CN104477132A - 一种汽车自动雨刮控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车自动雨刮控制系统，包括控制模块和运行模块，控制模块包括雨量传感器、雨刷控制器、雨刷组合开关和雨刷电机，雨量传感器连接雨刷控制器，雨刷组合开关分别连接雨刷控制器和雨刷电机，本发明安全性好，传感器可靠性高，外观美好，安装方式简单，能够有效的检测出汽车挡风玻璃上的雨水，实现了自动控制雨刷工作的目的。

Description

一种汽车自动雨刮控制系统

技术领域

本发明涉及汽车零部件，具体涉及一种汽车自动雨刮控制系统。

背景技术

目前国内交通拥堵日趋严重，尤其是大城市的交通情况十分糟糕，我国又是一个多雨的国家，在雨天行车的时间会很多，这就使得本就严峻的交通状况更加雪上加霜。尽管每辆车都有雨刮器（大多数车辆上安装的是传统的手动雨刮器），可以在雨天行车时刮除挡风玻璃上的雨水，但是这些传统的雨刮器需要驾驶员分心去控制雨刷的启动时间和速度，使驾驶员在恶劣环境的驾车过程中的注意力不能集中，特别是在高速公路上驾车难度增大。据国际驾驶安全调查显示：雨天驾车，由雨刮器引起的交通事故率比平常高出大约5倍。在整个汽车的结构中，雨刮器虽然是个比较小的零部件，但它的运作能有效保证雨天行车的安全性，是安全驾驶的关键因素之一。因此如果汽车的雨刮器能够根据下雨状况而自动调节其刮水速度和刮水的间隔时间，那么驾驶员就能在雨天更专注于其行驶路段的交通环境状况，从而可以减少各种与此相关的交通惨案。

目前有些高端的车辆如奥迪、宝马、奔驰等其他型号的高端车已经有了其特有的雨量传感器来自动调节雨刮器的运转，但它们的雨量传感器大多是不通用的，只能在其自己的车系上使用，而一些低端的车型以及卡车、公共汽车等都是没有雨量传感器的。这些低端型的车辆占据全世界车辆的大部分，尤其是我国正从发展中国家逐渐转变为发达国家的时期，小型自驾车的数量每年都在递增，这些年大多数都是没有雨量传感器来控制雨刮器自动运转的，雨天交通事故也很多。

目前国内对于车用雨量传感器的研发开展得不多，市面上关于这方面的产品质量和数量都还满足需求。

发明内容

本发明的目的是为解决上述不足，提供一种汽车自动雨刮控制系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

汽车自动雨刮控制系统，包括控制模块和运行模块，控制模块包括雨量传感器、雨刷控制器、雨刷组合开关和雨刷电机，雨量传感器连接雨刷控制器，雨刷组合开关分别连接雨刷控制器和雨刷电机，所述的雨量传感器包括雨量传感器水滴探测光路和雨量传感器电路，所述的雨量传感器水滴探测光路包括红外LED光源、准直透镜、汽车前挡风玻璃、聚焦透镜和硅光电池，红外LED光源连接准直透镜，准直透镜连接汽车前挡风玻璃，汽车前挡风玻璃连接聚焦透镜，聚焦透镜连接硅光电池，所述的雨量传感器电路包括微控制单元、红外LED发射电路、汽车挡风玻璃、硅光电池接收电路、前级放大电路、取样积分电路、反馈电路和差分放大电路，微控制单元分别连接红外LED发射电路和差分放大电路，红外LED发射电路连接汽车挡风玻璃，汽车挡风玻璃连接硅光电池接收电路，硅光电池接收电路连接前级放大电路，前级放大电路连接取样积分电路，反馈电路连接红外LED发射电路，差分放大电路分别连接取样积分电路和反馈电路。

本发明还有这样一些技术特征：

所述的雨刷电机包括雨刷电机控制电路，雨刷电机控制电路包括开机检测电路、开关电源电路、传感器供电电路和继电器电路。

所述的前级放大电路采用微功率运算放大器 TLV2254 来对硅光电池输出的电流进行放大处理。

所述的取样积分电路包括模拟开关 CD4066 的两路开关和一个差分放大器。

所述的差分放大电路采用单电源低功耗仪用放大器 INA332。

所述的反馈电路的输出信号加载到红外发射电路的负反馈端，补偿滴落在雨量传感器探测区域的雨滴引起接收到的红外光强的变化，使得红外发射光强和接收到的红外光强维持动态平衡。

