車用閱讀燈控制方案的研究

李大航， 王艷周， 鄭志軍， 李運飛， 龔和明

（上汽大眾汽車有限公司， 上海 201805）

1 閱讀燈簡介

近年來， 隨著汽車技術的不斷革新和進步， 汽車已不僅僅局限于代步工具這一范疇， 它甚至已經成為消費者除了家以外的第2個私密空間， 因此汽車內氛圍燈的功能和舒適性也越來越受到消費者的追捧和青睞。 車內閱讀燈作為內飾氛圍燈的一種燈光功能， 主要安裝在駕駛座頂和后座中間頂部， 分別稱為前閱讀燈和后閱讀燈， 為前排區域和后排區域提供充足而舒適的照明。

閱讀燈的光源分為兩種， 一種是鹵素燈泡， 一種是LED。 鹵素燈做成的車內閱讀燈技術比較成熟， 價格相對較低， 但鹵素閱讀燈也存在一些缺陷， 比如具有一定的輻射、 容易破裂、 使用壽命短等， 因此鹵素閱讀燈主要用于一些低端車型上， 圖1為某品牌汽車的鹵素光源閱讀燈。 相較鹵素光源的閱讀燈， LED光源的閱讀燈具有無污染、 無輻射、 照明效果好、 使用壽命長的特點， 一般理論壽命在5萬小時以上。 但是， 由于LED光源的閱讀燈價格較高， 在國內的普及率相對較低， 目前只有在高端車型或者某車型的高端配置上使用， LED光源的閱讀燈如圖2所示。

圖1 鹵素光源的閱讀燈

圖2 LED光源的閱讀燈

2 傳統閱讀燈的控制方案

前閱讀燈的開關按鍵一般放在前閱讀燈面板上， 如圖3所示， 實線框內的分別控制左側和右側前閱讀燈的FRONT 按鍵， 其控制邏輯比較簡單。 對于后閱讀燈， 一是為了駕駛員行車安全和操作方便， 前閱讀燈面板中會增加一個可以控制后閱讀燈亮滅的REAR按鍵， 如圖3中左側虛線框所示按鍵， 方便駕駛員對后閱讀燈的控制； 與此同時， 后排乘員也需要對后閱讀燈進行控制， 因此在后閱讀燈面板上又需要一個獨立的Local開關按鍵， 來控制后閱讀燈的亮滅， 如圖4中虛線框所示按鍵。 這就意味著一個后閱讀燈同時需要兩個不同區域的開關按鍵來控制。 此外，在前閱讀燈面板上一般還需要放置一個All 的開關按鍵，All按鍵可以同時控制前閱讀燈和后閱讀燈的亮滅， 方便駕駛員對前后閱讀燈的控制。

圖3 前閱讀燈

圖4 后閱讀燈

通過對市面上已經量產的閱讀燈亮滅邏輯進行研究，我們發現， 控制前閱讀燈的FRONT開關按鍵和同時控制前后閱讀燈的All開關按鍵， 其控制邏輯比較簡單直觀， 即按下左側FRONT按鍵， 左側前閱讀燈亮； 按下右側FRONT按鍵， 右側前閱讀燈亮； 按下All按鍵， 前后閱讀燈同時亮。但是， 由于后閱讀燈同時受到兩個區域的開關按鍵 （位于前閱讀燈面板上REAR按鍵和位于后閱讀燈面板上的Local按鍵） 控制， 它的控制邏輯相對比較復雜， 表1列出了目前市面上存在較廣泛的后閱讀燈的控制邏輯。 從表1可以看出， 只有當REAR開關按鍵和Local開關按鍵同時關閉時，后閱讀燈才會熄滅， 只要REAR開關按鍵和Local開關按鍵至少有一個打開時， 后閱讀燈都會是亮的狀態。

表1 常見后閱讀燈控制邏輯

綜上所述， 我們可以設計出如圖5所示的電路示意圖。

圖5 前后閱讀燈控制電路示意圖

從圖5中可以看出， 前閱讀燈面板上共有3個開關， 分別為控制前閱讀燈的FRONT開關、 控制后閱讀燈的REAR開關和同時控制前后閱讀燈的All開關； 后閱讀燈面板上只有一個控制后閱讀燈的Local開關。 我們可以通過控制不同開關的通斷來實現前后閱讀燈的亮滅， 具體如下。

