯光角度可以近似认为是线性关系(角度很小时采用近似法)。因此可以根据输入电压百分比推导出灯光角度(或下倾度)的关系,再根据车辆的质心位置、轴距、负载位置、悬架刚度等进行匹配,当然,最后还需实车验证。这种方式所调的仅仅是上下方向。由于这种调节所采用的方式是离散调节,而对于一辆车来说,某个特定状态下其最佳的灯光照射位置是确定的,而这个”特定的状态“其实是不定的,它是连续变化的,所以采用这种离散调节的方式不可能完全使灯光照射点保持到最佳的位置。法规中规定了必须要保证的三个负载状态,所以一般设计均以法规的目标为首要目标,其他状态下的目标能满足则满足,不能满足就算了。
?第三种调节为自动调节。延续第二种来说,由离散的手动调节变成了连续的自动调节。一般而言采用在车辆前部和后部安装两个高度传感器以实时检测车辆俯仰角,以此为输入以计算调光的目标方向。为能实时检测到车身俯仰角的变化情况,高度传感器一般为分两端,分别固定于车身副车架上及五连杆处,当车辆负荷发生变化时,悬架上侧和下侧发生相对位移,此位移引起传感器的2个支点发生相对位移,传感器的位移转换成电压信号输出至控制模块。但是否这种方式仍然可以保证调节的准确度?其实每辆车、每个零件都有制造误差,而存储于MCU中的算法是不可能将各种误差全考虑在内的,所以肯定会有一定的误差。为了减少由于零件制造和整车装配造成的误差,设计上会在整车装配好后进行零点学习,因为实际计算时需要的输入是相对输入而非绝对输入,比如整车出厂时的灯光照射位置应是一定的,这个“一定的”的位置即法规定义的区间,在这个位置上,如果车身下倾了5度,则应将光照位置上调5度,以此保证照明距离和原来一样。故装配后,要求在特定的负荷状态下进行零点学习,以此为基点计算相对俯仰角,给调节提供参考。
?以上三部分均为上下方向的调节,这三部分在很多车上均已配备,下面做进一步的延伸。提到左右调节,即为解决行车时的弯道照明而进行的近光灯肘部的调节,虽然早在十年前就有车量产了,但到今天配备的车型仍然不多。上下调节中除自动调节有可能采用永磁直流电机加反馈电阻形成闭环外,在配备水平调节的系统中也可能采用步进电机来实现;而对于有水平调节的场合,均是采用步进电机以保证精度。水平调节的输入有两种:实时信号主要是方向盘转角、车速、加速踏板、制动踏板、加减速的数值等,车型特有的参数包括轴距、悬架刚度等;这是以前设计时想到的,但是目前由于很多车型都装配有前视摄像头了,不难得到前方道路的曲率数据,故在算法上我认为可以采用前方曲率、当前车速、加减速情况、横摆角等进行重构——以前并未采用这些数据,而当时去研究的算法目前也已经忘记了,就当前来看我认为调节目标的计算至少有以上两种思路。当然,对于所有的控制来说,需要事先定义一个调节目标不然算法就无从下手了,这个目标个人认为应定义为驾驶员的“视区”,即驾驶员正常开车时可以看到前方那个区域,在弯道时,应让驾驶员的可视区域继续保持与道路方向一致,而非一直是前方;进一步举例说明:驾驶员在直道上能看到的距离是80m处,则在弯道上仍应可看到延道路方向直线距离的80m处,以此为目标进行水平调节——除此目标外,法规也还有一个最大角度的限定。
?以上的四个部分是基于传统光源的调节,进一步的就是光形调节了,ECER123中定义了4种近光光形,每种近光的配光需求并不一样,仅仅通过单一的上下调节或单一的水平调节可能无法完全实现所有的光形需求,而二者结合我认为是有可能实现的,但采用2种调节方式相互配合以实现不同的光形在业界并无成功先例,而欧洲人的方式是直接设计遮光板、通过用电磁阀(或电机)控制其旋转到特定的位置来获取不同的光形。
?第六次的发展就应到LED光源了,例如奥迪A8,通过控制不同LED的亮灭来实现特定的光形,而不再采用调节光源的照射角度来实现相关功能了。这么做是由于LED数量较多,要实时调节它的位置比只要控制其亮灭来得更容易。当然,一些追求成本的公司如丰田,由于现在多芯的单颗LED也能实现照度要求,这种情况下仍可以机构件来实现不同的需求。
?在LED大灯的基础上进一步发展到矩阵光束,这种情况下增加了更多LED、结合前方车辆的情况,结合导航地图等,可以完全控制灯光避开前方车辆的位置、到某个路口提前展开灯光以给提供更宽的照明区域。
