汽车前照灯水平调节装置失效分析

摘 要：前照灯水平调节装置是现代汽车中常见的装置之一，其电路设计如果不正确，则会导致调节装置在长时间使用之后发生损坏，造成前照灯灯光高度不正确。鉴于此，对失效的零件进行了分析及模拟验证，找到了问题发生的根本原因，从而优化了设计，为后续电路设计提供了良好借鉴。

关键词：前照灯;调节裝置;失效;设计

0    引言

汽车前照灯是汽车上的一个重要设备，其能够在能见度较低的情况下或者夜间为驾驶员提供较好的照明效果。汽车使用过程中，在满载和空载的情况下，前照灯灯光的照射高度并不一致，如果不对灯光进行调节，则有可能导致对向驾驶员炫目，从而引起交通事故。因此，汽车前照灯均配有灯光水平调节装置，用来确保汽车在各种状态下其灯光的正确性。

目前车灯行业的灯光调节装置一般分为两种：手动调节、自动调节。手动调节装置是车主通过调节开关对灯光的高度进行调节;自动调节装置是根据车辆的负载以及行驶状态进行自动调节，自动调节装置根据使用的电机又可分为直流电机调节系统和步进电机调节系统。

某个平台的车辆大灯配置为氙气大灯，使用的是自动调节装置中的直流电机调节系统，在长时间使用后，售后市场上有客户反馈灯光高度偏高并且无法调节灯光高度，同时前照灯还会发出较大的噪声，影响车辆的驾驶舒适度。笔者基于售后市场退回的零件进行分析，找到了问题发生的根本原因，并进行了优化改善。

1    前照灯自动调节的原理

前照灯自动调节装置由前照灯调节电机、控制器（前照灯水平调节模块）和传感器（前后车辆高度传感器）组成。如图1所示，在汽车左前、左后、右前、右后各安装1个传感器，主要用于检测车辆底盘的高度信息，再将高度信息转化成电信号输出给车辆控制器;车辆控制器在得到传感器输入的信号之后进行对比计算，然后输出信号电压给前照灯调节装置。

前照灯调节电机中包含内部电路板、马达、调整杆以及齿轮机构。前照灯收到车辆控制器传输的信号电压后，通过内部电路与输入的电源电压进行对比分析。如果信号电压与电源电压的比值发生变化，则会输出信号让马达进行正反转，通过齿轮机构驱动调整杆进行前进或后退运动，进而使前照灯的灯光高度发生变化。

2    失效零件分析

2.1    前照灯总成分析

笔者在获得售后市场退回的前照灯后，进行了初步的问题确认。首先将售后市场退回的灯具安装在验证车辆上，然后由专业的驾驶人员通过前照灯灯光调整线，发现灯光高度调节无法通过检测线;并且调节前照灯外部的调整螺母后，还是无法通过检测线。驾驶员同时反馈在驾驶室内听到异常的声音，经过确认，声音来源于售后市场退回的前照灯内部。

在整车上验证完成之后，将失效零件返回给前照灯制造厂商进行单灯级别的确认。将问题灯具放置在整灯安装线的调光设备上进行观察，发现失效零件的灯光高度高于出厂设置的高度，并且通过前照灯外置的灯光调节螺母无法调节灯光的高度，如图2所示。与此同时，发现失效件接通电源后持续有异常的声音。

随后将前照灯总成拆开进行分析。拆开后发现，灯光调节电机的调整杆突出异常，如图3所示。再次接通电源后发现，调整杆在持续向前运动，无法回退到正常的位置状态，且与对手件摩擦，发出噪声。

结论：灯光调节电机内部的调整杆在不正确的位置，导致灯光偏低或偏高;并且与周边的零件发生摩擦，发出异常声音。

2.2    灯光调节电机分析

对失效的灯光调节装置进行了物理检查和内部电子元器件的检查，以判断问题发生时各个零部件的情况。

物理检查：将失效的灯光调节电机拆开进行检查，发现调整杆已经脱出电机壳体，并且调整杆末端卡扣断裂，如图4所示。

电子元器件检查：在研究电路板上的元器件时，发现电路板上的集成电路（也称为IC）存在被烧毁的情况，如图5所示。有些零件是整个IC被烧毁，有些则是内部PIN脚被烧毁。