1） 當FRONT開關閉合后， 前閱讀燈將會被點亮， 其電流回路如圖6所示。

圖6 前閱讀燈點亮的示意圖

2） 當All開關閉合后， 前后閱讀燈將會同時被點亮，其電流回路如圖7所示。 此時FRONT開關和REAR開關將會失效， 無法對前閱讀燈和后閱讀燈進行控制。

圖7 前后閱讀燈同時點亮的示意圖

3） 當REAR開關閉合后， 后閱讀燈將會被點亮， 其電流回路如圖8所示。 此時， 后閱讀燈面板上的Local開關將失效， 后排乘客將無法通過Local按鍵來控制后閱讀燈的亮滅。

圖8 REAR按鍵點亮后閱讀燈的示意圖

4） 當Local開關閉合后， 后閱讀燈將會被點亮， 其電流回路如圖9所示。 此時前閱讀燈面板上的REAR開關將失效， 駕駛員和前排乘客將無法通過REAR按鍵來控制前閱讀燈的亮滅。

圖9 Local按鍵點亮后閱讀燈的示意圖

由此可見， 當前的閱讀燈控制邏輯并不完美， 尤其是在后閱讀燈的控制方面， 給乘客和駕駛員帶來了很多困擾，引起了較大抱怨。

3 帶LIN閱讀燈控制方案

為了解決傳統閱讀燈控制帶來的問題， 本文提出了一種帶LIN的閱讀燈控制方案， 其電路示意圖如圖10所示。

圖10 帶LIN閱讀燈控制電路示意圖

與傳統的閱讀燈控制方案相比， 該方案需在前后閱讀燈中分別增加一個單片機MCU和LIN收發器芯片。 通過MCU的I/O口實時監測前后閱讀燈各個開關按鍵的狀態， 根據各個按鍵的實際情況， 控制MOSFET開關管T1/T2的通斷， 實現閱讀燈的亮滅控制。 同時， FRONT和Local按鍵需要改為push-push按鍵。 帶LIN閱讀燈具體的實現方式如下。

1） 當按一下FRONT按鍵， MCU1就會通過I/O接收到一次觸發信號， 經過內部處理， 一方面， MUC1會發送指令讓T1導通， 形成從Power、 前閱讀燈光源、 MOSFET T1到GND的回路， 使前閱讀燈點亮； 另一方面， MCU1還會將FRONT的 觸 發 信 號 通 過LIN 收 發 器1、 LIN 收 發 器2 告 訴MCU2，MUC2發送指令讓MOSFET T2保持斷開狀態， 即保持后閱讀燈光源關閉。 此時， 只有前閱讀燈點亮， 如圖11所示。

圖11 前閱讀燈點亮示意圖

2） 當All開關閉合， MCU1接收到All閉合的信號后， 會給T1發送導通的命令， 同時也會通過2個LIN收發器將All開關閉合的信號發送個MCU2， MCU2經過處理后會將T2導通，從而使前后閱讀燈同時點亮， 如圖12所示。 此時， 如果按壓一下FRONT或者Local按鍵， MCU1或者MCU2就會接收到對應的觸發信號， 從而命令MOSFET T1或者T2斷開， 使對應的前閱讀燈或者后閱讀燈熄滅。 這樣就解決了傳統控制方案中當All閉合后FRONT或者Local開關無效的問題。

圖12 前后閱讀燈同時點亮示意圖

3） 當REAR開關閉合， MCU1接收到REAR閉合的信號后， 會給T1發送斷開的命令， 同時也會通過兩個LIN收發器將REAR開關閉合的信號發送給MCU2， MCU2經過處理后會將T2導通， 從而將后閱讀燈點亮， 如圖13所示。 此時， 如果后排乘客想要關閉后閱讀燈， 可以通過Local按鍵， 當MCU2收到Local按鍵的觸發信號后， 會改變T2的開關狀態，從而達到后排乘客也能隨時控制后閱讀燈的目的， 解決了傳統控制方案中當REAR閉合后Local開關無效的問題。

