一种解决自动头灯光线传感器红外拖尾的方法

2019-03-22刘鸣洲

汽车电器 2019年2期

韩瑜，刘鸣洲

（上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

自动头灯也叫自动感应式前照灯，其功能是根据汽车周围光线强度实现自动亮起或熄灭。其原理是为前照灯安装了感光控制系统，中央控制器BCM根据光线传感器测得的值来判断光线亮度变化，从而控制自动点亮或熄灭头灯。当汽车从亮的地方突然进入隧道，前照灯将自动开启点亮前路。自动头灯可以使驾驶者在需要前照灯的时候免去寻找开关的过程，同时也可以避免驾驶者在夜间或光线不好的时候忘记开前照灯，提高了行车安全。GB4785《汽车昼间行驶灯配光性能》法规要求：当外界环境光小于1000 LUX时，汽车前照灯必须开启；当外界环境光大于7000 LUX时，前照灯需自动关闭。然而目前德国市场上有很多客户抱怨，在售的某些车辆会对隧道内白炽灯的红外部分过度响应，造成汽车头灯无法正常开启，影响行车安全。本文将在分析自然光和白炽灯光光谱以及光线传感器特性的基础上，提出一种抑制红外拖尾现象的方法，以解决自动头灯在隧道内无法正常开启的问题。

1 红外拖尾现象

光线传感器的光敏二极管接受光照时会产生相应的响应，然而对不同频段 (波长)的光线，其灵敏度不尽相同。当环境光中红外光的能量较多，而光线传感器对环境光红外部分的灵敏度过高时，即使在可见光微弱的场景下，传感器依然会认为环境光足够强，产生很高的输出信号，这就是光线传感器的红外拖尾现象。图1是阳光和白炽灯光的光谱特性曲线。由图1可见，阳光的能量主要集中于可见光部分，红外辐射能量随着波长的增加而减小；而白炽灯光的能量主要集中于红外部分，其能量随着波长的增加而增大。

图1 阳光和白炽灯的光谱特性

图2是德国市场在售某型号光线传感器 (光敏二极管型号TEMD5510，产品上盖板材料PC2407)在白炽灯照射下的输出特性曲线，该产品对红外光的输出是可见光的8倍 (如红色部分所示)。

图2 某型号光线传感器在白炽灯下的输出特性曲线

由图1和图2的分析可知，环境光能量主要分布于红外波段以及光线传感器在红外波段具有较高灵敏度，是造成红外拖尾现象的两个主要因素，前者是外因，后者是内因。

安装有白炽灯的隧道内的典型光强特征为：波段为最大光强时，可见光谱 (550 nm)500 Lux，红外光谱 (900 nm)4000 Lux。若光线传感器产品在阳光下标定时设定执行开灯指令的光强阈值为1000 Lux，使用此型号光线传感器的车辆将不能在白炽灯隧道内自动开启头灯。

2 光线传感器特性分析

如前所述，光线传感器的感光特性是红外拖尾现象的内因。光线传感器的基本结构如图3所示，各零部件的功能如表1所示。

图3 光线传感器的爆炸图

表1 光线传感器的零件明细及功能

下面对传感器中使用的光敏二极管和上盖材料的光学特性进行分析。市场上某型号光线传感器使用的光敏二极管TEMD5510，其光谱灵敏度如图4所示，该光敏二极管对红外波段存在一定的灵敏度，同等光强下在红外部分的输出占总输出的30%。

图4 TEMD5510的灵敏度曲线

上盖使用的PC材料为Bayer的Makrolon 2407，其透光率曲线如图5所示。材料在红外波段的透光率是可见光波段的9倍，可见材料更容易透过红外光。

图5 PC Makrolon 2047黑色材料的透光率特性曲线

由图4和图5可知，光敏二极管对红外光存在较强灵敏度，传感器上盖材料对红外光的透光率显著强于可见光，是该光线传感器对红外光具有较强灵敏度的2个主要原因。图6是该传感器在阳光和白炽灯下的输出特性曲线。

图6 该光线传感器在阳光和白炽灯下的输出特性曲线

由图6可知：在阳光下，该型号传感器在可见光和红外光波段的输出基本相等；在白炽灯下，传感器主要对红外光产生输出。

3 解决方法

由于阳光和白炽灯的光谱特性无法改变，所以需要改变光敏二极管及上盖PC材料的光学特性，使得光线传感器主要对可见光产生输出。由于自动头灯是否开启应由自然光的强度决定，所以光线传感器的光谱灵敏度应尽量与人眼保持一致。人眼的光学灵敏度特性曲线如图7所示。人眼对波长400～700 nm之间的光感应最为灵敏，因此光线传感器灵敏度较高的波段也应设在此范围。