Automatyczna korekta pochylenia reflektorów działa, gdy tył samochodu jest obciążony

Automatyczne poziomowanie reflektorów to system, który samoczynnie opuszcza wiązkę światła, gdy tył samochodu opada pod wpływem obciążenia: czujnik na tylnej osi mierzy pochylenie nadwozia, sterownik porównuje je z kątem docelowym, a silnik krokowy w reflektorze koryguje wiązkę w czasie znacznie krótszym niż sekunda. Tak więc gdy zapakujesz bagażnik i wyruszysz w drogę, a reflektory świecą w drogę, a nie w oczy nadjeżdżających kierowców - to nie przypadek, to inżynieria.

Jak działa automatyczne poziomowanie reflektorów?

Jego logika opiera się w rzeczywistości na bardzo prostym pytaniu: Dokąd patrzy pojazd? Gdy umieścisz ciężki ładunek w bagażniku, tył pojazdu opada, przód unosi się do góry, przez co reflektory również zaczynają świecić za wysoko. Dla kierowcy jadącego po prostej drodze oznacza to ścianę światła bicego bezpośrednio w oczy. Właśnie w tym momencie włącza się system poziomowania i kieruje wiązkę z powrotem na drogę, czyli pod właściwy kąt.

W składzie systemu znajdują się cztery główne elementy: sam reflektor, aktuator fizycznie przesuwający wiązkę, czujniki wysokości na przedniej i tylnej osi oraz sterownik koordynujący wszystkie te elementy. W schemacie występują również elementy pomocnicze, takie jak włącznik świateł i czujnik obrotów. Czujniki nieustannie wykonują cykl: zmierz, wyślij sygnał, porównaj z wartością docelową, w razie potrzeby wyślij polecenie. Ten cykl powtarza się wielokrotnie w ciągu sekundy; oznacza to, że system, podobnie jak termostat klimatyzacji, nie działa od czasu do czasu, lecz niemal nieustannie.

Moduł sterujący porównuje zmierzony kąt kołysania z kątem docelowym zapisanym w swojej pamięci. Ten cel zwykle znajduje się 2-3 stopnie poniżej linii horyzontu; ponieważ światło reflektorów musi padać na drogę w pewnej odległości przed pojazdem, a nie na pas ruchu przeciwny. Jeśli istnieje różnica, moduł wysyła polecenie napięciowe do silników poziomowania w reflektorach, a silniki obracają reflektor albo moduł projekcyjny.

Jak czujnik tylnej osi wyczuwa opadanie nadwozia?

Najbardziej elegancką częścią tej układanki jest moim zdaniem strona czujników. Powszechnym rozwiązaniem jest indukcyjny czujnik poziomu: metalowy wirnik połączony z ramieniem czujnika wpływa na pole elektromagnetyczne wytwarzane przez kilka cewek na płytce drukowanej. W miarę zmiany położenia wirnika zmienia się pole, a jego zmiany są interpretowane przez specjalny układ scalony (ASIC), dzięki czemu czujnik odczytuje, jak bardzo ściśnięto zawieszenie. Piękno tego czujnika, który może generować sygnał analogowy i PWM, polega na tym, że zapewnia bardzo wysoką precyzję niemal niezależną od temperatury. W nowszych generacjach sygnał został skompresowany do formatu powtarzalnego PWM ze sprężaniem do 75%; dzięki temu jeden projekt czujnika może być stosowany na różnych platformach.

W samochodach kompaktowych istnieje ciekawy skrót: w modelach z krótkim tylnim zwisie zmiana obciążenia jest w dużej mierze odczuwana na tylnej osi, więc można zrezygnować z przedniego czujnika. W tych pojazdach czujnik i elektronika sterująca są łączone w jedną jednostkę, czyli w jednostkę sterującą zintegrowaną z czujnikiem tylnej osi (SIECU). Ta zintegrowana jednostka może zastąpić ręczne koło regulacji także w modelach z reflektorami halogenowymi, wykraczając poza pojazdy z reflektorami ksenonowymi; zwiększa się zarówno komfort, jak i bezpieczeństwo.

Podejście indukcyjne nie jest jedyną opcją. W niektórych zastosowaniach kitów skrętu stosuje się czujnik ultradźwiękowy, który mierzy nachylenie nadwozia nie pośrednio, lecz bezpośrednio, badając odległość od drogi. Inny czujnik, ten sam cel: przekazanie elektronice aktualnego stanu zawieszenia.

Półstatyczna czy dynamiczna? Różnica między dwoma systemami

Każda automatyczna regulacja poziomu nie działa z tą samą szybkością i ta różnica leży właściwie w sercu systemu. System półstatyczny koryguje tylko zmiany spowodowane obciążeniem: zapakujesz bagażnik, samochód się opada, system z dużym tłumieniem, czyli z opóźnieniem kilku sekund, dostosowuje reflektory do nowej sytuacji. Nie śledzi zachowania noszenia się przodu podczas jazdy.

