汽車智能化車燈控制系統方案和軟件方案設計

黃常清　羅詩明　楊才生　蘭金耀

摘 要：隨著LED前照燈的集成度和復雜程度及智能化程度的提高，汽車LED前照燈驅動面臨著提高效率、簡化設計、和降低成本等諸多挑戰。本研究提出了一種性能穩定、性價比高、能耗低、驅動效率高、智能化高、集成度高LED驅動方案，并對該驅動方案的關鍵參數、相關的技術方案進行優化設計和研究。該項研究在汽車LED前大燈驅動電路領域具有降本增效、提升用戶的體驗感和整車行駛安全性的重要意義。

關鍵詞：LED前照燈 驅動 智能化 驅動效率 能耗

1 概述

隨著社會的進步和技術的發展，以及物質生活水平的提高，消費者對汽車的要求不再是基本的功能需求，而是要求汽車更加智能化、更加的富有科技感和創造性。以此同時，隨著車輛智能化發展，人車互動是實現車輛智能化和人性化的必要手段。用戶可以自主選擇車輛燈光的迎賓效果及點亮形式，那么將極大豐富車輛燈光的律動形式，提升了人車互動的體驗感。智能動感燈光（迎賓燈光秀）作為最直觀提升科技感的配置，可實現燈光隨音樂而跳動；多種照明模式作為對遠近光的補充。智能化車燈與ADAS自動駕駛系統緊密結合，可以實現自動智能的大燈照明形式。然而隨著LED前照燈的智能化程度、集成化程度的提高，LED前照燈驅動電路的設計在成本、可靠性、EMI等方面提出更高的要求。如何設計一種性能穩定、性價比高、能耗低、驅動效率高、智能化高、集成度高LED驅動方案已經成為LED前照燈驅動器領域的一個研究熱點。諸多專家學者通過模糊控制的方法對方向盤轉角、車速與車燈轉角的關系進行研究，研究表明，通過模糊控制，可以提高AFS工作穩定性，減小過度偏角，提高前大燈的使用 壽命和工作精度[1，2]。孟昭軍等[3]、趙寒等[4]介紹了通過CAN總線通訊實現前照燈的AFS功能。研究表明通過CAN總線技術可以實現前燈向左或向右轉動。倪彰等[5]介紹了通過CAN總線實現車燈的控制，研究表明通過CAN總線可以實現車燈的精準控制。金平等[6]介紹一種尾燈解鎖和閉鎖迎賓音樂律動的控制方法，研究表明，通過BCM提供硬線解鎖閉鎖信號可以按照預先設定好的點亮時序、點亮形式進行解鎖閉鎖律動，但不能進行在線更新、升級。盡管很多專家學者從CAN總線技術和模擬控制方面對智能化車燈進行了研究，但仍無法解決車燈控制智能化程度控制精度不高的問題，不能實現在線升級和對每路LED精準單獨點亮控制的問題。

本文基于整車CAN總線技術，和ADAS自動駕駛系統緊密結合，實現汽車車燈的智能控制和在線升級，從而實現車燈多種照明和智能動感燈光。

2 汽車智能化車燈控制系統方案

2.1 車燈與整車控制邏輯、通訊架構

車燈與整車控制邏輯、通訊架構主要包括車機、導航系統、ADAS、BCM、整車MCU控制器、智能車燈控制器、光學器件七部分組成。其中智能車燈控制器采用CAN總線與車身控制器和ADAS通訊，接收ADAS處理后傳輸過來的路況、車輛、行人、車速等信息來實現各種工況和環境下光束調節。車機將解析好的音頻信息通過CAN總線發送燈光點亮代碼控制外部燈具按照音樂節點亮和關閉，智能燈光控制器接收和識別車機發送的燈光點亮代碼實現智能動感燈光。BCM控制燈光迎賓功能的開啟和給燈具供電，并實現燈具按照法規要求正常點亮。如圖1所示。

2.2 車燈與整車控制邏輯、通訊架構

智能車燈控制器通過CAN總線與車身控制器和ADAS等進行通訊，然后將燈光的開關和控制信號傳輸給單片機，再由單片機來控制多通道矩陣式芯片來控制車燈每個功能的點亮。該智能車燈系統可根據LED串的數量進行組合配置，可使成本更低和組合更為靈活。矩陣控制芯片可精準的控制每個LED的點亮，從而實現智能動感燈光、多場景照明、智能投影燈光等功能。智能車燈系統架構見圖2所示。

