汽車前照燈水平調(diào)節(jié)裝置失效分析

摘 要：前照燈水平調(diào)節(jié)裝置是現(xiàn)代汽車中常見(jiàn)的裝置之一，其電路設(shè)計(jì)如果不正確，則會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)裝置在長(zhǎng)時(shí)間使用之后發(fā)生損壞，造成前照燈燈光高度不正確。鑒于此，對(duì)失效的零件進(jìn)行了分析及模擬驗(yàn)證，找到了問(wèn)題發(fā)生的根本原因，從而優(yōu)化了設(shè)計(jì)，為后續(xù)電路設(shè)計(jì)提供了良好借鑒。

關(guān)鍵詞：前照燈;調(diào)節(jié)裝置;失效;設(shè)計(jì)

0? ? 引言

汽車前照燈是汽車上的一個(gè)重要設(shè)備，其能夠在能見(jiàn)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(guò)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(duì)燈光進(jìn)行調(diào)節(jié)，則有可能導(dǎo)致對(duì)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(diào)節(jié)裝置，用來(lái)確保汽車在各種狀態(tài)下其燈光的正確性。

目前車燈行業(yè)的燈光調(diào)節(jié)裝置一般分為兩種：手動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)調(diào)節(jié)。手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置是車主通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)對(duì)燈光的高度進(jìn)行調(diào)節(jié);自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置是根據(jù)車輛的負(fù)載以及行駛狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置根據(jù)使用的電機(jī)又可分為直流電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

某個(gè)平臺(tái)的車輛大燈配置為氙氣大燈，使用的是自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置中的直流電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在長(zhǎng)時(shí)間使用后，售后市場(chǎng)上有客戶反饋燈光高度偏高并且無(wú)法調(diào)節(jié)燈光高度，同時(shí)前照燈還會(huì)發(fā)出較大的噪聲，影響車輛的駕駛舒適度。筆者基于售后市場(chǎng)退回的零件進(jìn)行分析，找到了問(wèn)題發(fā)生的根本原因，并進(jìn)行了優(yōu)化改善。

1? ? 前照燈自動(dòng)調(diào)節(jié)的原理

前照燈自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置由前照燈調(diào)節(jié)電機(jī)、控制器（前照燈水平調(diào)節(jié)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(gè)傳感器，主要用于檢測(cè)車輛底盤(pán)的高度信息，再將高度信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出給車輛控制器;車輛控制器在得到傳感器輸入的信號(hào)之后進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，然后輸出信號(hào)電壓給前照燈調(diào)節(jié)裝置。

前照燈調(diào)節(jié)電機(jī)中包含內(nèi)部電路板、馬達(dá)、調(diào)整桿以及齒輪機(jī)構(gòu)。前照燈收到車輛控制器傳輸?shù)男盘?hào)電壓后，通過(guò)內(nèi)部電路與輸入的電源電壓進(jìn)行對(duì)比分析。如果信號(hào)電壓與電源電壓的比值發(fā)生變化，則會(huì)輸出信號(hào)讓馬達(dá)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)調(diào)整桿進(jìn)行前進(jìn)或后退運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使前照燈的燈光高度發(fā)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(chǎng)退回的前照燈后，進(jìn)行了初步的問(wèn)題確認(rèn)。首先將售后市場(chǎng)退回的燈具安裝在驗(yàn)證車輛上，然后由專業(yè)的駕駛?cè)藛T通過(guò)前照燈燈光調(diào)整線，發(fā)現(xiàn)燈光高度調(diào)節(jié)無(wú)法通過(guò)檢測(cè)線;并且調(diào)節(jié)前照燈外部的調(diào)整螺母后，還是無(wú)法通過(guò)檢測(cè)線。駕駛員同時(shí)反饋在駕駛室內(nèi)聽(tīng)到異常的聲音，經(jīng)過(guò)確認(rèn)，聲音來(lái)源于售后市場(chǎng)退回的前照燈內(nèi)部。

