AutoExpert
Reklama
Reklama

Jak działają czujniki deszczu i natężenia oświetlenia

Preview
Raven Media – Maciej Blum
13.5.2021
Reklama
Reklama

Automatyczne światła i automatyczne wycieraczki nie są już niczym nowym. Dzięki zastosowaniu elementów optycznych, takich jak fotodiody, regulowanie pracą tych urządzeń odbywa się praktycznie bez udziału kierowcy.

Czujnik deszczu włączający automatycznie wycieraczki zamontowany jest w przestrzeni za lusterkiem wstecznym od wewnętrznej strony przedniej szyby. Znajduje się on w obszarze działania wycieraczek przedniej szyby. Dzięki niemu włączane są wycieraczki i dopasowywana jest ich intensywność działania. Czujnik ten zintegrowany jest z czujnikiem światła zewnętrznego, co umożliwia automatyczne sterowanie włączaniem świateł.

WARTO WIEDZIEĆ
Właściwości fotodiody

Preview

Im więcej światła pada na fotodiodę, tym większy prąd przez nią może przepływać. To zjawisko nazywane jest wewnętrznym efektem fotoelektrycznym. Fotodiodę łączy się w kierunku zaporowym szeregowo z opornikiem. Jeśli w wyniku oświetlenia fotodiody zwiększa się natężenie prądu, który przez nią płynie, to zwiększa się także spadek napięcia na oporniku włączonym do obwodu. W ten sposób sygnał świetlny jest zamieniany w sygnał elektryczny.

Działanie czujnika deszczu

Reklama

Czujnik deszczu rejestruje krople deszczu, które osiadają na szybie czołowej pojazdu. Dioda podczerwona (IR) czujnika wysyła strumień promieniowania w kierunku szyby. Przechodzi on przez warstwę szkła i częściowo odbija się od jego zewnętrznej powierzchni (zasada odbicia od granicy dwóch ośrodków). Fotodioda odbiera odbite światło podczerwone, rejestrując jego natężenie. Jeśli na powierzchni szyby znajduje się kropla, światło podczerwone odbija się w większym stopniu, dzięki czemu do fotodiody dociera prawie z całą swoją mocą.

Preview
Zasada działania czujnika deszczu. Źródło: „autoFACHMANN”

Na podstawie różnicy w mocy padającego światła podczerwonego sterownik wycieraczek „wie”, kiedy szyba jest sucha, a kiedy mokra, więc może wysterować włączenie wycieraczek. Ponieważ pomiar odbywa się ciągle, sterownik jest w stanie określić częstotliwość pracy wycieraczek. Wynika to z określenia stosunku ilości odczytów silnych do słabych (odbicie światła od czystej szyby do odbicia światła od szyby mokrej).

Preview
Elementy składowe czujnika deszczu i światła. Źródło: „autoFACHMANN”

Działanie czujnika oświetlenia

Czujnik światła za pomocą dwóch niezależnych elementów fotooptycznych określa natężenie światła, które otacza pojazd oraz natężenie światła przed samochodem. Czujnik oświetlenia otoczenia mierzy całkowitą ilość światła, która do niego wpada. Aby było to możliwe, działa z możliwie dużym kątem widzenia bez uwzględniania konkretnych kierunków padania światła.

Preview
Zasada działania czujnika oświetlenia otoczenia. Źródło: „autoFACHMANN”

Czujnik oświetlenia przestrzeni przed samochodem mierzy intensywność oświetlenia w mniejszym zakresie, czyli przy mniejszym kącie pomiaru. Czujnik ten skupiony jest tylko na przestrzeni przed samochodem.

Preview
Zasada działania czujnika natężenia oświetlenia z przodu pojazdu.
Źródło: „autoFACHMANN”

Dzięki zaprogramowanym parametrom za pomocą odczytu oświetlenia z tych dwóch czujników sterownik jest w stanie określić, czy pojazd znajduje się w tunelu, czy porusza się w nocy, czy tylko w częściowym zacienieniu. Na podstawie tych informacji może wysterować włączenie świateł pojazdu.

Czujnik oświetlenia słonecznego

Przy oświetleniu bocznym samochodu kierowca i pasażer w inny sposób odczuwają temperaturę, dlatego konieczne są korekty w układach wielostrefowych. Dzięki odczytom z czujnika oświetlenia słonecznego regulowane jest działanie układu klimatyzacji.

Układ optyczny rozpoznający kierunek padania promieni słonecznych składa się z dwóch umieszczonych obok siebie fotodiod. Jeśli światło słoneczne będzie w większym stopniu padać na lewą fotodiodę, to sterownik odczyta to jako wzrost temperatury po lewej stronie pojazdu, więc zintensyfikuje działanie układu klimatyzacji po tej stronie.

Światło słoneczne pada na fotodiody przez element optyczny i filtr. Filtr chroni elementy układu przed negatywnym wpływem promieniowania UV. Element optyczny czujnika powoduje załamanie promieni świetlnych tak, aby do fotodiody trafiała możliwie jak największa ilość światła.

