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進(jìn)行分析。拆開后發(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。

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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。