大功率多路LED控制器的智能故障管理策略研究

徐健,鄧亮,吳杰

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213022)

0 引言

得益于電子科技日新月異的發展速度，出于主動駕駛安全的考慮，ADB系統應運而生。該系統在最大限度滿足駕駛員的同時，不產生眩目。且最多的燈光維持在路面上，除了有其他車輛存在的特定區域，這些區域通過光型動態遮蔽。以此，保證了夜間燈光的最大利用率，有效提高了夜間行車安全。現有的技術盡管解決了ADB系統相關的一些實現裝置和控制方法，但業內提出完善ADB系統故障處理方法相對較少，且其中絕大多數涉及機械式ADB前照燈系統，而非矩陣式ADB前照燈系統。為保證矩陣式LED自適應前照燈在使用中的可靠性，有必要對其故障處理策略進行完善。

針對上述問題，本文作者研究了一種大功率多路LED控制器失效的監測處理方法，可在小于1 s的時間內監測出故障，并隨即采取相應的保護措施，把對外界的影響降低到最小，從而保證整個大功率多路LED控制器以及整個智能前照燈系統的安全性。

1 故障管理功能介紹

文中所研究設計的故障管理功能主要分為：電路的“滯回控制”保護功能、LED的“N-1”功能、智能溫度保護功能。此外，系統架構方面，采用了“一對一”的模式，即一個控制器負責一個燈的故障管理功能，故障狀態實時通過CAN總線分別上報給上位機。系統架構圖如圖1所示。

1.1 電路的“滯回控制”保護功能

當控制器對輸入電壓進行過壓或欠壓檢測的時候，文中采用類似“寬進嚴出”的策略，這里的“進”是指因欠壓或過壓，控制器進入保護模式即“非正常工作模式”；而“出”是指從“非正常工作模式”退出，恢復到“正常工作模式”。

一般而言，9～16 V為正常工作電壓，當輸入電壓低于9 V或高于16 V時，控制器不會立即進入“非正常工作模式”，而是當輸入電壓低于8 V或高于16 V時，才會進入“非正常工作模式”。反之，只有當輸入電壓滿足9～16 V時，控制器才會從“非正常工作模式”恢復到“正常工作模式”。這樣做的好處是：避免了因為電壓抖動而造成的電路震蕩，從而減少了對負載產生的影響，延長了使用壽命。

圖1 系統架構圖

1.2 LED的“N-1”功能

所謂的“N-1”功能，即在LED模組中含有多顆LED的情況下，有一顆LED發生故障，那么整個模組內的LED都將停止工作(即熄滅)。文中的設計是將MCU和LED驅動芯片采用UART串行總線相連，通過實時查詢的方式，可以知道每顆LED的故障狀態(開路、短路)。當控制器了解到LED存在開路或者短路故障后，會停止所有LED的工作狀態，并將故障狀態上報給上位機。這個功能旨在當前照燈發生故障的時候能夠及時提醒駕駛員應去維修店進行維修，提高夜間駕駛的安全性。

1.3 智能溫度保護功能

通過對安裝在LED模組上的熱敏電阻進行AD采樣，將采樣結果與預設的閾值進行比對。文中設計了二級的溫度保護機制，即設定了兩個過溫閾值。當采樣值超過第一閾值且未超過第二閾值時，控制器進入一級溫度保護狀態，即將整體LED亮度降低為50%，同時開啟定時器，當持續時間超過預設時間值之后自動進入二級溫度保護狀態。具體的工作流程圖2所示。

圖2 智能溫度保護功能流程圖

2 故障管理流程

文中大功率多路LED控制器的智能故障管理方法流程設計為兩部分，即主流程和子流程。其中，主流程負責整個故障管理系統的運轉，判斷是否開啟自適應功能、故障管理程序是否應該開啟、判斷是否有故障發生、該故障是否為歷史故障，以及不同的故障處理措施(見圖3)。子流程主要負責在監測程序開啟的情況下，監測所述前照燈工作電壓、LED溫度、LED短路或斷路失效以及CAN總線故障等(見圖4)。當監測到故障隨即采取相應的故障處理措施，并通過CAN總線上報給上位機。

圖3 控制系統主流程圖

圖4 控制系統子流程圖

3 測試驗證

在實驗室環境下，模擬了過溫、過壓欠壓，以及LED故障等情況，觀察是否能夠按照預先設計的策略實現對LED控制器的智能保護。通過實驗發現，按照文中所述的技術方案，可實現上述的故障保護措施。同時，也通過Vector CANoe工具實時監測控制器上報給上位機的故障狀態報文，如圖5—圖8所示。

圖5 欠壓故障報警

圖6 過壓故障報警

圖7 過溫故障報警

圖8 LED故障報警

4 結束語

大功率多路LED控制器的智能故障管理策略的應用，大大提高了智能前照燈系統的穩定性與可靠性。同時，通過CAN總線的實時故障上報，車身端也能清楚地了解前照燈的工作狀態，在故障發生的時候能及時通知駕駛員，同時采取相應的保護措施，這樣大大提高了駕駛員夜間駕駛的安全性。