雨水傳感器在汽車(chē)上的應(yīng)用

　　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(xué)系統(tǒng)，由光發(fā)射二極管（LED）、光接收二極管（LRD）、周?chē)h(huán)境傳感器、電控制單元（ECU）和幾個(gè)鏡頭組成。

　　由LED發(fā)出的光以全反射角度在擋風(fēng)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(fēng)玻璃上游說(shuō)，一些光會(huì)雙倍射出，且這會(huì)引起從LRD出來(lái)的電流減少，電流以電子來(lái)評(píng)測(cè)，從LED發(fā)出的光反射到LRD的擋風(fēng)玻璃區(qū)域被稱(chēng)之為傳感器的“敏感區(qū)域”。僅僅當(dāng)雨水滴到這個(gè)區(qū)域時(shí)，才可以被探測(cè)出來(lái)。為了由一個(gè)靈敏可靠的系統(tǒng)，擋風(fēng)玻璃區(qū)域和靈敏區(qū)域之間必須要有一個(gè)較好的比例。

　　二、汽車(chē)雨刮系統(tǒng)

　　汽車(chē)擋風(fēng)玻璃雨刮系統(tǒng)由雨傳感器、雨刮器電動(dòng)機(jī)、桿式開(kāi)關(guān)、繼電器和ECU組成。雨水傳感器安裝在擋風(fēng)玻璃上，在掃除區(qū)域探測(cè)雨水時(shí)，雨刮器以一種能使駕駛者總有個(gè)很好的視角進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。有兩種不同的系統(tǒng)。

　　1、獨(dú)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(kāi)關(guān)、雨刮器電動(dòng)機(jī)繼電器和雨刮器電動(dòng)機(jī)停止信號(hào)相連。

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

　　在駕駛者打開(kāi)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(gè)雨刮器以低速掃除或以高速掃除。因?yàn)槊總€(gè)駕駛者對(duì)雨刮系統(tǒng)如何反映由不同的期望，因此，靈敏度設(shè)置可以使系統(tǒng)滿(mǎn)足駕駛者不同的需要。Bosch新推出的雨刮器電機(jī)可以不斷變化速度進(jìn)行連續(xù)掃除。

　　三、信號(hào)評(píng)測(cè)

　　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(qiáng)度，一般情況下使用2～4個(gè)LED。發(fā)射器的電流調(diào)節(jié)非常重要，因?yàn)楣廪D(zhuǎn)化的有效性是非?？勺兊们矣幸粋€(gè)溫度梯度。一般地，在LED中，光以脈動(dòng)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(gè)原因是光通過(guò)擋風(fēng)玻璃的發(fā)射沒(méi)有很好的規(guī)范且有很大的公差范圍。一般的擋風(fēng)玻璃都有4～6mm厚且對(duì)垂直于表面的IR由特定的發(fā)射級(jí)別。不同的供應(yīng)商的上下限時(shí)不同的。

　　2、接收器

　　接收器有幾個(gè)LRD、電流-電壓轉(zhuǎn)換器、清除或低頻偏移的過(guò)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(lái)控制著開(kāi)和關(guān)。如果存在干擾光時(shí)，LRD會(huì)被關(guān)閉。發(fā)射的寬范圍是使用可變的電流-電壓轉(zhuǎn)換來(lái)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(guò)濾。所有的DC或低頻干擾都會(huì)被去掉以獲得純粹的信號(hào)。干擾一般由周?chē)h(huán)境的光引起，干擾的量有微控制器來(lái)測(cè)量以決定光路是令人滿(mǎn)意，還是被陽(yáng)光所飽和，且會(huì)給出一個(gè)信號(hào)精度指示。過(guò)濾后的信號(hào)被ADC放大、轉(zhuǎn)換。

　　3、微控制器

　　微控制器控制整個(gè)系統(tǒng)且對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)評(píng)。在測(cè)量執(zhí)行之前，最佳工作點(diǎn)被測(cè)評(píng)。同過(guò)測(cè)試來(lái)進(jìn)行測(cè)評(píng)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(hào)。在發(fā)射電流被測(cè)評(píng)后，它在接收器里生成信號(hào)。它在定義了上下限之間。上限是由飽和效應(yīng)決定而不是由ADC的精度決定。傳感器在操作點(diǎn)開(kāi)始工作。干擾和信號(hào)不斷的被測(cè)量和測(cè)評(píng)。接收信號(hào)對(duì)時(shí)間的梯度和被規(guī)則系統(tǒng)用來(lái)測(cè)評(píng)正確的掃除策略，而且，周?chē)墓獗灰粋€(gè)額外的傳感器測(cè)量以探測(cè)白天或晚上的狀況。在晚上，因?yàn)樗閷?duì)可見(jiàn)度由較大的影響，尤其是如果有其它車(chē)輛的明亮前燈照著的時(shí)候，所以，靈敏度會(huì)增加。

　　四、掃除模式

　　不同的掃除模式用于對(duì)所有雨水條件進(jìn)行性能優(yōu)化，對(duì)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(gè)以低雨刮速度的單一擦拭動(dòng)作。當(dāng)自動(dòng)模式達(dá)開(kāi)時(shí)和當(dāng)系統(tǒng)探測(cè)到干燥的擋風(fēng)玻璃時(shí)，這是一個(gè)最基本的工作狀態(tài)。從這種狀態(tài)中，每次下雨事件都會(huì)直接觸發(fā)單一擦拭運(yùn)動(dòng)。在擦拭過(guò)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(yùn)行單一擦拭。每隔幾秒鐘，傳感器就會(huì)探測(cè)雨滴，兩次下雨之間的時(shí)間決定了兩次單一擦 拭之間的間歇。在每次間歇的終了時(shí)，時(shí)間會(huì)被重新計(jì)算，雨越多，間歇越短，反之亦然。在計(jì)算中，前次間歇會(huì)被考慮進(jìn)來(lái)以達(dá)到一種和諧的狀態(tài)。否則“神經(jīng)性的行為”將會(huì)惹煩駕駛者。如果計(jì)算的間歇要比最大間歇還要長(zhǎng)，則系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)到直接模式。在每一個(gè)擦拭循環(huán)中，傳感器會(huì)檢查決定是進(jìn)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(huì)被計(jì)算且雨滴的大小也會(huì)被評(píng)測(cè)，者用于得到雨強(qiáng)度的信息。根據(jù)這一強(qiáng)度，雨水傳感器會(huì)產(chǎn)生低速、高速或具體的擦拭速度（如50r/min）。動(dòng)態(tài)滯后，它在最后的循環(huán)中依靠這一事件，會(huì)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(dòng)機(jī)停止信號(hào)的時(shí)間基準(zhǔn)確保在所有條件下對(duì)所有雨刮器電動(dòng)機(jī)正確操作。如果電動(dòng)機(jī)以低速進(jìn)行擦拭，探測(cè)時(shí)間減少且低速和高速之間的臨界值會(huì)自動(dòng)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(jī)械應(yīng)力。