所述的微控制单元采用STC12LE5204AD单片机芯片。

所述的汽车自动雨刮控制系统用神经网络算法建立雨滴大小、雨滴频率与雨刷电机速度、雨刷动作的间歇时间之间的对应关系。

所述的运行模块包括接收雨水传感器发出的雨刷控制信息，控制雨刷电机速度，延时相应的雨刷动作时间。

本发明具有如下有益的效果：

本发明安全性好，传感器可靠性高，外观美好，安装方式简单，能够有效的检测出汽车挡风玻璃上的雨水，实现了自动控制雨刷工作的目的。

附图说明

图1为本发明的雨刷控制结构图。

图2为本发明的雨量传感器水滴探测光路图。

图3为本发明的雨量传感器电路的系统结构图。

图4为本发明的红外LED电路图。

图5为本发明的前级放大电路图。

图6为本发明的取样积分电路图。

图7为本发明的反馈电路图。

图8为本发明的差分放大电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

实施例1

汽车自动雨刮控制系统，包括控制模块和运行模块，控制模块包括雨量传感器1、雨刷控制器2、雨刷组合开关3和雨刷电机4，雨量传感器1连接雨刷控制器2，雨刷组合开关3分别连接雨刷控制器2和雨刷电机4，所述的雨量传感器1包括雨量传感器水滴探测光路和雨量传感器电路，所述的雨量传感器水滴探测光路包括红外LED光源5、准直透镜6、汽车前挡风玻璃7、聚焦透镜8和硅光电池9，红外LED光源5连接准直透镜6，准直透镜6连接汽车前挡风玻璃7，汽车前挡风玻璃7连接聚焦透镜8，聚焦透镜8连接硅光电池9，所述的雨量传感器电路包括微控制单元10、红外LED发射电路11、汽车挡风玻璃12、硅光电池接收电路13、前级放大电路14、取样积分电路15、反馈电路17和差分放大电路16，微控制单元10分别连接红外LED发射电路11和差分放大电路16，红外LED发射电路11连接汽车挡风玻璃12，汽车挡风玻璃12连接硅光电池接收电路13，硅光电池接收电路13连接前级放大电路14，前级放大电路14连接取样积分电路15，反馈电路17连接红外LED发射电路11，差分放大电路16分别连接取样积分电路15和反馈电路17，所述的雨刷电机包括雨刷电机控制电路，雨刷电机控制电路包括开机检测电路、开关电源电路、传感器供电电路和继电器电路，所述的前级放大电路采用微功率运算放大器 TLV2254 来对硅光电池输出的电流进行放大处理，所述的取样积分电路包括模拟开关 CD4066 的两路开关和一个差分放大器，所述的差分放大电路采用单电源低功耗仪用放大器 INA332，所述的反馈电路的输出信号加载到红外发射电路的负反馈端，补偿滴落在雨量传感器探测区域的雨滴引起接收到的红外光强的变化，使得红外发射光强和接收到的红外光强维持动态平衡，所述的微控制单元采用STC12LE5204AD单片机芯片，所述的汽车自动雨刮控制系统用神经网络算法建立雨滴大小、雨滴频率与雨刷电机速度、雨刷动作的间歇时间之间的对应关系，所述的运行模块包括接收雨水传感器发出的雨刷控制信息，控制雨刷电机速度，延时相应的雨刷动作时间。

实施例2

汽车雨量传感器采用红外散射式的原理，红外散射式雨量传感器安装在汽车挡风玻璃内侧，不易受工作环境影响，雨量引起的光强变化比较明显，且不易受电磁干扰。

红外 LED 发射的发散红外光经过准直透镜整理成平行光射向汽车前挡风玻璃，汽车前挡风玻璃反射的红外光线由聚焦透镜汇聚到硅光电池。

由 MCU 发出的调制方波驱动红外 LED 发出调制的红外探测光线射向汽车前挡风玻璃；硅光电池接收从挡风玻璃反射回的红外光信号进行光电转换，由于硅光电池转换的电信号远小于 A/D 转换模块的分辨率，因此需要利用前级放大电路将电信号进行放大；取样积分电路按 MCU 发出的和发射方波相关的取样积分时序对前级放大电压信号进行分时取样；差分放大电路对取样积分信号做差分放大处理，之后负反馈电路根据差分放大电路的输出调节红外 LED 的发光强度。

