基于雨量传感器实现的汽车智能化应用

赵松岭，雷永富，王红余，陶华胜，司雯雯

（奇瑞商用车 （安徽）有限公司，安徽 芜湖 241000）

1 引言

汽车雨量传感器是一种辅助性设备，可以自动开启前照灯及雨刮，使驾驶更轻松，但雨量传感器不是一种安全性设备，驾驶员仍需熟悉手动操作上述功能，并遵守相关法规，必要的时候手动控制前照灯及雨刮功能的打开及关闭。雨量传感器主要由雨量感应元件及光感应元件组成，如图1所示。

1）雨量传感器功能：雨量传感器通过接收对应区域内的雨滴情况，根据雨滴的多少、大小来决定雨刮的刮刷频率，并通过LIN的通信方式反馈相应的信息给控制器，再由控制器来执行雨刮的动作。

2）光线传感器功能：通过识别光线的缓慢变暗或快速变暗，确定环境为傍晚模式或隧道模式，通过LIN发送相应的指令控制前照灯打开，当检测到的环境光值＞白天关灯的阈值，传感器发送指令保持前照灯关闭。

图1 雨量传感器

2 雨量传感器原理

雨量传感器包含2组发射红外光的LED（Group A、Group B）与一个接收红外光的LED。Group A和Group B周期性地交替发射红外光，接收红外的LED会分别接收经过玻璃反射回来的Group A和Group B的红外光，如果接收的Group A和Group B相等，那表示没有雨。如果接收的和发送的不相等，那么表示有雨。

LED交替发射的频率远高于人造光源可能造成的干扰，故传感器抗干扰能力较强。传感器的另一个特性是对准静态的干扰如灰尘堆积、在玻璃上的痕迹等有很强的抗干扰能力，这些干扰源不会影响传感器功能。

雨量传感器的判断原理如图2、图3所示：一个接收二极管交替地接收每组的反射光，如果每组的发射光数量相同，接收线路无输出电压。

任何雨滴降落在传感器敏感区域，引起反射光不平衡，结果产生某一时钟频率的电压信号，输出数字脉冲。脉冲周期反应雨滴尺寸，而脉冲个数反映雨滴个数。

光传感器一般由2个具有不同特性的光线接收二极管FW及AL组成 （有些厂家的传感器多了一个IR红外二极管），2个光线二极管互相独立工作，传感器ECU将综合以上信息判断前照灯打开或者关闭。探测区域如图4所示。

3 雨量传感器的应用

3.1 自动雨刮功能

3.1.1 工作控制逻辑 （图5）

3.1.2 工作原理

图2 干玻璃上的光线全反射

图3 湿玻璃上的折射

图4 光线传感器探测区域

传感器激活，雨滴落在感应区域内触发雨刮动作，然后根据雨的强度，传感器通过LIN控制雨刮快慢及间歇时间，各个模式之间转换平稳，不会产生忽快忽慢的现象。雨量传感器的感应灵敏度与周围光线环境有关，在夜晚模式，传感器更灵敏。雨量传感器不能识别雾，必须手动开启除雾 （带自动除雾功能的传感器除外），如果雾冷凝成水滴落在传感器感应区域，根据设定的灵敏度不同，雨刮可能会动作。

传感器建立了防干扰机制，以下外部干扰不会引起雨刮误动作或降低传感器灵敏度：①静态影响 （例如：灰尘等）；②在玻璃上的痕迹；③周围光变化；④周围强光线；⑤雨刮刮过传感器感应区域；⑥温度变化；⑦玻璃表面结冰。

传感器设计的算法会尽可能地减小雨刮刮刷的影响 （刮刷残留痕迹、水迹等）。

图5 自动雨刮工作控制逻辑

3.2 自动亮灯功能

3.2.1 光线传感器功能及策略定义

传感器由一个光传感器和隧道传感器组成，可识别缓慢变暗 （黎明／黄昏）以及快速变暗 （隧道），传感器通过检测周围光亮度控制前照灯开闭。

传感器不能识别大雾情况，必须手动开启雾灯。灰尘或刮擦痕迹会减少传感器接收到光强，从而导致前照灯打开。传感器无高速开灯及雨天开灯功能。温度或外界光源不会导致前照灯关闭，因为这些光源的波长远低于光线传感器判断的波长阈值。

3.2.2 光传感器激活

当LIN激活，则传感器一直处于激活状态。

3.2.3 光传感器休眠／关闭

当雨量传感器进入休眠模式，则光传感器也进入休眠模式。

3.2.4 光传感器功能策略定义

光传感器通过从AL及FW二极管接收到的光信号控制在白天／黄昏／隧道／林荫等情况下前照灯的开闭。传感器在重新唤醒后，将会重新进行逻辑判断，不会考虑休眠之前的逻辑及状态。光传感器在各模式之间的转换关系如图6所示。

图6 光传感器在各模式之间的转换关系图

3.2.5 其他环境模式

1）桥梁／高架模式。按隧道模式进行判断，当桥梁或高架特别长时，及通过桥梁底下或高架时速度较慢，传感器有可能会判断为隧道模式而打开前照灯，通常情况下，不会开灯。

2）林荫模式。按隧道模式进行判断，通常情况下的林荫路不会开灯，当林荫路特别茂盛时，传感器可能会判断为隧道模式而打开前照灯。

3.2.6 法规要求

国内市场按照GB4785—2019要求见表1。

表1 GB4785—2019自动切换前照灯近光的条件

出口市场一般按欧盟ECE 48的法规要求执行 （有特殊要求除外），ECE 48对自动前照灯的法规要求见表2。

表2 ECE 48对自动前照灯的法规要求

3.3 雨天自动关窗功能

雨天自动关窗功能是利用雨量传感器功能检测外界下雨状态。当车辆下电后，雨量传感器检测外界天气状况是否有雨，如果检测到有雨，则发送关窗信号给BCM，触发玻璃升降器和天窗自动关窗。控制逻辑见图7。

1）当LIN通道进入休眠状态，信号检测到车窗未关闭、点火开关OFF、待机模式打开、计数器计数<60s，此时进入预待机模式。

2）在预待机模式下，若检测到有雨后，RLS唤醒LIN发送关窗请求给BCM。

3）在预待机模式下，若未检测到有雨，则进入待机模式。RLS周期性激活检测雨量状态。

4）当RLS处于待机模式，若在计数周期内探测到有雨，则RLS会切换到预待机模式，然后唤醒LIN发送关窗指令。若在计数周期结束时仍未检测到雨，则RSL也唤醒LIN发送关窗指令。关窗命令执行完成后，传感器进入深度休眠，不再进行检测。

4 总结

雨量传感器作为汽车的一个感知输入，目前已经在自动雨刮、自动亮灯、自动关窗等智能化控制中发挥了重要作用。未来汽车必将由智能网联主导，作为很重要的一个环境感知输入-雨量传感器，其感知的数据信息将会储存并通过TBOX上传到TSP云平台。相信随着科技的进步和技术的发展，未来这些基础感知数据将会在大数据应用中被挖掘并发挥更大、更广、更智能的应用。

图7 雨天自动关窗控制逻辑