?未曾量产的光源技术中还有一种叫激光光源。当前仅有欧洲的公司生产出少数几个样品(听说目前全球的样品为个位数),在光源上来说,3个激光发射器作为点光源射至一个曲面上进行汇聚,再通过透镜配光射出,从效果上看已很难看出它是点光源但技术上还处于前期(具体应该网上能找到资源)。更具特色的是BMW的样件还能对配光机构进行上下和左右方向的调节。
小结
车灯调节从最原始的手动调节发展到坐在驾驶位的手动调节,再到自动调节,再到传统的光形变化,这些过程均是采用调节机构件来实现相关的功能;而越往后则系统和算法越是复杂,虽十年前就技术成熟,却至目前也并未见到大面积的批量生产。而近年以来随着LED光源的发展,机构调节被弱化,更多的人从光源本身上做文章,前灯的调节从机构逐步转移至电子,电气成本提升的同时技术方向也有所变化,这给从业者带来不少新的挑战。最新的激光前大灯却融合了光源发展、集电子控制与机构调节于一身,但当前并没有人认为它有多大的势头,业内同仁认为至少10年以内,LED大灯的比重会日趋上升,而激光大灯之路还挺远。
因时间原因,车灯调节这块的内容应该要分为几次介绍。下文分2个晚上写成,总体来说个人不太满意、暂还是不修改了。
为什么要调节车灯
先理解这些场景:对于传统的车辆来说,当车辆平放在地上,静止、里头未坐人时,开启灯光,这个时候前灯的照射高度是一定的;此时一位驾驶员坐至驾驶位,前灯的照射高度发生了变化,再进去一位乘客,前灯的照射高度再次发生变化(如果乘客所坐的位置不同,变化的方向也会有所不同);如果坐进去两位、三位乘客,如果再在行李箱任意增加行李,这些操作均会使前灯的照射高度发生变化。而且行驶过程中,车辆加速、减速时,上坡或下坡时,由于重心发生偏移,车的俯仰角发生了变化,由于前灯相对于整车的位置并未发生变化,故灯光的高度是一直不断变化的。在这个变化的过程中,不光本车驾驶员的视野发生了变化、且很多时候都会因照射过高而对对面驶来的车辆造成眩目。为了解决这种问题,便需对前灯的照射范围进行调节。
行业的一般做法
灯光有关的法规在中国都是延用欧洲,虽然美国和日本等地均有自己的法规,但中国并未将各地法规汇总分析然后形成自己的法规,而是采取直接翻译欧洲的然后当成自己的。在07版的GB4785之前,整车出厂前只要手动将近光、远光的照明位置调至法规规定范围内便可以(调节方式是操作工人用气动工具调节前灯后的调光螺栓);在这版法规出台后,要求驾驶员能坐在车里手动调节近光的高度,并在用户手册上告知用户几种典型场景下应调至哪一档,但这一规定仅适用于近光灯光强小于2000lm的情况,对于大于2000lm的情况则必须有自动的上下调光系统及前大灯清洗系统,而非仅靠驾驶员手动调节了。所以当前的车辆至少会有手动调光开关,对于HID近光灯,如为35W的则需配自动调光系统,如为25W的则不是强制配备了(因为它小于2000lm)。对于整个行业的趋势来说,HID的前景不大,虽然卤素大灯用了半个多世纪,但是由于光源的发展路径,HID的前景比LED的还低。
车灯调节简介
?最原始的调节是通过调光机构直接调节反光碗或透镜的上下和左右位置,它是种机械调节方式,主要用于更换大灯总成后的调节和车辆出厂前调至法规规定的位置区间。即上面所说的2007年以前的主流。
?第二种调节即手动开关调节,采用调节电路通过调节器对上下位置进行调节。仪表板上的开关为分压电路,其与大灯调节器必须采用同一电源以避免引电源差异带来的调节误差。因为大灯调节器的输入为电压百分比(而非绝对电压),这个输入与调节螺杆的调节位移曾线性关系。调节螺杆位移与灯光角度可以近似认为是线性关系(角度很小时采用近似法)。因此可以根据输入电压百分比推导出灯光角度(或下倾度)的关系,再根据车辆的质心位置、轴距、负载位置、悬架刚度等进行匹配,当然,最后还需实车验证。这种方式所调的仅仅是上下方向。由于这种调节所采用的方式是离散调节,而对于一辆车来说,某个特定状态下其最佳的灯光照射位置是确定的,而这个”特定的状态“其实是不定的,它是连续变化的,所以采用这种离散调节的方式不可能完全使灯光照射点保持到最佳的位置。法规中规定了必须要保证的三个负载状态,所以一般设计均以法规的目标为首要目标,其他状态下的目标能满足则满足,不能满足就算了。