圖13 REAR點亮后閱讀燈示意圖

4） 當按一下Local按鍵， MCU2就會通過I/O接收到一次觸發信號， 經過內部處理， 一方面， MUC2會發送指令讓T2閉合， 使后閱讀燈點亮； 另一方面， MCU2還會將Local的觸發信號通過LIN收發器2、 LIN收發器1告訴MCU1， MUC1發送指令讓MOSFET T1保持打開狀態， 即保持前閱讀燈光源關閉。 此時， 只有后閱讀燈點亮， 如圖14所示。

圖14 Local點亮后閱讀燈示意圖

由此可見， 帶LIN的閱讀燈控制方案可以很好地解決傳統閱讀燈控制方案在特定狀況下某些開關按鍵失效的問題，給駕駛員和乘客帶來了一種比較舒適的感受。 但是由于單片機MCU和LIN收發器的價格較高， 這勢必會造成整車成本的增加。

4 閱讀燈智能聯控方案

考慮到整車開發的成本問題， 在LIN控制方案的基礎上進一步優化， 提出了一種閱讀燈智能聯控方案， 其電路示意圖如圖15所示。

圖15 閱讀燈智能聯控方案

與LIN閱讀燈控制方案相比， 該方案只需要一個單片機MCU， 不需要LIN收發器， 大大降低了整車的成本。 與傳統的閱讀燈控制方案相比， 該方案很好地解決了部分開關按鍵失效的問題。 該方案具體的實現方式如下。

1） 當按一下FRONT按鍵， MCU就會通過I/O接收到一次觸發信號， 經過內部處理后， MUC會發送指令讓T1導通，同時發指令讓T2斷開， 這樣只有前閱讀燈會被點亮， 如圖16所示。

圖16 前閱讀燈點亮示意圖

2） 當All開關閉合， MCU接收到All閉合的信號后， 會同時給T1和T2發送導通的命令， 從而使前后閱讀燈同時點亮， 如圖17所示。 此時， 如果按壓一下FRONT或者Local按鍵， MCU就會接收到對應的觸發信號， 從而命令T1或者T2斷開， 使對應的前閱讀燈或者后閱讀燈熄滅。 這樣就解決了傳統控制方案中當All閉合后FRONT或者Local開關無效的問題。

圖17 前后閱讀燈同時點亮示意圖

3） 當REAR開關閉合， MCU接收到REAR閉合的信號后， 將會把T1斷開， 同時將T2導通， 從而將后閱讀燈點亮，如圖18所示。 此時， 如果后排乘客想要關閉后閱讀燈， 可以通過Local按鍵， 當MCU收到Local按鍵的觸發信號后， 會改變T2的開關狀態， 從而達到后排乘客也能隨時控制后閱讀燈的目的， 解決了傳統控制方案中當REAR閉合后Local開關無效的問題。

圖18 REAR點亮后閱讀燈示意圖

4） 當按一下Local按鍵， MCU就會通過I/O接收到一次觸發信號， 經過內部處理， MUC會將T1斷開并將T2導通，使后閱讀燈點亮， 如圖19所示。

圖19 Local點亮后閱讀燈示意圖

在閱讀燈智能聯控方案中， 單片機MCU 在接收到不同的信號時，需要做出不同的響應，發出不同的指令， 這就要求單片機MCU 中需要有一個信號處理的機制和算法， 圖20 是REAR開關控制后閱讀燈的流程圖。

圖20 REAR開關控制后閱讀燈的流程圖

5 總結和展望

本文通過對傳統閱讀燈控制和帶LIN閱讀燈控制方案的分析和研究， 并結合當前閱讀燈實際的邏輯需求， 設計了一種低成本的閱讀燈聯控方案， 在邏輯和邏輯控制上有很大的優勢， 并在某些品牌的車輛上得到了廣泛應用。 當然， 本文僅對閱讀燈的控制進行了介紹， 隨著汽車燈光系統的不斷革新和進步， 各式各樣的燈光功能將層出不窮， 這就需要大家共同努力， 為燈光系統的發展貢獻自己的一份力量。