Oświetlenie boczne

Reklama

Podczas oświetlenia bocznego z lewej lub prawej strony kierowca i pasażer różnie odczuwają ciepło. Jeśli oświetlenie będzie silniejsze z lewej strony, to sterownik układu klimatyzacji zwiększy intensywność chłodzenia z lewej strony samochodu.

Preview
Oświetlenie boczne. Źródło: „autoFACHMANN”

Oświetlenie od przodu

Podczas oświetlenia od frontu kierowca i pasażer tak samo odczuwają wzrost temperatury. Ponieważ promienie słońca padają równo na obie fotodiody, sterownik układu klimatyzacji wie, że ma do czynienia z oświetleniem od przodu i równomiernie zwiększa intensywność pracy układu klimatyzacji.

Preview
Oświetlenie równomierne od przodu. Źródło: „autoFACHMANN”

Oświetlenie pionowe górne (zenitalne)

Pionowe górne oświetlenie i idący z nim wpływ ciepła są ekranowane przez dach samochodu. Konstrukcja elementu optycznego w takim przypadku nie kieruje całego światła do fotodiody, dzięki czemu sterownik układu klimatyzacji nie zwiększa jej wydajności.

Preview
Oświetlenie pionowe górne. Źródło: „autoFACHMANN”

Automatyczne przyciemnianie lusterka wstecznego

Lusterko wsteczne składa się z elementu optycznego i elektroniki sterującej. Elektronika sterująca znajduje się wewnątrz obudowy lusterka i bazuje na dwóch elementach światłoczułych, skierowanych do przodu i do tyłu pojazdu.

Samo lustro jest wielowarstwowe i składa się z płytki odbijającej światło, zewnętrznej płytki szklanej oraz warstwy żelu. Żel umieszczony jest między lustrem a szkłem zewnętrznym – między elektrodami z przezroczystego materiału. Kiedy do elektrod dostarczone zostanie napięcie elektryczne, przejrzystość żelu się zmieni, dzięki czemu zauważalny będzie efekt przyciemnienia lusterka.

Moment wysterowania napięcia do elektrod jest rozpoznawany dzięki czujnikom oświetlenia z tyłu i z przodu lusterka. Kiedy czujnik skierowany do tyłu rozpozna oświetlenie, elektronika automatycznie wysteruje przyciemnienie lusterka.

Preview
Przekrój automatycznie przyciemnianego lusterka wstecznego.
Źródło: „autoFACHMANN”

Pomiar temperatury

Szczególnie przy niskich temperaturach zewnętrznych górne 30% powierzchni szyby czołowej jest znacznie zimniejsze niż jej pozostała część. Taka różnica temperatur zwiększa ryzyko pęknięcia lub wybicia szyby nawet przy najsłabszym uderzeniu z zewnątrz. W droższych samochodach, w stopie lusterka montuje się czujnik temperatury szyby, co umożliwia odpowiednie sterowanie funkcją odmrażania. Z różnych czujników pobierane są do tego trzy wartości:

  • wilgotność powietrza,
  • temperatura szyby czołowej,
  • temperatura czujnika.
Preview
Pomiar temperatury na zimnej szybie czołowej. Źródło: „autoFACHMANN”
Preview
Pomiar temperatury na ciepłej szybie czołowej. Źródło: „autoFACHMANN”

Przebieg pomiaru

Każde ciało wymienia z otoczeniem ciepło za pomocą promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie cieplne może się odbywać w zakresie promieniowania podczerwonego (IR), promieniowania w zakresie światła widzialnego oraz w zakresie promieniowania ultrafioletowego (UV). Te trzy zakresy są tylko bardzo niewielkim wycinkiem całego spektrum promieniowania elektromagnetycznego.

Przykładem może być ogrzewanie żelaznego przedmiotu. Aby go ogrzać, konieczne jest zaabsorbowanie promieniowania podczerwonego. Temperatura przedmiotu wzrośnie, a po ustaniu nagrzewania przedmiot zacznie oddawać do otoczenia promieniowanie w zakresie niewidzialnym (podczerwień) – do momentu zrównania temperatury z otoczeniem. Jeśli dany kawałek metalu będzie się dłużej ogrzewać, to po przekroczeniu pewnej temperatury zacznie on świecić. To oznacza, że oprócz światła podczerwonego (IR) emituje on promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym.

Wraz ze zmianą temperatury ciała zmienia się udział danego zakresu promieniowania w całkowitym, emitowanym przez nie promieniowaniu elektromagnetycznym. W niskich temperaturach przeważające jest promieniowanie podczerwone, natomiast po przekroczeniu pewnego zakresu największy udział zaczyna mieć promieniowanie w zakresie widzialnym. Zastosowaniu czujników podczerwieni daje możliwość określenia ilości emitowanego przez dane ciało promieniowania podczerwonego, czyli określenie jego temperatury.

Jeśli zmienia się temperatura przedniej szyby w samochodzie, to zmienia się ilość emitowanego przez nią promieniowania podczerwonego. Promieniowanie to jest mierzone przez czujnik, którego odczyty są kierowane do sterownika zamieniającego sygnały na konkretne wartości liczbowe.

„autoFACHMANN”

 

Reklama

O Autorze

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama