汽车制动灯、转向灯、尾灯故障检测系统详谈.pdf

2 0 1 1 年第5 期 总第2 3 8 期 农业装备与车辆工程 A G R I C U L T U R A LE Q U I P M E N T V E H I C L EE N G I N E E R I N G N o 52 0 l l T o t a l l y2 3 8 d o i 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 6 7 3 3 1 4 2 2 0 1 1 0 5 0 0 7 汽车制动灯 转向灯 尾灯故障检测系统详谈 李巧燕 赵福全 吉利汽车研究院 杭州萧山3 1 1 2 2 8 摘要 随着行驶车速的不断提高 汽车车灯能否正常工作 直接影响到汽车行驶安全性 具体分析了传统车灯系 统工作过程中存在的不足 根据车灯的安全标准及要求 选用光敏晶体管作为敏感元件 设计了一种新型的灯 光故障检测器 根据电路中有无电流进行了灯光检测器的硬件电路设计 绘制了车灯工作的电路原理图 并对 选用元件的参数进行了综合计算和分析 此检测器可以检测制动灯 转向灯 尾灯的故障情况 安装此检测器 后 驾驶员在驾驶室内就可以发现车灯故障 从而避免下车检查车灯 关键词 汽车 灯光检测器 电路设计 故障检测 中图分类号 U 4 6 3 6 5文献标识码 B 文章编号 1 6 7 3 3 1 4 2 2 0 1 1 0 5 0 0 2 5 0 5 F a u l tD e t e c t io nS y s t e mf o rA u t o m o b il eB r a k eL ig h t s T u r nS ig n a l sa n dT a il l ig h t s L iQ ia o y a n Z h a oF u q u a n G e e l yA u t o m o b il eI n s t it u t e H a n g z l I o u3 1 1 2 2 8 C h in a A b s t r a c t W it ht h ec o n t in u o u sin c r e a s in go ft r a m cs p o e d ith a sad ir e c tim p a c tO ilv e h ic l et r a 伍cs a f e t yw h e t h e rt h ec a rl ig h t s c a nw o r kn o r m a l l y T h ed e f ic ie n c ie so ft r a d it io n a ll ig h t in gs y s t e m sinp r o c e s sw e r ea n a l y z e dind e t a il s A c c o r d in gt ot h es a f e t y s t a n d a r d sa n dr e q u ir e m e n t so fl ig h t s an e wt y p eo fl ig h td e t e c t o rw h ic hs e l e c t e dp h o t o s e n s it iv et r a n s is t o r s 鹅s e n s it iv e c o m p o n e n t sw a sd e s ig n e d T h eh a r d w a r ec ir c u ito fl ig h t sd e t e c t o rw a sd e s ig n e da c c o r d in gt ow h e t h e rt h e r eisc u r r e n tint h e c ir c u it a n dt h