System dynamiczny natomiast natychmiast reaguje również na zmiany nachylenia powstające podczas przyspieszania i hamowania. Silniki aktuatory są wyzwalane w ułamkach sekund; dla tej prędkości niezbędny jest silnik krokowy. Dlatego niemal wszystkie dzisiejsze pojazdy z reflektorami ksenonowymi posiadają dynamiczną regulację poziomu. Zobaczenie obu systemów obok siebie na ekranie testowym jest bardzo efektowne: gdy pojazd jest obciążany, w systemie półstatycznym regulacja przesuwa się w kilka sekund w widoczny sposób, natomiast w systemie dynamicznym korekta następuje tak szybko, że na ekranie dostrzega się jedynie krótki błysk. Co więcej, w niektórych pojazdach regulacja odbywa się tylko wtedy, gdy pojazd jest w ruchu.

Silnik krokowy we wnętrzu reflektora: Inżynieria milisekund

A teraz przejdźmy do właściwej części fajerwerków: aktuatory, które fizycznie poruszają wiązką światła. W każdym reflektorze w rzeczywistości znajdują się dwa silniki krokowe; jeden reguluje płaszczyznę poziomą, drugi płaszczyznę pionową. Silniki krokowe są w tym zadaniu preferowane ze względu na wysoką rozdzielczość i szybką reakcję dynamiczną; czyli mogą poruszać wiązką zarówno bardzo drobnymi krokami, jak i bardzo szybko. To samo podejście widać w referencyjnych projektach adaptacyjnych reflektorów przednich: sterując dwoma silnikami krokowymi jednocześnie, dynamiczną regulację poziomu i funkcję skrętu zapewnia się tym samym sprzętem.

Najnowsza generacja aktuatorów przekształciła się w kompletny pakiet mechatroniczny. Koncepcja inteligentnego silnika krokowego (ISM) łączy bipolarny silnik krokowy z elektroniką mocy w jednej jednostce. Układ scalony realizuje pełne sterowanie silnikiem, własną diagnostykę i komunikację. Dzięki mikrosterowaniu kroku ruch jest cichy i o niskiej rezonansowości; poprawia się też zgodność elektromagnetyczna, upraszcza się konstrukcja okablowania, a część obsługi błędów zostaje przeniesiona do silnika. Ta sama rodzina aktuatorów jest wykorzystywana także w oświetleniu adaptacyjnym doświetlającym zakręty oraz w modułach oferujących zmienny rozsył światła. Skala produkcji też nie jest mała: w wersjach 12 V i 24 V rocznie produkuje się ponad dziesięć milionów aktuatorów.

Po stronie komunikacji na pierwszy plan wysuwa się magistrala LIN. Referencyjne projekty opublikowane dla kierowców oparte na LIN korekcji położenia reflektorów przekształcają polecenia z jednostki sterującej na sygnały PWM dla silnika. Czyli łańcuch działa tak: dane z czujnika trafiają do jednostki sterującej, jednostka porównuje je z wartością nominalną, polecenie idzie do aktuatora, a silnik przesuwa wiązkę. Wszystko to kończy się, zanim jeszcze zdążysz nacisnąć hamulec.

Aspekt prawny: Dlaczego w niektórych reflektorach jest obowiązkowy?

Ponieważ temat bezpośrednio dotyczy bezpieczeństwa, regulatorzy też nie siedzieli bezczynnie. W Europie system korekcji położenia reflektorów w nowych pojazdach jest obowiązkowy od 1993 roku; stosowne dyrektywy to 76/756/EEC i ECE-R48. Rozporządzenie UN nr 48 idzie jeszcze dalej: dla reflektorów z określonymi źródłami światła (na przykład technologii wytwarzających intensywną i jasną wiązkę) wymaga automatycznego urządzenia korekcji położenia, które automatycznie kompensuje undulację wiązki. Dlatego reflektory wysokointensywne, takie jak Matrix i laser, rozpatruje się łącznie z automatyczną korekcją położenia.

Prace regulacyjne potwierdzają również znaczenie aspektu dynamicznego. Analiza badająca, jak undulacja pojazdu zależy od wielu parametrów, wykazała, że jedynym podejściem niezawodnie ograniczającym oślepianie jest obowiązkowe stosowanie wyłącznie dynamicznych urządzeń korekcji położenia. Ciekawy jest natomiast Ameryka Północna: tam żaden system korekcji położenia nie jest obowiązkowy. Mimo to badanie z 2007 roku rekomendowało automatyczną korekcję położenia we wszystkich reflektorach. Przepisy dla reflektorów adaptacyjnej wiązki świetlnej (ADB) w USA zostały ukończone dopiero w lutym 2022 roku; do tego czasu niektóre matrixowe reflektory LED sprzedawane w Europie nie były dopuszczone w Ameryce.