在整車上驗(yàn)證完成之后，將失效零件返回給前照燈制造廠商進(jìn)行單燈級(jí)別的確認(rèn)。將問(wèn)題燈具放置在整燈安裝線的調(diào)光設(shè)備上進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)失效零件的燈光高度高于出廠設(shè)置的高度，并且通過(guò)前照燈外置的燈光調(diào)節(jié)螺母無(wú)法調(diào)節(jié)燈光的高度，如圖2所示。與此同時(shí)，發(fā)現(xiàn)失效件接通電源后持續(xù)有異常的聲音。

隨后將前照燈總成拆開(kāi)進(jìn)行分析。拆開(kāi)后發(fā)現(xiàn)，燈光調(diào)節(jié)電機(jī)的調(diào)整桿突出異常，如圖3所示。再次接通電源后發(fā)現(xiàn)，調(diào)整桿在持續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，無(wú)法回退到正常的位置狀態(tài)，且與對(duì)手件摩擦，發(fā)出噪聲。

結(jié)論：燈光調(diào)節(jié)電機(jī)內(nèi)部的調(diào)整桿在不正確的位置，導(dǎo)致燈光偏低或偏高;并且與周邊的零件發(fā)生摩擦，發(fā)出異常聲音。

2.2? ? 燈光調(diào)節(jié)電機(jī)分析

對(duì)失效的燈光調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行了物理檢查和內(nèi)部電子元器件的檢查，以判斷問(wèn)題發(fā)生時(shí)各個(gè)零部件的情況。

物理檢查：將失效的燈光調(diào)節(jié)電機(jī)拆開(kāi)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)調(diào)整桿已經(jīng)脫出電機(jī)殼體，并且調(diào)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(shí)，發(fā)現(xiàn)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(gè)IC被燒毀，有些則是內(nèi)部PIN腳被燒毀。

IC工作原理：如圖6所示，當(dāng)PIN2與Q1連接斷路時(shí)，H橋無(wú)法驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正轉(zhuǎn)，調(diào)光電機(jī)只能向內(nèi)縮進(jìn);當(dāng)PIN7與Q2連接斷路時(shí)，H橋無(wú)法驅(qū)動(dòng)馬達(dá)反轉(zhuǎn)，調(diào)光電機(jī)只能向外伸出;當(dāng)PIN5與Q3、Q4連接斷路時(shí)，H橋無(wú)法驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正反轉(zhuǎn)，調(diào)光電機(jī)無(wú)法運(yùn)動(dòng);PIN3及PIN6位于H橋的輸出端，若發(fā)生異常情況，調(diào)光電機(jī)缺陷模式不確定，但是它們均會(huì)影響電壓的輸出;PIN1為反饋電壓輸入端，PIN8為信號(hào)電壓輸入端，若發(fā)生異常，信號(hào)電壓與反饋電壓無(wú)法比較輸出，則調(diào)光電機(jī)無(wú)法調(diào)節(jié)。

結(jié)論：電路內(nèi)的IC失效時(shí)，調(diào)節(jié)電機(jī)內(nèi)部的馬達(dá)持續(xù)工作，致使調(diào)整桿位置異常，從而導(dǎo)致前照燈燈光高度的異常并產(chǎn)生噪聲。

3? ? 整車測(cè)量與分析

在整車電路中，前照燈水平調(diào)節(jié)電機(jī)總共有兩個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端。兩個(gè)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(diào)節(jié)模塊輸入電壓（信號(hào)電壓）V2，輸出端接地（電源接地），如圖7所示。電機(jī)的運(yùn)動(dòng)由輸入電機(jī)的電壓比（V1/V2）來(lái)控制，當(dāng)輸入電壓V1與輸入電壓V2之間的比值E發(fā)生變化時(shí)，前照燈水平調(diào)節(jié)電機(jī)則會(huì)工作，進(jìn)行前照燈的水平高度調(diào)節(jié)。