ec ir c u its c h e m a t ic so ft h el ig h t sW a sd r a w n a n dl a s tt h ep a r a m e t e r so fs e l e c t e dc o m p o n e n t sw e r e c o m p r e h e n s iv e l yc a l c u l a t e da n da n a l y z e d T h ed e t e c t o rc a nd e t e c tb r a k el ig h t s t u r ns ig m a t a il l ig h t so ff a il u r e T h ed r iv e rin c a bC a l le a s il yf in dt h ef a u l to fl ig h t sa f t e rin s t a l l in gt h ed e t e c t o r t h u sa v o id in gg e t t in go f ft oc h e c kt h el ig h t s K e y w o r d s a u t o m o t iv e l ig h t in gd e t e c t o r e l e c t r icc ir c u itd e s ig n f a u l td e t e c t io n 1 引言2 传统汽车灯光系统分析 汽车灯光是车辆之间的 交通语言 对汽车 的行驶安全性有着很大的影响 汽车灯光正常与 否 对于行车安全和交通秩序关系极大 随着行驶 车速的不断提高和夜间车流量的不断增加 夜间 的交通事故发生率也在逐年上升 夜间行驶时 驾 驶员一定要保证各个汽车车灯能够正常工作 车 辆夜间行驶的过程中 刹车制动灯 转向灯 尾灯 出现故障 位于驾驶室内的驾驶员就不容易觉察 很可能会因车灯故障发生交通事故 其后果是不 堪设想的 本文通过分析传统汽车灯光系统存在 的缺陷 设计了一种灯光检测器 制动灯 转向灯 尾灯有故障时随时报警 提醒驾驶员 为上述问题 提供了一种解决方案 收稿日期 2 0 1 l 0 2 1 1 作者简介 李巧燕 1 9 8 3 一 女 山东聊城人 工程师 主要从事整 车总布置工作 下文介绍传统的汽车制动灯 转向灯 尾灯的 组成 工作原理以及工作过程 具体分析了电路中 存在的缺点 2 1 制动灯 制动灯工作原理图 图1 关 芎 图1 镧动灯工作原理图 1 点火开关2 制动开关3 报警灯4 舌簧开关5 6 电 磁线圈7 8 制动灯 一2 5 2 0 1 1 年第5 期农业装备与车辆工程 该电路的工作原理 此电路主要由点火开关l 制动灯2 报警灯3 电磁线圈5 和6 制动灯7 和8 4 舌簧开关等元器 件组成 当需要停车或者紧急刹车时 驾驶员踩下制 动踏板 制动灯开关就会接通制动灯电路 制动灯 亮起 如果两个制动灯都没有故障 则两侧的电磁 线圈都通电 因为有电流存在舌簧开关两侧的电 磁线圈同时通电并产生大小相同的磁力 但是产 生的磁力方向相反 因此二者相互抵消了 则舌簧 开关保持在断开位置 报警灯不亮 如果某一制动 灯因断丝而不亮时 舌簧开关只单侧电磁线圈通 电 其产生的磁力使舌簧开关闭合 接通报警灯电 路 报警灯亮起 以示报警 由车灯以上工作情况可知 此车灯电路存在 的最大缺点是 1 当两个制动灯的灯丝都断开时 舌簧开关 两侧的电磁线圈都不通电 舌簧开关保持在断开 位置 报警灯不亮 2 当两个制动灯都发生短路时 舌簧开关两 侧的电磁线圈都通电 但产生的磁力相互抵消 舌 簧开关保持在断开位置 报警灯也不亮 3 没有电路保护装置 熔断器等 如果两个制 动灯都发生短路 则电路中会有很大的瞬间电流 4 另外 舌簧开关的闭合 需要一定的磁力 