Zagrożenie oślepianiem: Dlaczego obciążony pojazd oślepia nadjeżdżających?

Powód istnienia tego systemu w istocie sprowadza się do jednego słowa: oślepianie. Jeśli w obciążonym pojeździe reflektory skierują się ku górze, wiązka rozprasza się w polu widzenia nadjeżdżającego kierowcy i zmniejsza jego widoczność; utrudnia to kierowcy nadjeżdżającego pojazdu dostrzeżenie potencjalnych zagrożeń na drodze. I właśnie tutaj leży największa słabość systemów z ręcznym pokrętłem korekcji: ponieważ kierowcy mają możliwość ustawienia reflektorów przy obciążeniu, najczęściej są o tym nieświadomi, przez co wiele obciążonych pojazdów niepotrzebnie oślepia nadjeżdżających.

Z drugiej strony obraz nie jest całkiem jednolity. Istnieją badania akademickie i raporty organizacji bezpieczeństwa pokazujące, że oślepianie zmniejsza widoczność; ale istnieją też oceny twierdzące, że skargi dotyczące jasności reflektorów nie mają bezpośredniego związku ze wzrostem liczby wypadków. Choć tę różnicę akcentowania można dyskutować, dwukierunkowe ryzyko awarii czujnika jest bezdyskusyjne: jeśli reflektory świecą zbyt wysoko, kierowca nadjeżdżający z przeciwka traci widoczność, a ryzyko wypadku rośnie; jeśli świecą zbyt nisko, Ty jako kierowca nie zobaczysz wystarczająco daleko, aby bezpiecznie jechać nocą. Właściwy kąt to bezpieczeństwo obu stron.

Co się dzieje, gdy czujnik ulegnie awarii?

Sam system ma swoje charakterystyczne słabe punkty. Korozja złączy, utrata kalibracji, zużycie mechaniczne, błąd komunikacji modułu, zużycie elementów zawieszenia powodujące zaburzenie wysokości odniesienia oraz fizyczne uszkodzenie korpusu czujnika to najbardziej znane tryby awarii. Żywotność czujnika wynosi zazwyczaj około 80 000 do 150 000 mil; w klimacie słonym lub nadmorskim ten okres może się skrócić. W razie awarii system może pozostawić reflektory w aktualnym położeniu albo przesunąć je do bezpiecznego położenia bazowego, tzw. pozycji domowej; kierownik jest ostrzegany za pomocą kontrolki lub komunikatu na desce rozdzielczej. Innymi słowy, zamiast umrzeć po cichu, system woli dać Ci znak - moim zdaniem to miły wybór inżynieryjny.

Jeśli chcesz to sprawdzić: pusty samochód ustawia się płasko na stanowisku badania świateł, a do bagażnika dodaje się stopniowo obciążenie, obserwując proces regulacji. Diagnostyka automatycznej regulacji wysokości zazwyczaj wymaga jednak urządzenia diagnostycznego; w niektórych modelach czujnik wysokości zasila danymi również inne systemy, takie jak automatyczne zawieszenie i oświetlenie wrażliwe na skręt kierownicy, więc skutki awarii mogą nie ograniczać się do jednej funkcji.

Podsumowanie: Mały czujnik, duża różnica

Automatyczna regulacja wysokości świateł to jeden z najbardziej niewidocznych, ale i najbardziej dyskretnych systemów samochodu. Mały czujnik na tylnej osi wyczuwa ugięcie nadwozia, jednostka sterująca porównuje je z kątem docelowym, a silnik krokowy we wnętrzu reflektora w ułamkach sekundy przywraca wiązkę na właściwą drogę. Fakt, że jest obowiązkowy od 1993 roku oraz wymóg automatycznego urządzenia w reflektorach o dużej jasności, to najjaśniejszy dowód na to, jak krytyczny jest ten system. Następnym razem, gdy wyruszysz nocą w drogę z pełnym bagażnikiem i zauważysz, że Twoje światła nadal oświetlają drogę, będziesz już wiedział, komu podziękować.

Źródła

• What are self-levelling headlights?: Function & check
• Headlight Leveling System: How It Works
• Headlamp Actuators
• Stepper Motors Assist Adaptive Headlights
• Requirements for dynamic levelling devices to prevent headlamp glare - UNECE GRE-83-03
• NHTSA to Allow Adaptive Driving Beam Headlights on New Vehicles
• Ride height sensor
• Study on the Influence of Opposing Glare from Vehicle High Beams
• Nighttime Glare and Driving Performance - NHTSA
• Headlamp
• LIN-bus HID Lamp Levelling Stepper Motor Control