3.1? ? 整車測(cè)量

選取一臺(tái)前照燈燈光高度正常的車輛，在車輛正常工作狀態(tài)下使用示波器進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)測(cè)量電池輸入的電源電壓、車輛控制器輸入的信號(hào)電壓以及接地線的電流。打開(kāi)車載空調(diào)后，從圖8所示測(cè)量結(jié)果可以看出，電池輸入的電源電壓在不停波動(dòng)，波動(dòng)范圍在10～14 V，而車輛控制器輸入的信號(hào)電壓穩(wěn)定在10 V，輸入電機(jī)的電壓比值持續(xù)變化，調(diào)平電機(jī)內(nèi)部的馬達(dá)在不停地正反轉(zhuǎn)（輸出電流的波動(dòng)也意味著電機(jī)內(nèi)部的馬達(dá)在不停運(yùn)動(dòng)）。

3.2? ? 前照燈水平調(diào)節(jié)電機(jī)模擬分析

從整車的測(cè)量結(jié)果可以看出，電池的輸入電壓在高頻波動(dòng)，導(dǎo)致輸出電流的高頻波動(dòng)，故可通過(guò)模擬高頻電壓振動(dòng)來(lái)模擬整車的情況。

實(shí)驗(yàn)條件：在室溫環(huán)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(shí)間共計(jì)360 h。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在異常的工作條件下，IC會(huì)持續(xù)輸出驅(qū)動(dòng)電壓到馬達(dá)端，馬達(dá)工作后內(nèi)部產(chǎn)生熱量。如圖9所示，當(dāng)IC溫度達(dá)到160 ℃時(shí)，IC關(guān)閉馬達(dá)輸出電壓;當(dāng)IC溫度降低到140 ℃時(shí)，IC恢復(fù)馬達(dá)輸出，如此反復(fù)，IC在短時(shí)間內(nèi)自身溫度無(wú)法完全下降，持續(xù)循環(huán)之后在自身溫度不斷升高的高溫狀態(tài)下燒毀，與售后市場(chǎng)上反饋的失效情況一致，如圖10所示。

3.3? ? 整車驗(yàn)證

檢查整車電路圖發(fā)現(xiàn)，前照燈水平調(diào)節(jié)電機(jī)與空調(diào)共用一個(gè)接地。將空調(diào)接地端斷開(kāi)后，再測(cè)量電池和調(diào)平模塊輸入給前照燈水平調(diào)節(jié)電機(jī)的電壓，如圖11所示。

結(jié)論：在水平調(diào)節(jié)裝置的接地端去除空調(diào)之后，電池輸入的電壓保持穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生高頻波動(dòng)。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

在整車電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果將前照燈水平調(diào)節(jié)電機(jī)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(dāng)發(fā)動(dòng)汽車之后，其他用電器開(kāi)始工作，這時(shí)蓄電池的輸出電壓受到其他用電器的影響，會(huì)呈現(xiàn)出高頻振動(dòng)的情況。此時(shí)兩個(gè)輸入電壓的比值一直在波動(dòng)，調(diào)平電機(jī)內(nèi)部電路板上的IC會(huì)持續(xù)輸出信號(hào)給馬達(dá)，且溫度持續(xù)升高，最終導(dǎo)致IC燒毀;同時(shí)，調(diào)平電機(jī)內(nèi)部的馬達(dá)一直工作，造成汽車前照燈燈光高度出現(xiàn)問(wèn)題且無(wú)法調(diào)節(jié)。

因此，在整車電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，不能將前照燈調(diào)平電機(jī)電池電壓接地端子與其他大功率用電器同時(shí)共用。一般較為完美的設(shè)計(jì)是前照燈水平調(diào)節(jié)電機(jī)的兩個(gè)電壓輸入端均接在控制模塊上，從而避免輸入信號(hào)不穩(wěn)定導(dǎo)致的調(diào)平電機(jī)燒毀。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 魏培敏.汽車大燈調(diào)節(jié)系統(tǒng)[J].科學(xué)與財(cái)富，2011（11）：277.

[2] 徐鑫，朱明華，黃宏成.新一代汽車前照燈光學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)[J].上海汽車，2007（10）：34-36.

[3] 楊振華，魏培敏，徐殿.大燈調(diào)節(jié)器電路應(yīng)用[J].電子世界，2014（24）：295.

收稿日期：2021-03-03

作者簡(jiǎn)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。