معرفی سیستم هوشمند روشنایی جلو (AFS)

وسایل نقلیه امروزی با تنظیم دینامیکی چراغهای جلو سعی در بهینه سازی دید در شب دارند. در این مقاله ، ابتدا به مزایای استفاده از این فناوری خواهیم پرداخت. سپس ، ما به طور خلاصه چالش های طراحی و بلوک های اصلی ساختمان را بررسی خواهیم کرد.

مقدمه
سیستم های روشنایی سازگار با چراغ جلو (AFS) سعی می کنند چراغهای جلو خودرو را بطور دینامیکی تنظیم کند تا راننده دید بهینه در شب داشته باشد بدون اینکه به خطر افتادن امنیت سایر کاربران جاده. AFS از موتورهای پله برقی برای کنترل زاویه چراغهای جلو در هنگام فرمان خودرو یا حتی مسیریاب استفاده می کند. علاوه بر این ، سیستم تطبیقی ​​تلاش می کند تا از درخشش مستقیم خودروهای روبرو جلوگیری کند. از چراغهای جلو استفاده می کند که از آرایه ای از LED ها تشکیل شده است.

بسته به موقعیت خودروی پیش رو ، برخی از این LED ها به طور خودکار کم رنگ می شوند. به این ترتیب ، در حالی که اطراف خودروی ورودی وارد می شود ، سمت راننده کمرنگ می شود. AFS از سنسورهای تصویر برای تشخیص موقعیت وسیله نقلیه در حال استفاده استفاده می کند. شکل ۱ نشان می دهد که چگونه AFS چراغهای جلو را تنظیم می کند تا سمت راننده خودروی پیش رو کمرنگ شود.

شکل ۱. تصویری از TI. روشنایی جلو تطبیقی
 

به همین ترتیب ، AFS با روشن نکردن مستقیم روی آینه نمای عقب خود از کور کردن راننده خودروی قبلی جلوگیری می کند.

نزدیک شدن به خودرو و نورپردازی انطباقی وسیله نقلیه با وسیله نقلیه جلویی:

شکل ۲. جلوگیری از اذیت شدن راننده جلویی

AFS متشکل از چندین بلوک ساختمانی متفاوت ، مانند درایورهای LED ، کنترل ماتریس LED ، موتورهای استپر ، سنسورهای تصویربرداری ، MCU ها و غیره است .برای کنترل موثر شدت نور و جهت ، این بلوک ها باید سریع ، کارآمد و دقیق باشند. بیایید به طور خلاصه چالش های طراحی و بلوک های اصلی ساخت AFS را بررسی کنیم.

درایور LED برای برنامه های کاربردی خودرو

عملکرد AFS به تولید الگوهای نور پیچیده با سرعت سریع بستگی دارد. LED ها زمان افزایش نور حدود دو برابر سریعتر از منابع رشته ای را نشان می دهند. علاوه بر این ، LED ها از نظر انرژی کارآمد تر هستند و وضوح بالایی از نور سفید را ارائه می دهند. با توجه به این مزایا ، آنها در صنعت خودرو مورد استفاده گسترده قرار می گیرند. برای تولید الگوهای نوری مورد نیاز AFS ، می توانیم آرایه ای از LED ها را در چراغ جلو قرار دهیم و برخی از آنها را به صورت انتخابی روشن کنیم.

برای کار با LED ها ، ما نیاز به مدار ویژه ای داریم که به آنها درایور LED گفته می شود. درایور برای حفظ رنگ نور باید LED ها را از جریان ثابت استفاده کند. شکل ۳ ساختار درایور LED را برای کاربردهای خودرو نشان می دهد.

ساختار درایور LED خودرو

شکل ۳ با تقدیر از تصویر Maxim Integrated.

اگرچه ولتاژ باتری خودرو به طور معمول باید در حدود ۱۲ ولت باشد ، اما در بعضی مواقع می تواند به اندازه ۶ ولت برسد. این ولتاژ کم تنظیم نشده ولتاژ نمی تواند بطور مستقیم برای تغذیه LED ها استفاده شود. به همین دلیل ما به مبدل تقویت کننده پس از باتری نیاز داریم. خروجی مبدل تقویت کننده ، که تنظیم شده و به اندازه کافی بالا است ، برای تغذیه مبدل های باک که به رشته های LED وصل شده اند ، استفاده می شود. از هر رشته LED برای عملکرد چراغهای مختلف مانند تیر زیاد ، تیر کم ، چرخش ، موقعیت ، مه و غیره استفاده می شود.

و ، هر رشته LED به جریان متفاوتی احتیاج دارد. مبدل باک به عنوان یک منبع جریان ایده آل عمل می کند و جریان را از طریق رشته های LED ثابت نگه می دارد. در این روش ، رنگ روشن حفظ می شود. علاوه بر این ، مبدل های باک می توانند مصونیت بهتری نسبت به خرابی های باز یا کوتاه LED نشان دهند. شکل ۴ درایور LED و برخی جزئیات اضافی از سیستم روشنایی جلو را نشان می دهد.

