汽車前照燈水平調節裝置失效分析

摘 要：前照燈水平調節裝置是現代汽車中常見的裝置之一，其電路設計如果不正確，則會導致調節裝置在長時間使用之后發生損壞，造成前照燈燈光高度不正確。鑒于此，對失效的零件進行了分析及模擬驗證，找到了問題發生的根本原因，從而優化了設計，為后續電路設計提供了良好借鑒。

關鍵詞：前照燈;調節裝置;失效;設計

0? ? 引言

汽車前照燈是汽車上的一個重要設備，其能夠在能見度較低的情況下或者夜間為駕駛員提供較好的照明效果。汽車使用過程中，在滿載和空載的情況下，前照燈燈光的照射高度并不一致，如果不對燈光進行調節，則有可能導致對向駕駛員炫目，從而引起交通事故。因此，汽車前照燈均配有燈光水平調節裝置，用來確保汽車在各種狀態下其燈光的正確性。

目前車燈行業的燈光調節裝置一般分為兩種：手動調節、自動調節。手動調節裝置是車主通過調節開關對燈光的高度進行調節;自動調節裝置是根據車輛的負載以及行駛狀態進行自動調節，自動調節裝置根據使用的電機又可分為直流電機調節系統和步進電機調節系統。

某個平臺的車輛大燈配置為氙氣大燈，使用的是自動調節裝置中的直流電機調節系統，在長時間使用后，售后市場上有客戶反饋燈光高度偏高并且無法調節燈光高度，同時前照燈還會發出較大的噪聲，影響車輛的駕駛舒適度。筆者基于售后市場退回的零件進行分析，找到了問題發生的根本原因，并進行了優化改善。

1? ? 前照燈自動調節的原理

前照燈自動調節裝置由前照燈調節電機、控制器（前照燈水平調節模塊）和傳感器（前后車輛高度傳感器）組成。如圖1所示，在汽車左前、左后、右前、右后各安裝1個傳感器，主要用于檢測車輛底盤的高度信息，再將高度信息轉化成電信號輸出給車輛控制器;車輛控制器在得到傳感器輸入的信號之后進行對比計算，然后輸出信號電壓給前照燈調節裝置。

前照燈調節電機中包含內部電路板、馬達、調整桿以及齒輪機構。前照燈收到車輛控制器傳輸的信號電壓后，通過內部電路與輸入的電源電壓進行對比分析。如果信號電壓與電源電壓的比值發生變化，則會輸出信號讓馬達進行正反轉，通過齒輪機構驅動調整桿進行前進或后退運動，進而使前照燈的燈光高度發生變化。

2? ? 失效零件分析

2.1? ? 前照燈總成分析

筆者在獲得售后市場退回的前照燈后，進行了初步的問題確認。首先將售后市場退回的燈具安裝在驗證車輛上，然后由專業的駕駛人員通過前照燈燈光調整線，發現燈光高度調節無法通過檢測線;并且調節前照燈外部的調整螺母后，還是無法通過檢測線。駕駛員同時反饋在駕駛室內聽到異常的聲音，經過確認，聲音來源于售后市場退回的前照燈內部。

在整車上驗證完成之后，將失效零件返回給前照燈制造廠商進行單燈級別的確認。將問題燈具放置在整燈安裝線的調光設備上進行觀察，發現失效零件的燈光高度高于出廠設置的高度，并且通過前照燈外置的燈光調節螺母無法調節燈光的高度，如圖2所示。與此同時，發現失效件接通電源后持續有異常的聲音。

隨后將前照燈總成拆開進行分析。拆開后發現，燈光調節電機的調整桿突出異常，如圖3所示。再次接通電源后發現，調整桿在持續向前運動，無法回退到正常的位置狀態，且與對手件摩擦，發出噪聲。

結論：燈光調節電機內部的調整桿在不正確的位置，導致燈光偏低或偏高;并且與周邊的零件發生摩擦，發出異常聲音。

2.2? ? 燈光調節電機分析

對失效的燈光調節裝置進行了物理檢查和內部電子元器件的檢查，以判斷問題發生時各個零部件的情況。

物理檢查：將失效的燈光調節電機拆開進行檢查，發現調整桿已經脫出電機殼體，并且調整桿末端卡扣斷裂，如圖4所示。

電子元器件檢查：在研究電路板上的元器件時，發現電路板上的集成電路（也稱為IC）存在被燒毀的情況，如圖5所示。有些零件是整個IC被燒毀，有些則是內部PIN腳被燒毀。