2.3 軟件架構

智能車燈控制系統軟件架構主要包括AAP層、RTE層、BSP層。軟件架構如圖3。

（1）APP層負責接收、發送整車CAN信號數據，包括解析從整車輸入的數據、打包反饋數據上送到整車。

（2）RTE層通過CAN總線系統、MCUI/O口、LED驅動和反饋信號實現任務管理。同時處理OTA升級功能、MCU工作模式轉換以及異常狀態監測。

（3）BSP層中CAN總線數據收發通過MCU和CAN收發器來實現；LED驅動通過MCU的SPI、GPIO、ADC實現；OTA功能通過EEPROM以及UART功能實現。

3 方案設計

3.1 TVS管

汽車LED燈具的電源線最少選用 600W（10/1000μs標準波）以上的TVS管，CAN或者LIN通訊線最少選用300W（8/20 μs落雷波）以上的TVS管，壽命＞10年，工作溫度范圍為-45℃到125℃。本研究采用的TVS為SMBJ30CA。TVS管選型參考公式（1）至（4）進行。

VRMW=1.2 X VC-max （1）

VBR=VRWM/0.85 （2）

VCmax=1.3 X VBR （3）

Pact=Vc×Iact×Δ （4）

式中：VRMW為最大反向工作電壓，VBR為反向截止電壓，VCmax為最大箝位電壓，Pact為最大瞬態浪涌電壓。

3.2 單片機

智能車燈控制器的MCU應滿足以下要求：內核≥32位，主頻≥64MHz，FLASH容量應≥128KB，RAM≥64KB。智能車燈控制器的MCU，至少包含2路CAN通信接口、3路SPI通信、6路USART、3路I2C配置、多路通信接口。因此智能車燈控制器的單片機采用芯旺微的KF32A156單片機。

3.3 矩陣芯片

矩陣芯片的選擇需要綜合考慮LED的驅動電壓、驅動電流、LED的顆數及智能車燈系統的總功率。

3.3.1 用于多場景照明模式的矩陣芯片

多場景照明模式主要通過控制遠近光光學模組的LED亮滅進行，近光采用12顆3W，遠光采用12顆3W，遠近光每顆LED的電流為1A，驅動電壓為3V，總功率為72W，因此矩陣芯片選擇MPS的MPQ7240。

3.3.2 用于智能動感燈光的矩陣芯片

智能動感燈光通過控制日行燈/轉向燈/位置燈的LED亮滅進行，日行燈/位置燈采用48顆0.5WLED，轉向燈采用48顆0.5WLED，每顆LED電流為100mA，驅動電壓為3V，總功率為24W，因此矩陣芯片選擇MPS的MPQ7225。

3.3.3 用于智能投影燈光的矩陣芯片

智能投影燈光主要通過控制多顆（1000顆以上）0.2W的LED的亮滅進行控制，每顆LED的電流為10mA，驅動電壓為3V，總功率為20W，需要通道數多，因此矩陣芯片選擇ISSI的IS31FL3747。

4 智能車燈控制系統的主要參數

（1）多場景照明模式的主要參數如表１。

（2）智能動感燈光的主要參數如表2。

（3）智能投影燈光的主要參數如表3。

5 結語

本文介紹了一種智能化程度高，性價比高的、驅動效率高、集成度高的智能車燈控制系統，通過該系統可以實現智能動感燈光、多場景照明燈光、智能投影燈光，并對硬件方案和軟件方案進行了優化設計。

參考文獻：

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[3]孟昭軍，李月，周振超，朱海.汽車智能LED前照燈照明系統控制設計[J].遼寧科技學院學報，2014，16（04）：1-3.

[4]趙寒，朱恒偉.汽車智能LED前照燈照明系統控制設計[J].河北農機，2016（12）：48-49.

[5]倪彰，范鑫，潘茂輝，張成松.基于CAN總線的電動汽車車燈控制系統設計[J].傳感器與微系統，2011，30（12）：82-84.

[6]金平，馬良，李志剛，滕云鵬，孫睿，盛紅金，賈夢池.一種新型乘用車解閉鎖時后尾燈律動燈光控制方法[J].汽車電器，2020（03）：24-26-31.