汽車流水轉向燈控制系統方案設計
2024-04-29 00:00:00蘭金耀黃常清楊才生
汽車電器 2024年2期
【摘" 要】文章提出一種LED流水轉向燈控制方案，并對該驅動方案的元器件選型、控制原理、技術方案、關鍵參數進行優化設計與研究。該項研究在汽車LED轉向燈控制系統領域具有提高可靠性、降低成本、提高效率以及提升駕駛者行駛安全性的重要意義。
【關鍵詞】LED轉向燈；控制系統；控制原理；驅動效率；關鍵參數
中圖分類號：U463.654" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）02-0041-02
Design of Control System of Automobile Flow Turning Signal
LAN Jinyao，HUANG Changqing，YANG Caisheng
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545001，China）
【Abstract】In this paper，a LED flow turn signal control scheme was proposed. And the components selection，control principle，technical scheme and key parameters of the drive scheme are optimized and researched.This research had important significance in the field of automotive LED turn signal control system to improve reliability，reduce cost，improve efficiency，and enhance driver safety.
【Key words】LED turning signal；control system；control principle；drive efficiency；key parameters
1" 概述
隨著人們生活水平的不斷提高，汽車已經成為人們出行的首選，道路上行駛的汽車日益增多。汽車行駛的安全性已經成為人們駕駛車輛的一個重要關注點。汽車轉向燈作為汽車左右轉的提示信號燈，在汽車行駛的過程中可以提醒其他車輛駕駛者和行人，車輛正在左轉或右轉，其性能好壞及可靠性關系著駕駛者和行人的安全。LED流水轉向燈控制系統作為轉向燈的關鍵部件，其性能好壞決定了轉向燈性能的好壞。然而隨著汽車的智能化、集成化程度的提高，汽車LED驅動電路的設計在降低成本、提高可靠性、降低能耗等方面提出更高的要求。如何設計一種高性價比、高可靠性、高驅動效率的LED流水轉向燈控制方案已成為LED轉向燈控制系統領域的一個研究熱點。
諸多專家對轉向燈的控制系統和方案進行設計研究，提出諸多關于轉向燈的控制方法，給流水轉向燈控制系統領域的研究者帶來了重要的指導意義。周文靜等[1]介紹了一種基于TPS92630驅動芯片和單片機的流水轉向燈控制方案，并對該方案的關鍵參數和控制時序進行了研究，研究表明通過該方法可以對流水轉向燈的開啟時序進行精準控制，且可以對流水轉向燈的延時點亮進行方便控制。肖星等[2]對流水轉向燈的工作模式、法規要求及流水轉向燈的控制方案進行了設計研究，研究結果表明，流水轉向燈的控制應結合成本、性能、可靠性來綜合考慮進行設計優化。張盼等[3]基于TPS92638驅動芯片設計了一款轉向燈控制方案，并對關鍵電路進行了設計研究，研究表明，該控制電路可以有效對轉向燈進行控制和點亮，且具有較高的可靠性。王義德等[4]基于STC89C51RC 單片機對汽車轉向燈的控制系統和軟件方案進行了設計研究，并對關鍵元器件進行了選型，研究表明通過該方法可以對前后轉向燈按照設定的頻率進行點亮。譚漢洪等[5]基于AT89S51單片機芯片對汽車轉向燈的控制系統進行研究，并進行了軟件設計，結果表明，該方案可以實現對轉向燈的控制。盡管很多專家學者從單片機及控制芯片選型方面對汽車轉向燈進行了研究，但仍無法解決汽車流水轉向燈性價比不高、集成度低的問題。
本文基于一款高性價比的單片機提出一種性價比、可靠性均高的流水轉向燈控制方法，并對該驅動方案的元器件選型、控制原理、技術方案、關鍵參數進行優化設計與研究。
2" 汽車流水轉向燈控制系統方案
2.1" 車燈與整車控制邏輯、通信架構