IC工作原理：如图6所示，当PIN2与Q1连接断路时，H桥无法驱动马达正转，调光电机只能向内缩进;当PIN7与Q2连接断路时，H桥无法驱动马达反转，调光电机只能向外伸出;当PIN5与Q3、Q4连接断路时，H桥无法驱动马达正反转，调光电机无法运动;PIN3及PIN6位于H桥的输出端，若发生异常情况，调光电机缺陷模式不确定，但是它们均会影响电压的输出;PIN1为反馈电压输入端，PIN8为信号电压输入端，若发生异常，信号电压与反馈电压无法比较输出，则调光电机无法调节。

结论：电路内的IC失效时，调节电机内部的马达持续工作，致使调整杆位置异常，从而导致前照灯灯光高度的异常并产生噪声。

3    整车测量与分析

在整车电路中，前照灯水平调节电机总共有两个输入端、一个输出端。两个输入端分别接的是整车蓄电池输入电压（电源电压）V1和车辆水平调节模块输入电压（信号电压）V2，输出端接地（电源接地），如图7所示。电机的运动由输入电机的电压比（V1/V2）来控制，当输入电压V1与输入电压V2之间的比值E发生变化时，前照灯水平调节电机则会工作，进行前照灯的水平高度调节。

3.1    整车测量

选取一台前照灯灯光高度正常的车辆，在车辆正常工作状态下使用示波器进行测量，同时测量电池输入的电源电压、车辆控制器输入的信号电压以及接地线的电流。打开车载空调后，从图8所示测量结果可以看出，电池输入的电源电压在不停波动，波动范围在10～14 V，而车辆控制器输入的信号电压稳定在10 V，输入电机的电压比值持续变化，调平电机内部的马达在不停地正反转（输出电流的波动也意味着电机内部的马达在不停运动）。

3.2    前照灯水平调节电机模拟分析

从整车的测量结果可以看出，电池的输入电压在高频波动，导致輸出电流的高频波动，故可通过模拟高频电压振动来模拟整车的情况。

实验条件：在室温环境下，使用18 V的电压，频率为25 Hz和0.1 Hz，每0.5 h切换一次（从25 Hz切换为0.1 Hz），时间共计360 h。

实验结果：在异常的工作条件下，IC会持续输出驱动电压到马达端，马达工作后内部产生热量。如图9所示，当IC温度达到160 ℃时，IC关闭马达输出电压;当IC温度降低到140 ℃时，IC恢复马达输出，如此反复，IC在短时间内自身温度无法完全下降，持续循环之后在自身温度不断升高的高温状态下烧毁，与售后市场上反馈的失效情况一致，如图10所示。

3.3    整车验证

检查整车电路图发现，前照灯水平调节电机与空调共用一个接地。将空调接地端断开后，再测量电池和调平模块输入给前照灯水平调节电机的电压，如图11所示。

结论：在水平调节装置的接地端去除空调之后，电池输入的电压保持稳定，没有发生高频波动。

4    结语

在整车电路设计过程中，如果将前照灯水平调节电机的接地端直接连接到蓄电池，并且接地端与其他大功率电器共用接地端子，那么当发动汽车之后，其他用电器开始工作，这时蓄电池的输出电压受到其他用电器的影响，会呈现出高频振动的情况。此时两个输入电压的比值一直在波动，调平电机内部电路板上的IC会持续输出信号给马达，且温度持续升高，最终导致IC烧毁;同时，调平电机内部的马达一直工作，造成汽车前照灯灯光高度出现问题且无法调节。

因此，在整车电路设计过程中，不能将前照灯调平电机电池电压接地端子与其他大功率用电器同时共用。一般较为完美的设计是前照灯水平调节电机的两个电压输入端均接在控制模块上，从而避免输入信号不稳定导致的调平电机烧毁。

[参考文献]

[1] 魏培敏.汽车大灯调节系统[J].科学与财富，2011（11）：277.

[2] 徐鑫，朱明华，黄宏成.新一代汽车前照灯光学调节系统[J].上海汽车，2007（10）：34-36.

[3] 杨振华，魏培敏，徐殿.大灯调节器电路应用[J].电子世界，2014（24）：295.

收稿日期：2021-03-03

作者简介：杨李平（1991—），男，江苏泰州人，助理工程师，研究方向：汽车零部件。