一種汽車轉(zhuǎn)向燈雙閃控制方法的研究

一種汽車轉(zhuǎn)向燈雙閃控制方法的研究

錢田義，郎朗

(安徽工程大學(xué) 安徽省電氣傳動(dòng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 安徽 蕪湖 241000)

[摘要]針對(duì)奇瑞汽車某項(xiàng)目在工程樣件測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向燈雙閃異常，具體分析了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)中雙閃控制的不足，根據(jù)車燈的安全標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家的相關(guān)要求，提出了一種K值校驗(yàn)和V/I曲線修正的控制方法。詳細(xì)介紹了該控制方法的原理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制方法可以很好的控制轉(zhuǎn)向燈的雙閃。

[關(guān)鍵詞]汽車；安全行駛；轉(zhuǎn)向燈；雙閃控制

[文章編號(hào)]1673-2944(2015)05-0026-05

[中圖分類號(hào)]U463.65+4

收稿日期：2015-01-12

作者簡(jiǎn)介：錢田義(1987—)，男，安徽省蕪湖市人，安徽工程大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)；[通信作者]郎朗(1956—)，女，安徽省蚌埠市人，安徽工程大學(xué)正高級(jí)工程師，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。

汽車燈光是車輛的語(yǔ)言，對(duì)汽車的安全行駛有著重要的影響。汽車轉(zhuǎn)向燈正常與否，對(duì)于行車的安全和交通秩序關(guān)系影響極大。隨著行駛車速的不斷提高和車流量的不斷增加，交通事故的發(fā)生率也逐年上升，所以車輛在行駛過(guò)程中一定要保證汽車轉(zhuǎn)向燈能夠正常工作。汽車轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)故障，便會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向燈雙閃提示駕駛員。解決不正常的轉(zhuǎn)向燈雙閃是對(duì)汽車行駛安全的任務(wù)，也是汽車整體設(shè)計(jì)安全性能完善的要求。本文針對(duì)車身控制器在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的汽車轉(zhuǎn)向燈雙閃控制的缺陷，提出了一種K值校驗(yàn)和V/I曲線修正的控制方法，很好地解決了上述問(wèn)題。

1轉(zhuǎn)向燈雙閃問(wèn)題分析

奇瑞汽車某項(xiàng)目(本文代號(hào)表示為：B14-BH)在工程樣件(Off Tooling Sample，OTS)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)在9~16 V電壓范圍內(nèi)隨著整車電壓的增大，轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)倍頻閃爍的情況，具體表現(xiàn)有兩點(diǎn)。第一是車身控制器差異性，不同車身控制器接上相同的負(fù)載，在9~16 V電壓范圍內(nèi)隨著整車電壓的增大，不同車燈控制器在不同電壓值下出現(xiàn)倍頻閃爍，有的車燈控制器在14 V時(shí)轉(zhuǎn)向燈開(kāi)始倍頻閃爍，有的車燈控制器在15.7 V時(shí)轉(zhuǎn)向燈開(kāi)始倍頻閃爍，有的車燈控制器轉(zhuǎn)向燈閃爍頻率則始終正常；第二是高邊驅(qū)動(dòng)(High Side Driver，HSD)左右通道差異性，將同一車燈控制器左右轉(zhuǎn)向的輸出接上相同的負(fù)載，在9~16 V電壓范圍內(nèi)隨著整車電壓的增大，同一車燈控制器的左/右轉(zhuǎn)向燈分別在不同電壓值下出現(xiàn)倍頻閃爍，有的左轉(zhuǎn)向燈在14 V開(kāi)始倍頻閃爍，而右轉(zhuǎn)向燈閃爍頻率則始終正常。

1.1　車身控制器的差異分析

主機(jī)廠給出B14-BH的轉(zhuǎn)向燈額定功率為：前轉(zhuǎn)向燈21 W、側(cè)轉(zhuǎn)向燈5 W、后轉(zhuǎn)向燈10 W，總功率為36 W。主機(jī)廠功能規(guī)范要求：前、后轉(zhuǎn)向燈中任一損壞，轉(zhuǎn)向燈執(zhí)行倍頻閃爍，而側(cè)轉(zhuǎn)向燈損壞不執(zhí)行倍頻閃爍。B14-BH項(xiàng)目軟件判斷轉(zhuǎn)向燈倍頻閃爍的條件為36-(10+5)/2=28.5 W，額定電壓下低電流閾值為2.375 A。