当挡风玻璃的敏感点上没有雨水时系统保持稳定状态，硅光电池接收到的光信号保持稳定，既差分放大器的输出电压保持稳定。当下雨时，滴落在敏感点上的雨滴会引起检测电路扰动，通过对差分放大器的输出电压进行 AD 采样可以检测出敏感点上突溅的水滴。在雨水检测电路中加入负反馈电路后，本课题设计的红外反射式雨量传感器既可以适应不同厚度的汽车挡风玻璃，也可以消除玻璃上的划痕、灰尘等干扰。

频率调制的方波信号 IFRP 通过电阻 R6 加载到 NPN 型功率三极管 Q1 的基极，三极管 Q1 工作在放大状态，红外 LED 发出调制的脉冲红外光，反馈电压加载在 PNP 型三极管 Q5 的基极，反馈电压增大红外 LED 发光强度增强，反馈电压降低红外 LED 发光强度减弱。

CD4066 作为传感器信号取样积分器的模拟开关，每个 CD4066封装内部有 4 个模拟开关，每个模拟开关有控制、输入、输出三个端子，其中端输出和输入端可互换。控制端加高电平，则开关导通；控制端加低电平，则开关截止。模拟开关导通时，输入和输出端导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，输入和输出端呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输模拟信号和数字信号，可传输的模拟信号的上限截止频率为 40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为-50dB。

 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定                                                 。

Claims (9)

1.一种汽车自动雨刮控制系统，包括控制模块和运行模块，控制模块包括雨量传感器、雨刷控制器、雨刷组合开关和雨刷电机，其特征在于：

雨量传感器连接雨刷控制器，雨刷组合开关分别连接雨刷控制器和雨刷电机，所述的雨量传感器包括雨量传感器水滴探测光路和雨量传感器电路，所述的雨量传感器水滴探测光路包括红外LED光源、准直透镜、汽车前挡风玻璃、聚焦透镜和硅光电池，红外LED光源连接准直透镜，准直透镜连接汽车前挡风玻璃，汽车前挡风玻璃连接聚焦透镜，聚焦透镜连接硅光电池，所述的雨量传感器电路包括微控制单元、红外LED发射电路、汽车挡风玻璃、硅光电池接收电路、前级放大电路、取样积分电路、反馈电路和差分放大电路，微控制单元分别连接红外LED发射电路和差分放大电路，红外LED发射电路连接汽车挡风玻璃，汽车挡风玻璃连接硅光电池接收电路，硅光电池接收电路连接前级放大电路，前级放大电路连接取样积分电路，反馈电路连接红外LED发射电路，差分放大电路分别连接取样积分电路和反馈电路。

2.如权利要求1所述的汽车自动雨刮控制系统，其特征在于：

所述的雨刷电机包括雨刷电机控制电路，雨刷电机控制电路包括开机检测电路、开关电源电路、传感器供电电路和继电器电路。

3.如权利要求1所述的汽车自动雨刮控制系统，其特征在于：

所述的前级放大电路采用微功率运算放大器 TLV2254 来对硅光电池输出的电流进行放大处理。

4.如权利要求1所述的汽车自动雨刮控制系统，其特征在于：

所述的取样积分电路包括模拟开关 CD4066 的两路开关和一个差分放大器。

5.如权利要求1所述的汽车自动雨刮控制系统，其特征在于：

所述的差分放大电路采用单电源低功耗仪用放大器 INA332。

6.如权利要求1所述的汽车自动雨刮控制系统，其特征在于：

所述的反馈电路的输出信号加载到红外发射电路的负反馈端，补偿滴落在雨量传感器探测区域的雨滴引起接收到的红外光强的变化，使得红外发射光强和接收到的红外光强维持动态平衡。

7.如权利要求1所述的汽车自动雨刮控制系统，其特征在于：

所述的微控制单元采用STC12LE5204AD单片机芯片。

8.如权利要求1所述的汽车自动雨刮控制系统，其特征在于：

所述的汽车自动雨刮控制系统用神经网络算法建立雨滴大小、雨滴频率与雨刷电机速度、雨刷动作的间歇时间之间的对应关系。

9.如权利要求1所述的汽车自动雨刮控制系统，其特征在于：

所述的运行模块包括接收雨水传感器发出的雨刷控制信息，控制雨刷电机速度，延时相应的雨刷动作时间。