此电路有可能出现有一个制动灯能工作 另一个 不能工作 但是电磁线圈产生的磁力不足以使舌 簧开关闭合 则报警灯也不亮 为了提高汽车行驶安全性 防止因制动灯故 障而发生交通事故 必须改进此电路的工作情况 2 2 转向灯 转向灯工作原理图 见图2 该电路的工作原理 此电路主要由晶体管V 3 的导通和截止控制 V 3 的导通和截止则是由V 1 V 2 V 3 R 1 R 2 C 所 组成的电子电路控制 1 接通转向灯开关 电源通过R 2 和R 1 C 向V 1 提供正向偏压而使得V 1 饱和导通 V l 导 通后 V 2 基极无足够的导通电压而截止 V 3 随 之截止 V l 的导通电流经转向灯形成回路 但由 于V 1 的集电极电流很小 所以在V l 导通时 转 向灯不亮 一2 6 一 R 1 一C 图2 转向灯的电路工作原理图 1 无触点 闪光器2 转向灯3 转向灯开关 2 电源通过R 1 对电容C 充电 使C 的电压 逐渐增大 V 1 的基极电位则逐渐下降 当V l 的基 极电位降至其导通电压以下时 V 1 截止 V 1 截止 后 V 2 通过R 3 得到正向偏压而饱和导通 V 3 也 随之饱和导通 转向灯变亮 3 V 1 截止后 电容C 经R 1 R 2 放电 使V 1 的 截止保持一段时间 转向灯也保持亮的状态 但随 着电容c 放电电流的逐渐减小 V l 的基极电位又 开始升高 并最终又使V l 导通 V 2 V 3 又截止 转 向灯又变暗 如此循环 使转向灯闪烁 由车灯以上工作情况可知 此车灯电路存在 的最大缺点是 没有检测转向灯故障的报警器和 报警指示灯 如果在汽车转弯时 尤其是交叉口 处 转向灯出现故障 不能警示其它行驶车辆和过 往行人 易发生车与车相撞或是车与人相撞的交 通事故 如果行驶车速过大 有可能会造成人员 伤亡 其后果是不堪设想的 为了提高汽车行驶安 全性和工作可靠性 防止因车灯故障而引起的交 通事故 必须对此车灯电路进行改进 2 3 尾灯 尾灯工作原理图 图3 f 一 1 2 V 亨 图3 汽车尾灯的电路工作原理图 该电路的工作原理 此电路主要由车灯控制开关K 电阻R 发光 李巧燕等 汽车制动灯 转向灯 尾灯故障检测系统详谈 2 0 1 1 年5 月 二极管D 作为报警指示灯 左尾灯L 左 右尾灯 L 右构成 闭合汽车点火开关后 当前照灯开关K 闭合时 会有以下情况发生 1 左尾灯亮 右尾灯也亮时 发光二极管亮 2 左尾灯亮 右前尾灯因断路不亮时 发光二 极管亮 3 左尾灯因短路不亮 则保险丝烧断 右尾灯 灯也不亮 发光二极管不亮 4 左尾灯因短路不亮 右尾灯也因断路不亮 时 保险丝烧断 发光二极管不亮 5 左尾灯因断路不亮 右尾灯也因断路不亮 时 发光二极管亮 由车灯以上的工作情况可知 此电路存在最 大的缺点就是 不能检测两个尾灯的故障 有灯坏 二极管亮 没有灯坏的时候发光二极管也亮 为 了提高夜间汽车的行驶安全性和工作可靠性 必 须对该电路进行改进 3 故障检测器硬件电路设计 针对传统汽车车灯电路存在的问题 设计了 车灯故障检测系统 本部分主要讲解车灯检测系 统设计思路及元件选型 以及具体的工作过程 3 1 设计思路 以制动灯为例 闭合点火开关之后 再闭合制 动灯控制开关时 如果一个制动灯或两个制动灯 出现了故障或者是它们所在的线路出现了断路的 故障 报警指示灯就熄灭 报警提示驾驶员及时更 换车灯或检修电路 同理 转向灯 尾灯的故障检 测电路的设计思路和制动灯的是相似的 3 2 所用元件介绍 该汽车制动灯 转向灯 尾灯检测器电路主要 由1 2 V 的电源 四2 输入或非门集成电路C D 4 0 0 1 整流二极管I N 5 4 0 5D 1 一D 8 直径为5 m m 的高亮 度绿色发光二极管L E D l 一L E D 4 其工作电压为 3 V 报警指示灯将其安装在驾驶室的仪表板上 