基于CAN/LIN 總線的LED 車燈控制、診斷及保護

張 立，孫徐佳，董鋒格，徐思陽，徐守玉

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇 常州 213022)

0 引言

相比傳統(tǒng)的燈具，LED 因為更節(jié)能環(huán)保、長壽命及造型便利等優(yōu)點，在汽車車燈領域的應用越來越廣泛。目前一些高端車型已經(jīng)實現(xiàn)了全車燈具的LED化，這也將是未來汽車燈具的一個發(fā)展趨勢。相比LED 車燈應用的快速發(fā)展，車燈控制仍保留在傳統(tǒng)的BCM 控制方式。由于LED 車燈功能日益復雜，控制邏輯及診斷需求遠比使用燈泡的車燈復雜，傳統(tǒng)的車燈控制方式已不能滿足發(fā)展的需求。

由于LED 的特性，車燈內(nèi)的LED 模組對溫度比較敏感，因此需要根據(jù)LED 附近的溫度對流經(jīng)LED的電流的占空比進行調(diào)節(jié)，以保持LED 的工作壽命。另外如果發(fā)生短路、斷路或者過溫等現(xiàn)象，還需要向車身主控制器進行報警。傳統(tǒng)方案需要很復雜的車身布線邏輯才能實現(xiàn)這些功能，使用CAN/LIN 總線來對LED 車燈進行控制并進行保護及診斷將有效地簡化這種控制邏輯，并且使系統(tǒng)更加靈活。

1 系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)的邏輯框圖如圖1 所示。所有的車燈都通過LIN 收發(fā)器連接在一個LIN 網(wǎng)絡里，該LIN 網(wǎng)絡通過CAN/LIN 網(wǎng)關轉(zhuǎn)換為CAN 信號與整車進行通信對話。汽車對車燈的控制信號通過CAN 總線傳輸?shù)紺AN/LIN 網(wǎng)關，網(wǎng)關將控制信號轉(zhuǎn)換為相應的LIN 信號。在汽車的燈具上布置一LIN 收發(fā)器，根據(jù)LIN 收發(fā)器收到的報文解析后命令控制驅(qū)動器對燈進行相應的控制及保護。同時車燈控制驅(qū)動器也會將相應的診斷信息通過LIN 收發(fā)器發(fā)送到LIN 總線，經(jīng)CAN/LIN 網(wǎng)關將過溫、過載、空載等信息發(fā)送到CAN總線上交由汽車主控系統(tǒng)進行處理。

圖1 車燈總線系統(tǒng)框圖

2 CAN/LIN 網(wǎng)關設計

圖2 是CAN/LIN 網(wǎng)關的電路模塊，此模塊完成CAN/LIN 信息的轉(zhuǎn)換，將車身對車燈控制的CAN 信號轉(zhuǎn)換為相應的LIN 信號傳輸?shù)杰嚐鬖IN 網(wǎng)絡中，并且將車燈LIN 模塊發(fā)送到LIN 網(wǎng)絡中的LIN 信號轉(zhuǎn)換為CAN 信號傳輸?shù)狡囍骺貑卧?/p>

圖2 CAN/LIN 網(wǎng)關電路模塊

此模塊由電源、LIN 芯片、CAN 芯片及MCU 構(gòu)成。其中電源芯片采用ST(意法半導體)公司的L4995，為MCU 及CAN/LIN 芯片供電。CAN 芯片采用NXP 公司的TJA1040T，LIN 芯片采用NXP(恩智浦)公司的TJA1020T，MCU 采用的是Freescale(飛思卡爾半導體)的S9S12P128。CAN 信號通過TJA1040傳輸?shù)組CU 的PXCAN0/TXCAN0 管腳，由MCU 進行解析后通過MCU 的TXD0/RXD0 傳輸?shù)絋JA1020 的RXD/TXD 引腳，由BUS 引腳輸出相應的LIN 信號到LIN 總線上，完成相應的CAN/LIN 轉(zhuǎn)換功能。

3 LIN 收發(fā)器及控制驅(qū)動器設計

圖3 是LIN 收發(fā)器及控制驅(qū)動器模塊，該模塊作為LIN 網(wǎng)絡的從節(jié)點，主要功能為接收并解析在LIN網(wǎng)絡中的LIN 信號，并通過此信號控制對應的LED 驅(qū)動器。同時LED 驅(qū)動器也會將過溫、開路等故障信號通過LIN 收發(fā)器發(fā)送到LIN 網(wǎng)絡中去。

圖3 LIN 收發(fā)及驅(qū)動控制模組

此模塊包含電源、LIN 芯片、MCU、溫度傳感器及LED 驅(qū)動器。LIN 芯片接收到相應的LIN 信號后，通過串行總線傳輸?shù)組CU(微處理器)，MCU 通過此信號來控制LED 驅(qū)動器來執(zhí)行燈的亮滅。MCU 通過AD(模數(shù)轉(zhuǎn)換)來實現(xiàn)過壓/欠壓檢測、溫度過溫檢測及LED 開路檢測。這些異常信號將生成對應的故障碼由MCU 傳輸給節(jié)點上的LIN 芯片，由此LIN 芯片傳輸?shù)絃IN 總線上的主節(jié)點中。

4 仿真驗證

在CANoe 中搭建此平臺，由一個CAN/LIN 網(wǎng)關構(gòu)成的主節(jié)點及5 個LIN 網(wǎng)關構(gòu)成的從節(jié)點，通過CAN 信號分別對此LED 車燈進行點亮控制，并且測試當車燈出現(xiàn)故障時CAN 總線接收故障反饋的情況，如圖4 所示。

圖4 總線車燈網(wǎng)絡系統(tǒng)

當開啟左后燈的位置燈的時候，CAN 信號報文的三個數(shù)據(jù)為“0X02/0X01/0X00”，CAN/LIN 網(wǎng)關接收到CAN 報文并解析后將數(shù)據(jù)1 的ID 號放入LIN 報文的ID 位，LIN 報文的數(shù)據(jù)為“0X01/0X00”，結(jié)果如圖5所示，此時左后位置燈功能開啟。

圖5 控制左后燈位置燈功能打開時的CAN/LIN 報文

當左后燈的LED 斷路時，LIN 報文的數(shù)據(jù)為“0X01/0X02”，CAN/LIN 網(wǎng)關的CAN 報文數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為“0X02/0X01/0X02”，如圖6 所示，此時車身收到相應的報文進行報警。

圖6 左后燈位置燈斷路時CAN.LIN 報文

5 小 結(jié)

上述設計的系統(tǒng)，通過總線控制LED 車燈并且進行診斷，極大地簡化了車燈的控制邏輯，并且為車燈新功能的添加提供了便利。只需一個標準的接口，通過軟件的更改即可實現(xiàn)不同類型燈具的更換，未來這種技術將會越來越多地應用在各種類型的車上。

［1］聶單根.基于CAN/LIN 總線的汽車車身網(wǎng)絡技術的應用研究［D］.浙江大學，2007

［2］倪爾東.LED 汽車新光源［D］.武漢理工大學，2005:3～14

［3］徐春艷.基于LIN 總線的車燈控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］.吉林大學，2004

［4］周偉.LED 汽車信號燈的設計原理［J］.中國照明電器，2002

［5］陳舒.電動汽車LIN 總線車身網(wǎng)絡高層協(xié)議研究.浙江大學，2005

［6］劉晶晶.LIN 總線在車身控制中的應用［J］.電子設計應用，2004