IC工作原理：如圖6所示，當PIN2與Q1連接斷路時，H橋無法驅動馬達正轉，調光電機只能向內縮進;當PIN7與Q2連接斷路時，H橋無法驅動馬達反轉，調光電機只能向外伸出;當PIN5與Q3、Q4連接斷路時，H橋無法驅動馬達正反轉，調光電機無法運動;PIN3及PIN6位于H橋的輸出端，若發生異常情況，調光電機缺陷模式不確定，但是它們均會影響電壓的輸出;PIN1為反饋電壓輸入端，PIN8為信號電壓輸入端，若發生異常，信號電壓與反饋電壓無法比較輸出，則調光電機無法調節。

結論：電路內的IC失效時，調節電機內部的馬達持續工作，致使調整桿位置異常，從而導致前照燈燈光高度的異常并產生噪聲。

3? ? 整車測量與分析

在整車電路中，前照燈水平調節電機總共有兩個輸入端、一個輸出端。兩個輸入端分別接的是整車蓄電池輸入電壓（電源電壓）V1和車輛水平調節模塊輸入電壓（信號電壓）V2，輸出端接地（電源接地），如圖7所示。電機的運動由輸入電機的電壓比（V1/V2）來控制，當輸入電壓V1與輸入電壓V2之間的比值E發生變化時，前照燈水平調節電機則會工作，進行前照燈的水平高度調節。

3.1? ? 整車測量

選取一臺前照燈燈光高度正常的車輛，在車輛正常工作狀態下使用示波器進行測量，同時測量電池輸入的電源電壓、車輛控制器輸入的信號電壓以及接地線的電流。打開車載空調后，從圖8所示測量結果可以看出，電池輸入的電源電壓在不停波動，波動范圍在10～14 V，而車輛控制器輸入的信號電壓穩定在10 V，輸入電機的電壓比值持續變化，調平電機內部的馬達在不停地正反轉（輸出電流的波動也意味著電機內部的馬達在不停運動）。

3.2? ? 前照燈水平調節電機模擬分析

從整車的測量結果可以看出，電池的輸入電壓在高頻波動，導致輸出電流的高頻波動，故可通過模擬高頻電壓振動來模擬整車的情況。

實驗條件：在室溫環境下，使用18 V的電壓，頻率為25 Hz和0.1 Hz，每0.5 h切換一次（從25 Hz切換為0.1 Hz），時間共計360 h。

實驗結果：在異常的工作條件下，IC會持續輸出驅動電壓到馬達端，馬達工作后內部產生熱量。如圖9所示，當IC溫度達到160 ℃時，IC關閉馬達輸出電壓;當IC溫度降低到140 ℃時，IC恢復馬達輸出，如此反復，IC在短時間內自身溫度無法完全下降，持續循環之后在自身溫度不斷升高的高溫狀態下燒毀，與售后市場上反饋的失效情況一致，如圖10所示。

3.3? ? 整車驗證

檢查整車電路圖發現，前照燈水平調節電機與空調共用一個接地。將空調接地端斷開后，再測量電池和調平模塊輸入給前照燈水平調節電機的電壓，如圖11所示。

結論：在水平調節裝置的接地端去除空調之后，電池輸入的電壓保持穩定，沒有發生高頻波動。

4? ? 結語

在整車電路設計過程中，如果將前照燈水平調節電機的接地端直接連接到蓄電池，并且接地端與其他大功率電器共用接地端子，那么當發動汽車之后，其他用電器開始工作，這時蓄電池的輸出電壓受到其他用電器的影響，會呈現出高頻振動的情況。此時兩個輸入電壓的比值一直在波動，調平電機內部電路板上的IC會持續輸出信號給馬達，且溫度持續升高，最終導致IC燒毀;同時，調平電機內部的馬達一直工作，造成汽車前照燈燈光高度出現問題且無法調節。

因此，在整車電路設計過程中，不能將前照燈調平電機電池電壓接地端子與其他大功率用電器同時共用。一般較為完美的設計是前照燈水平調節電機的兩個電壓輸入端均接在控制模塊上，從而避免輸入信號不穩定導致的調平電機燒毀。

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收稿日期：2021-03-03

作者簡介：楊李平（1991—），男，江蘇泰州人，助理工程師，研究方向：汽車零部件。