便 于驾驶员看到 2 2 M 限流电阻R l R 8 1 2K 限 流电阻R 9 一R 1 2 四个熔断丝 保护装置 R D 等组 表1 所选用的车灯功率 车灯名称功率 W 成 本设计电路中所选用的汽车车灯功率如表1 所示 特别注意 不同的车型所选用的车灯的型号 是不同的 其功率也是不同的 本表格中所用数据 仅作为参考 以此数据体现设计思路 方便说明 3 2 1 四2 输入或非门集成电路C D 4 0 0 1 1 I CC D 4 0 0 1 内部结构图 图4 图4 引脚图 2 各个引脚的主要功能 引脚l 2 5 6 8 9 1 2 1 3 都是信号输入引 脚 3 4 1 0 1 1 都是信号输出引脚 7 接地引脚 1 4 电源正极引脚 3 工作原理 当输入引脚1 2 都输入高电平或者其中一个 输入高电平时 输出引脚3 就会输出低电平 从而 驱动发光二极管的工作 当输入引脚l 2 都输人 低电平时 输出引脚3 就输出高电平 同理 其余 各对输入引脚的工作原理也是如此 3 2 2 二极管 二极管是一个P N 结 其应用范围很广 主要 都是利用它的单向导电性 它还可以用于整流 检 波 限幅 元件保护以及在数字电路中作为开关元 件等 当 H J n 电压超过一定数值时才可以导通 导 通时的正向压降 硅管约0 6 0 8 V 锗管约为0 2 0 3 V 而当多 H J u 的反向电压过高时 二极管被击穿 失去单向导电性 二极管被击穿后 一般不能恢复 原来的性能 便失效了 本电路设计主要用到了整 流二极管和发光二极管 1 整流二极管I N 5 4 0 5 主要参数 最高反向峰值 v 4 0 0 V 平均整流 电流 a 3 A 最大峰值浪涌电流 a 0 2 0 0 A 最大反 向漏电流 U a S A 正向压降 V l V 2 发光二极管 发光二极管的工作电压为1 5 3 V 工作电流 为几毫安到十几毫安 寿命很长 本电路发光二极 管的工作电压为3 V 选择它们的依据 由表3 一l 一2 7 2 0 1 1 年第5 期 农业装备与车辆工程 司知 前转向灯电路中的电流 号 告 2 5 5 A 3 A 整流管的平均整流 电流 3 前后转向灯 尾灯中 前转向灯的功率最大 只要它的通过电流小于3 A 则其他各灯的电流肯 定都小于3 A 且电源电压1 2 V 4 0 0 V 整流二极管的最高反 向峰值电压 因此选用此型号的整流二极管是可 以的 发光二极管所在电路中的电流 等 揣7 5 1 0 3 A 7 5 m A 在二极管正常工作电流范围内 几毫安到十几 毫安 选用此型号的发光二极管是可以的 3 2 3 限流电阻 电路中电阻的阻值选得很大 其主要作用就 是用来限制电路中的电流 防止当只有点火开关 闭合时 制动灯 转向灯 尾灯就点亮 同时 保护 二极管避免电路中电流太大 二极管被烧坏 与发 光二极管串联的电阻的阻值要比与整流二极管串 联的电阻的阻值大很多 原因是发光二极管的工 作电压远高于整流二极管的工作电压 3 2 4 熔断器 电路保护装置 当电路中的电流过大时 自行 熔断切断电源从而保护电路中的其它元器件 要 求熔断丝易熔断 其熔断电流稍大于或等于电路 中的最大工作电流 图5 为灯光故障检测原理图 圈5 灯光故障检测器电路原理图 该电路工作原理 K l 为点火开关 l 2 为制动刹车灯开关 K 3 一2 8 一 K 4 为左右转向灯开关 K 5 为尾灯开关 z l z 2 为 制动刹车灯 L D l L D 2 为左转向灯 R D l R D 2 为 右转向灯 W D l W D 2 为尾灯 L E D l 制动刹车灯 指示二极管 L E D 2 L E D 3 左右转向灯指示二极 管 L E D 4 尾灯指示二极管 平时打开点火开关K l 开关K 2 一K 5 都处于 断开位置 电阻R 1 R 8 与Z 1 