?第三种调节为自动调节。延续第二种来说,由离散的手动调节变成了连续的自动调节。一般而言采用在车辆前部和后部安装两个高度传感器以实时检测车辆俯仰角,以此为输入以计算调光的目标方向。为能实时检测到车身俯仰角的变化情况,高度传感器一般为分两端,分别固定于车身副车架上及五连杆处,当车辆负荷发生变化时,悬架上侧和下侧发生相对位移,此位移引起传感器的2个支点发生相对位移,传感器的位移转换成电压信号输出至控制模块。但是否这种方式仍然可以保证调节的准确度?其实每辆车、每个零件都有制造误差,而存储于MCU中的算法是不可能将各种误差全考虑在内的,所以肯定会有一定的误差。为了减少由于零件制造和整车装配造成的误差,设计上会在整车装配好后进行零点学习,因为实际计算时需要的输入是相对输入而非绝对输入,比如整车出厂时的灯光照射位置应是一定的,这个“一定的”的位置即法规定义的区间,在这个位置上,如果车身下倾了5度,则应将光照位置上调5度,以此保证照明距离和原来一样。故装配后,要求在特定的负荷状态下进行零点学习,以此为基点计算相对俯仰角,给调节提供参考。
?以上三部分均为上下方向的调节,这三部分在很多车上均已配备,下面做进一步的延伸。提到左右调节,即为解决行车时的弯道照明而进行的近光灯肘部的调节,虽然早在十年前就有车量产了,但到今天配备的车型仍然不多。上下调节中除自动调节有可能采用永磁直流电机加反馈电阻形成闭环外,在配备水平调节的系统中也可能采用步进电机来实现;而对于有水平调节的场合,均是采用步进电机以保证精度。水平调节的输入有两种:实时信号主要是方向盘转角、车速、加速踏板、制动踏板、加减速的数值等,车型特有的参数包括轴距、悬架刚度等;这是以前设计时想到的,但是目前由于很多车型都装配有前视摄像头了,不难得到前方道路的曲率数据,故在算法上我认为可以采用前方曲率、当前车速、加减速情况、横摆角等进行重构——以前并未采用这些数据,而当时去研究的算法目前也已经忘记了,就当前来看我认为调节目标的计算至少有以上两种思路。当然,对于所有的控制来说,需要事先定义一个调节目标不然算法就无从下手了,这个目标个人认为应定义为驾驶员的“视区”,即驾驶员正常开车时可以看到前方那个区域,在弯道时,应让驾驶员的可视区域继续保持与道路方向一致,而非一直是前方;进一步举例说明:驾驶员在直道上能看到的距离是80m处,则在弯道上仍应可看到延道路方向直线距离的80m处,以此为目标进行水平调节——除此目标外,法规也还有一个最大角度的限定。
?以上的四个部分是基于传统光源的调节,进一步的就是光形调节了,ECER123中定义了4种近光光形,每种近光的配光需求并不一样,仅仅通过单一的上下调节或单一的水平调节可能无法完全实现所有的光形需求,而二者结合我认为是有可能实现的,但采用2种调节方式相互配合以实现不同的光形在业界并无成功先例,而欧洲人的方式是直接设计遮光板、通过用电磁阀(或电机)控制其旋转到特定的位置来获取不同的光形。
?第六次的发展就应到LED光源了,例如奥迪A8,通过控制不同LED的亮灭来实现特定的光形,而不再采用调节光源的照射角度来实现相关功能了。这么做是由于LED数量较多,要实时调节它的位置比只要控制其亮灭来得更容易。当然,一些追求成本的公司如丰田,由于现在多芯的单颗LED也能实现照度要求,这种情况下仍可以机构件来实现不同的需求。
?在LED大灯的基础上进一步发展到矩阵光束,这种情况下增加了更多LED、结合前方车辆的情况,结合导航地图等,可以完全控制灯光避开前方车辆的位置、到某个路口提前展开灯光以给提供更宽的照明区域。
?未曾量产的光源技术中还有一种叫激光光源。当前仅有欧洲的公司生产出少数几个样品(听说目前全球的样品为个位数),在光源上来说,3个激光发射器作为点光源射至一个曲面上进行汇聚,再通过透镜配光射出,从效果上看已很难看出它是点光源但技术上还处于前期(具体应该网上能找到资源)。更具特色的是BMW的样件还能对配光机构进行上下和左右方向的调节。
小结
车灯调节从最原始的手动调节发展到坐在驾驶位的手动调节,再到自动调节,再到传统的光形变化,这些过程均是采用调节机构件来实现相关的功能;而越往后则系统和算法越是复杂,虽十年前就技术成熟,却至目前也并未见到大面积的批量生产。而近年以来随着LED光源的发展,机构调节被弱化,更多的人从光源本身上做文章,前灯的调节从机构逐步转移至电子,电气成本提升的同时技术方向也有所变化,这给从业者带来不少新的挑战。最新的激光前大灯却融合了光源发展、集电子控制与机构调节于一身,但当前并没有人认为它有多大的势头,业内同仁认为至少10年以内,LED大灯的比重会日趋上升,而激光大灯之路还挺远。