車燈與整車控制邏輯、通信架構主要由轉向燈開關、車身控制器、轉向燈控制器、光學器件等部分組成。其中轉向燈控制器采用硬線與車身控制器通信，當轉向燈開關撥到左轉向燈開啟擋位時，轉向燈開關將轉向燈開啟信號發給車身控制器，車身控制器將轉向燈開啟信號發送給轉向燈控制器，轉向燈控制器控制轉向燈按照設定好的時序進行點亮，如圖1所示。
2.2" 轉向燈控制系統架構
轉向燈控制器通過硬線與車身控制器進行電氣連接，轉向燈控制器接收車身控制器的轉向燈開啟信號，然后將轉向燈的開關和控制信號傳輸給單片機，再由單片機來控制每個轉向燈或每組LED的點亮。單片機根據預先設定好的轉向燈開啟順序，逐一將三極管的開啟信號發送到每組三極管的基極，從而控制三極管的開啟，最終控制轉向燈LED的點亮，該轉向燈控制系統可根據LED串的數量進行組合配置，可使成本更低，組合更為靈活。轉向燈系統架構見圖2所示。
3" 方案設計
3.1" TVS管選擇
汽車LED轉向燈電源線上的TVS管最大瞬態浪涌功率必須大于400W（10/1000μs標準波），CAN或者LIN通信線的TVS管最大瞬態浪涌功率300W（8/20μs落雷波），壽命＞10年，工作溫度范圍為-45～125℃。本研究采用的TVS為SMBJ30CA。TVS管選型參考公式（1）～（4）進行。
VRMW=1.2×VCmax（1）
VBR=VRWM / 0.85（2）
VCmax=1.3×VBR（3）
式中：VRMW——最大反向工作電壓；VBR——反向截止電壓；VCmax——最大箝位電壓；Pact——最大瞬態浪涌電壓。
3.2" 三極管的選擇
用于功率回路及推免放大的功率三極管的集電極與發射極間的電壓Uceo ＞ 50V，集電極與基極間的電壓＞60V，集電極電流＞0.8A，因此本研究采用的三極管型號為BCP-56。
3.3" 單片機選擇
轉向燈控制器的MCU應滿足以下要求：內核≥8位，主頻≥16MHz，FLASH容量應≥128kB，RAM≥64kB。轉向燈包含30顆LED，每3顆LED串聯，共10路LED，同時考慮可擴展性，因此本研究的轉向燈控制器的MCU至少3路SPI通信、6路USART、3路I2C配置、15路通信接口。因此轉向燈控制器的單片機采用S9KEAZN8AMTG單片機。
3.4" LDO選擇
低壓差線性穩壓器（LDO）僅用于為單片機供電，因此需要考慮功耗的問題，且需要考慮單片機的功率問題，本研究采用的LDO要求電流大于150mA，靜態電流小于100μA，因此本研究選用的LDO為MPQ2019-5。
3.5" 升降壓芯片選擇
本研究采用的升降壓芯片用于為LED提供穩定的電壓和恒定的電流，輸入最小電壓應小于6V，最大電壓應大于35V，轉向燈包含30顆LED，每3顆LED串聯，共10路LED，每路LED100mA，共1A，同時考慮可擴展性與設計余量，因此要求芯片的輸出電流大于2A，因此本研究所選擇的芯片為IS32PM3510。
4" 實現效果
本研究的轉向燈功能示意如圖3所示。左右轉向燈分別有30顆LED，每3顆一組，共10組，為L1～L10、R1～R10。
圖4為轉向燈開啟效果圖案的示例圖。用戶開啟轉向燈時，轉向燈按照圖中設定的開啟順序和開啟時間開啟轉向燈，圖4中縱坐標的L1～L10和R1～R10表示轉向燈LED（發光二極管）點陣，橫坐標為時刻，其中，圖4的上半部分為左側的轉向燈，下半部分為右側的轉向燈，在圖最左側標注了左側的轉向燈LED序號，在圖最右側標注了右側的轉向燈LED序號。綠色區域表示LED點陣中該顆LED為高電平，此時該組LED點亮，白色為低電平，此時該組LED熄滅。轉向燈開啟時，從里到外依次點亮L1～L10和R1～R10 LED，點亮完后該組LED保持點亮。
5" 總結
本文介紹了一種流水轉向燈控制系統，對該轉向燈控制系統的設計方案、系統架構、芯片選型、關鍵參數及關鍵元器件選型進行了優化設計，并對該轉向燈的流水效果進行了設計和調試，通過該轉向燈控制系統可以對轉向燈的順序點亮和點亮時間進行精準控制。該項研究在汽車LED轉向燈控制系統領域具有提高可靠性、降低成本、提高效率及提升駕駛者行駛安全性的重要意義。
參考文獻：
[1] 周靜文，符濤，孫遜之，等. 一種LED汽車動態轉向燈驅動電路[J]. 中國照明電器，2017（12）：41-43.
[2] 肖星，肖飛勝，盧生林，等. 流水式轉向燈設計方案研究[J]. 汽車電器，2020（7）：59-60.
[3] 張盼，王越，鄭麗麗，等. 基于TPS92638的轉向燈電路設計[J]. 汽車零部件，2019（10）：57-59.
[4] 王義德，張美琪. 汽車轉向燈控制系統設計與仿真[J]. 現代信息科技，2021，5（11）：75-78.
[5] 譚漢洪，鄭培鴻. 基于單機汽車轉向燈控制器設計[J]. 南方農機，2016，47（7）：72-72.
（編輯" 凌" 波）
收稿日期：2023-11-23