不同電壓U下轉(zhuǎn)向燈低電流閾值公式為2.375×U/12。不同電壓U下的閾值電流曲線如圖1，3條曲線分別為閾值電流曲線、無(wú)燈泡損壞正常電流曲線、10 W燈泡損壞故障電流曲線。

圖1　28.5 W閾值電流-電壓曲線圖

從圖1中可以看出，當(dāng)電壓上升至13.5 V左右時(shí)，閾值電流曲線與無(wú)燈泡損壞正常電流曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，隨著電壓的繼續(xù)增大，無(wú)燈泡損壞實(shí)際電流曲線在閾值曲線之下，軟件判斷為低電流，所以會(huì)執(zhí)行轉(zhuǎn)向燈倍頻閃爍。

1.2　HSD左右通道差異性分析

車燈控制器轉(zhuǎn)向燈驅(qū)動(dòng)芯片選用VND5E025MKTR-E，電路圖如圖2所示。

圖2　B14-BH轉(zhuǎn)向燈驅(qū)動(dòng)電路圖

如圖2所示，轉(zhuǎn)向燈芯片口SENSE1和SENSE2為診斷口，分別反饋?zhàn)笥肄D(zhuǎn)向燈輸出電流Iout，診斷口的反饋電流IDiag與Iout存在一比例K=Iout/IDiag，診斷口再通過(guò)1.5 kΩ下拉電阻向單片機(jī)反饋診斷電壓值UDiag=IDiag×1.5 kΩ。單片機(jī)根據(jù)UDiag的值判斷車燈故障。每個(gè)車燈控制器的轉(zhuǎn)向燈驅(qū)動(dòng)芯片的K值以及同一芯片的左右通道的K值都會(huì)存在一定的偏差，那么反饋給診斷口的電壓也是有差異的，所以會(huì)表現(xiàn)在不同車燈控制器轉(zhuǎn)向燈在不同電壓值下倍頻閃爍和同一車燈控制器的左右通道轉(zhuǎn)向燈在不同電壓值下倍頻閃爍。

2改進(jìn)控制方法研究

2.1　側(cè)轉(zhuǎn)向燈實(shí)際功率

主機(jī)廠給出B14-BH的轉(zhuǎn)向燈額定功率為：前轉(zhuǎn)向燈21 W、側(cè)轉(zhuǎn)向燈5 W、后轉(zhuǎn)向燈10 W，總功率為36 W。表1為各轉(zhuǎn)向燈在不同電壓下測(cè)試得到的電流數(shù)據(jù)。

表1　各轉(zhuǎn)向燈在不同電壓下的電流數(shù)據(jù)　　　　　(電流單位：mA)

21 W前轉(zhuǎn)向燈在12 V標(biāo)準(zhǔn)電壓下額定電流應(yīng)為1.75 A，10 W后轉(zhuǎn)向燈額定電流應(yīng)為0.83 A，5 W側(cè)轉(zhuǎn)向燈額定電流應(yīng)為0.416 A。但是從表1的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，側(cè)轉(zhuǎn)向燈(5 W)的數(shù)據(jù)偏差太大，在12 V標(biāo)準(zhǔn)電壓下的實(shí)際電流僅60 mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足功率5 W的要求。根據(jù)側(cè)轉(zhuǎn)向燈的電流數(shù)據(jù)可以判斷出側(cè)轉(zhuǎn)向燈是LED組合，并非燈泡負(fù)載，側(cè)轉(zhuǎn)向燈實(shí)際功率為0.8 W。

2.2　修正低電流閾值曲線

確定側(cè)轉(zhuǎn)向燈為L(zhǎng)ED組合，功率為0.8 W，轉(zhuǎn)向燈實(shí)際總功率為21+10+0.8=31.8 W。軟件設(shè)置轉(zhuǎn)向燈低電流閾值需要保證閾值電流曲線在9~16 V電壓內(nèi)不會(huì)與正常電流曲線、故障電流曲線相交：