شکل ۴. تصویر از TI. جزئیات درایور LED روشنایی جلو

مدیر ماتریس LED
درایور برای حفظ رنگ نور باید LED ها را از جریان ثابت استفاده کند. با این حال ، ما هنوز باید برخی از LED ها را کم رنگ کنیم تا الگوهای مختلف نور مورد نیاز را ایجاد کنیم. برای این منظور می توان از مفهوم مدولاسیون عرض پالس (PWM) که در شکل ۵ نشان داده شده است استفاده کرد. همانطور که مشاهده می کنید ، برای تنظیم شدت LED ، پالس پالس متنوع است.

وقتی پالس زیاد باشد ، جریان ثابت تولید شده توسط درایور LED بر روی LED اعمال می شود. وقتی پالس کم شود ، جریان قطع می شود. به این ترتیب ، در حالی که جریان اعمال شده بر روی LED تقریباً ثابت است ، می توان چرخه وظیفه پالس را برای تنظیم شدت نور تغییر داد.

چرخه های مختلف مدولاسیون عرض پالس مختلف برای تنظیم شدت نور استفاده می شود

شکل ۵. تصویری از Sparkfun.

متأسفانه ، حتی هنگامی که ما نور را از ۱۰۰٪ به ۵۰٪ کم می کنیم ، چشم انسان نمی تواند تغییر قابل توجهی در شدت نور تشخیص دهد. به همین دلیل درایور LED باید چرخه وظیفه PWM را با نسبت زیاد تغییر دهد. به عنوان مثال ، LT3952 قادر به نسبت کم رنگ آمیزی ۳۰۰: ۱ PWM است. آرایه سوئیچ های مورد استفاده برای روشن یا خاموش کردن جداگانه LED ها می توانند به صورت موازی با LED ها همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است قرار بگیرند. می توانید جزئیات بیشتری را در این شکل پیدا کنید.

استپر موتور
AFS برای تنظیم موقعیت لامپ بسته به اطلاعات جمع آوری شده از سنسورهای مختلف از قبیل موقعیت فرمان ، سرعت خودرو ، قدم زدن و یک وسیله نقلیه آینده ، از موتورهای استپر سریع و دقیق استفاده می کند. یک نمونه کلی برای رانندگی موتور پله ای برای کاربردهای AFS در شکل ۷ نشان داده شده است.

موتورهای پله پله AFS برای جلوگیری از هرگونه شرایط رانندگی ناایمن ، باید قابل اطمینان و تحمل کنند. علاوه بر این ، اقدامات احتیاطی برای تشخیص غرفه اضافه بار موتور مهم است. وضعیت غرفه را می توان با نظارت بر رابطه فاز بین جریان سیم پیچ موتور و عقب-EMF تشخیص داد. این در شکل ۸ نشان داده شده است.

شماتیک برای هفتم

با افزایش بار موتور در یک جریان سیم پیچ معین ، تغییر فاز بین جریان سیم پیچ و عقب-EMF کاهش می یابد. بسیاری از رانندگان پله پله از این پدیده برای تشخیص وضعیت غرفه استفاده می کنند. NCV70522 ON نیمه هادی حتی می تواند بازده EMF را در یک خروجی خارجی نشان دهد. در صورت نیاز به تنظیم سطح تشخیص غرفه بسته به شرایط رانندگی می تواند برای کاربرد AFS مفید باشد.

کنترل کننده AFS
برای تولید دستورالعمل بلوک های ساختاری مختلف AFS مانند LED ماتریس LED و موتورهای پله ، می توانیم از میکروکنترلرهایی نظیر آن از خانواده میکروکنترلر ایمنی TI TMS470M استفاده کنیم. این خانواده مبتنی بر CPU ARM® Cortex M -M3 است و با سرعت ۸۰ مگاهرتز کار می کند. این نرم افزار از ویژگی هایی مانند CAN ، LIN و تایمر رده بالا (HET) برای تولید PWM پشتیبانی می کند. علاوه بر این ، دارای ویژگی های ایمنی داخلی است که آن را برای کاربردهای مهم ایمنی با نیازهای عملکرد پایین تر مناسب می کند. سند TI ذکر شده یک طرح مرجع برای AFS ارائه می دهد.

نتیجه
در این مقاله ، ابتدا به بررسی مزایای AFS پرداختیم. همچنین ، ما به طور خلاصه چالش های طراحی و بلوک های اصلی ساختمان را بررسی کردیم. AFS ویژگی هایی دارد که هم برای خریداران خودرو و هم برای قانون گذاران جالب است. علاوه بر این ، این فرصت را برای مهندسین و شرکت ها فراهم می کند تا محصولات خلاقانه ای را برای برنامه های AFS (و سیستم های دید در شب اتومبیل) ایجاد کنند.

نویسنده توسط :    November 06, 2019 by Steve Arar

https://www.allaboutcircuits.com

گرد آورنده: مهندس سعید حسن نیا ( مهندس الکترونیک/ کارشناس ارشد هیوندا کیا)