Z 2 L D l L D 2 R D I R D 2 W D l W D 2 点火开关K l 及蓄电池E 分别组成通电回路 由于电阻R 1 一R 8 的阻值很 大 则流过各个车灯的电流很小 所以这些灯都不 亮 又由于各灯丝电阻很小 因此使得I C C D 4 0 0 1 输入端第 1 2 5 6 8 9 1 2 1 3 引脚为低 电平 输出端第 3 4 1 0 1 1 引脚为高电平 则 发光二极管截止 不亮 以制动灯为例 1 若制动灯z 1 z 2 都无故障 当点火开关K 1 闭合 制动灯控制开关I 2 也闭合时 电流流经蓄电池正极叶点火开关K l 熔 断器R D 一 制动灯控制开关K 2 整流二极管 D l 集成电路引脚1 此时二极管D l 因有正向压 降而导通 并且引脚l 输入的是高电平 同时电流流经蓄电池正极 点火开关K l 熔断器R D 制动灯控制开关K 2 整流二极管 D 2 集成电路引脚2 此时二极管D 2 因有正向压 降而导通 并且引脚2 输入的是高电平 由以上分析可知 输入端l 2 引脚输入的都 是高电平 经过两输入四或非门集成电路C D 4 0 0 1 的转换 从引脚3 输出的是低电平 此时发光二极 管L E D l 两端是正向压降 而导通点亮 2 若制动灯Z 1 无故障 Z 2 有故障 当点火开 关K 1 闭合 制动灯控制开关K 2 也闭合时 若制动灯z 2 是断路 则输入引脚2 输入的 是高电平 电流流经蓄电池正极 点火开关K 1 熔断器R D 制动灯控制开关K 2 整流二极管 D l 集成电路引脚l 此时二极管D l 因有正向 压降而导通 并且引脚1 输入的是高电平 由以上分析可知两输入引脚l 输入高电平 引脚2 输入高电平 经过两输入四或非门集成电 路C D 4 0 0 1 的转换 从引脚3 输出的是低电平 此 时发光二极管L E D l 两端是正向压降 而导通点 亮 此种情况驾驶员就不可以根据指示灯的亮 灭 情况 判断出制动车灯的好坏了 李巧燕等 汽车制动灯 转向灯 尾灯故障检测系统详谈2 0 1 1 年5 月 如果制动灯z 2 发生短路 则熔断器烧坏 电流流经蓄电池正极 点火开关K 1 电阻R l 制动灯Z l 一蓄电池负极组成通电回路 此时输入 引脚l 输入的是低电平 同时电流流经蓄电池正 极一点火开关K 1 电阻R 1 制动灯z l 蓄电池 负极组成通电回路 此时输入引脚2 输入的是低 电平 由以上分析可知 两输入脚1 2 输入的都是 低电平 经过两输入四或非门集成电路C D 4 0 0 1 的转换 从引脚3 输出的是高电平 此时发光二极 管L E D l 两端是负向压降 而截止不亮 同理 如果制动灯z 1 有故障 z 2 无故障 其 分析原理和结论都是一样的 这样驾驶员就可以 根据指示灯的亮 灭情况 判断出制动车灯的好 坏 及时查找更换 3 如果制动灯Z 1 z 2 都有故障 当点火开关 K 1 闭合 制动灯控制开关K 2 也闭合时 如果制动灯z l z 2 都断路 则制动灯z l z 2 都不通电 因此 输人引脚1 2 输入的都是高 电平 经过两输入四或非门集成电路C D 4 0 0 1 的 转换 从引脚3 输出的是低电平 此时发光二极管 L E D l 两端是正向压降 而导通点亮 如果制动灯z 1 z 2 都短路 熔断器自动熔 断 则电流流经蓄电池正极 点火开关K l 电 阻R l 组成通电回路 此时输入引脚l 输人的是 低电平 同时 电流流经蓄电池正极叶点火开关 K 1 电阻R 2 蓄电池负极组成通电回路 此时输 入引脚2 输入的是低电平 由以上分析可知 两输 入脚l 2 输入的都是低电平 经过两输入四或非 门集成电路C D 4 0 0 1 的转换 从引脚3 输出的是 高电平 此时发光二极管L E D l 两端是负向压降 而截止不亮 如果制动灯l 断路