(1)如果閾值選擇過(guò)大，比如選擇28.5 W(如圖1)會(huì)使閾值電流曲線與正常電流曲線相交，當(dāng)電壓高于13.5 V時(shí)，無(wú)燈泡損壞但轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)倍頻閃爍現(xiàn)象；

(2)如果閾值選擇過(guò)小，比如選擇23.4 W(如圖3)會(huì)使閾值電流曲線與故障電流曲線相交，當(dāng)電壓低于10 V時(shí)，10 W燈泡損壞但轉(zhuǎn)向燈卻不再倍頻閃。

圖3　23.4 W閾值電流-電壓曲線圖

軟件針對(duì)31.8 W總功率重新判斷轉(zhuǎn)向燈倍頻閃爍條件為31.8-(10+0.8)/2=26.4 W，額定電壓下低電流閾值為2.2 A，不同電壓U下閾值電流曲線見(jiàn)圖4。3條曲線分別為閾值電流曲線、無(wú)燈泡損壞正常電流曲線、10 W燈泡損壞故障電流曲線。

圖4　26.4 W閾值電流-電壓曲線圖

從圖4中可以看出，K值稍微有點(diǎn)偏差，就會(huì)造成閾值曲線在9~16 V電壓范圍內(nèi)與正常電流曲線、故障電流曲線相交的風(fēng)險(xiǎn)。即使經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向燈電流校驗(yàn)后的車燈控制器，其K值還是會(huì)由于芯片本身的原因存在偏差，所以有必要增加修正系數(shù)，對(duì)閾值曲線進(jìn)行修正，使其平緩，保證在9~16 V電壓范圍內(nèi)曲線兩端不與上下線相交。

車燈控制器軟件對(duì)閾值曲線進(jìn)行了修正，增加了一個(gè)修正系數(shù)0.05，修正公式為：

圖5　修正后閾值電流-電壓曲線圖

其中I閾值為不同電壓U下閾值電流，I閾值=2.2×U/12，不同電壓下閾值電流曲線見(jiàn)圖5。3條曲線分別為閾值電流曲線、無(wú)燈泡損壞正常電流曲線、10 W燈泡損壞故障電流曲線。

從圖5中可以看出，在9~16 V電壓范圍內(nèi)，閾值曲線幾乎不存在與正常電流曲線、故障電流曲線相交的可能性，理論上保證了車燈控制器在工作電壓范圍內(nèi)，軟件能正確判斷轉(zhuǎn)向燈低電流。

2.3　轉(zhuǎn)向燈電流校驗(yàn)

車燈控制器必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向燈電流校驗(yàn)程序，校準(zhǔn)其K值。高邊驅(qū)動(dòng)芯片的K值的偏差會(huì)使診斷口反饋的電流與負(fù)載輸出的實(shí)際電流不成應(yīng)有的比例關(guān)系，這樣會(huì)造成診斷口實(shí)際反饋的電壓值偏大或偏小，從而車燈控制器在正常工作電壓范圍內(nèi)容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向燈倍頻閃爍的問(wèn)題。

這里使用上位機(jī)發(fā)送校驗(yàn)命令，校準(zhǔn)高邊驅(qū)動(dòng)芯片的K值。上位機(jī)發(fā)送的校驗(yàn)指令為82、48、F1、31、A0、8C。校驗(yàn)過(guò)程為：選用4.7 Ω的大功率電阻，診斷發(fā)送轉(zhuǎn)向燈電流校驗(yàn)指令后，右轉(zhuǎn)向燈開(kāi)始閃爍，此時(shí)將該電阻接入BCM右轉(zhuǎn)向輸出電路中，接入電阻一段時(shí)間后右轉(zhuǎn)向燈會(huì)自動(dòng)停止閃爍，并轉(zhuǎn)為左轉(zhuǎn)向燈閃爍，再將該電阻接入BCM左轉(zhuǎn)向輸出電路中，待左轉(zhuǎn)向燈停止閃爍后校驗(yàn)結(jié)束。校驗(yàn)結(jié)束后讀取轉(zhuǎn)向燈校驗(yàn)值，診斷發(fā)送讀指令：82、48、F1、21、AA、86，讀取校驗(yàn)值在合理的范圍內(nèi)，并將該值存儲(chǔ)在寄存器內(nèi)，即校驗(yàn)成功。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

基于以上對(duì)B14-BH項(xiàng)目轉(zhuǎn)向燈燈雙閃問(wèn)題的分析以及對(duì)改進(jìn)的轉(zhuǎn)向燈雙閃控制策略的研究，在原有的硬件平臺(tái)上進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)并在臺(tái)架進(jìn)行測(cè)試。搭建的測(cè)試臺(tái)架包括轉(zhuǎn)向燈燈泡、車身控制器、測(cè)試盒、開(kāi)關(guān)電源和示波器。

對(duì)改進(jìn)前車身控制器接上前轉(zhuǎn)向燈和側(cè)轉(zhuǎn)向燈后測(cè)試，當(dāng)電壓調(diào)節(jié)到13.8 V時(shí)，轉(zhuǎn)向燈輸出時(shí)而倍頻輸出，時(shí)而正常輸出。用示波器檢測(cè)轉(zhuǎn)向燈輸出引腳，其波形如圖6所示。

圖6　轉(zhuǎn)向燈輸出引腳輸出異常波形

對(duì)改進(jìn)后的車身控制器接上前轉(zhuǎn)向燈、側(cè)轉(zhuǎn)向燈和后轉(zhuǎn)向燈測(cè)試，當(dāng)電壓調(diào)節(jié)到13.8 V時(shí)，轉(zhuǎn)向燈輸出正常頻率。用示波器檢測(cè)轉(zhuǎn)向燈輸出引腳，其波形如圖7所示。

對(duì)改進(jìn)后的車身控制器接上前轉(zhuǎn)向燈、側(cè)轉(zhuǎn)向燈進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)電壓調(diào)節(jié)到13.8 V時(shí)，轉(zhuǎn)向燈輸出倍頻。用示波器檢測(cè)轉(zhuǎn)向燈輸出引腳，其波形如圖8所示。

圖7　轉(zhuǎn)向燈輸出引腳輸出正常波形　　　　　　　圖8　轉(zhuǎn)向燈輸出引腳輸出倍頻波形

通過(guò)以上對(duì)改進(jìn)前和改進(jìn)后的車身控制器轉(zhuǎn)向燈輸出引腳的波形測(cè)試，改進(jìn)后的車身控制器轉(zhuǎn)向燈輸出實(shí)現(xiàn)了所要達(dá)到的要求。為了進(jìn)一步驗(yàn)證改進(jìn)后的車燈雙閃控制是否滿足要求，對(duì)100個(gè)樣件進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)改進(jìn)前和改進(jìn)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　100個(gè)的樣件測(cè)試數(shù)據(jù)

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，改進(jìn)的車身控制器的轉(zhuǎn)向燈雙閃控制功能穩(wěn)定，完全滿足車身控制的需求。

4結(jié)束語(yǔ)

本文分析了B14-BH項(xiàng)目轉(zhuǎn)向燈雙閃控制中存在的缺陷，針對(duì)這種缺陷設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的雙閃控制方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的測(cè)試達(dá)到了改善雙閃控制的效果。改進(jìn)了雙閃控制的車燈控制器，使汽車轉(zhuǎn)向燈工作穩(wěn)定可靠。也為對(duì)車燈故障進(jìn)行檢測(cè)提供了依據(jù)。

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[責(zé)任編輯：張存鳳]

A vehicle steering lamp research of double flashing controlling strategy

QIAN Tian-yi,LANG Lang

(Anhui Provincial Key Laboratory of Electric and Control, Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000, China)

Abstract:The double flash anomaly of the steering lamp was found in the OTS test for the B14-BH project. The deficiencies of the light control system with double flash controlling were analyzed concretely. According to the relevant requirements and national lamp safety standard, a control method of K Calibration and V/I curve correction was proposed. The principle of the control strategy was introduced in detail. The experimental results show that this controlling method can perfectly control the steering lamp with double flash controlling.

Key words:automotive;safe driving;the steering lamp;double flash controlling