汽車前照燈閃爍問題分析及設計優(yōu)化

汪 攀， 陶至奎， 李曉剛

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司， 湖北武漢 430200）

汽車前照燈位于車輛的前部， 現(xiàn)代前照燈一般采用組合式前照燈， 包含有近光燈、 遠光燈、 駐車燈以及日間行車燈4種功能。 汽車前照燈對于整車安全有著重要的意義，本文對某車型項目階段汽車前照燈閃爍問題進行原因分析，并提出解決方案， 最終驗證結果。

1 故障現(xiàn)象

一輛常規(guī)試驗車在冷車起動后在昏暗環(huán)境檢查前照燈拐點時， 轉動前照燈開關， 從Auto擋轉至OFF擋時， 前照燈光導條閃亮后熄滅， 車輛保持點火狀態(tài)， 多次嘗試該操作后， 現(xiàn)象消失。

2 日間行車燈/駐車燈工作原理

2.1 功能介紹

某項目車汽車前照燈的示意圖見圖1， 1 為近光燈和遠光燈， 通過調(diào)節(jié)燈光的角度實現(xiàn)近光燈和遠光燈的切換， 2為駐車燈和日間行車燈，為一條LED的光導條， 通過控制光導條不同的亮度實現(xiàn)不同的功能， 其中日間行車燈比駐車燈更亮。 日間行車燈的功能是幫助對向車輛更好地識別到車輛， 避免交通事故的產(chǎn)生， 會在車輛起動后行駛時打開， 無法進行手動關閉； 駐車燈的功能主要是停車時， 標明車輛的具體位置， 方便人員在夜間或者燈光較暗的環(huán)境下盡快找到車輛。

圖1 前照燈示意圖

通過前照燈開關可以實現(xiàn)對上述燈光功能的控制， 圖2為某車型燈光開關， 共有4個擋位， 分別為OFF擋、 Auto擋、Position擋和LB擋。 當把開關打至OFF擋時， 除日間行車燈外， 所有燈光均會關閉 （根據(jù)2019 年12 月17 號發(fā)布的GB4785-2019 《汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規(guī)定》， 當車速低于10km/h時， 日間行駛燈允許手動關閉，在此情況下若車速高于10km/h或車輛已行駛超過100m且保持行駛狀態(tài)時， 日間行駛燈應自動開啟直至再次關閉）； 打至Auto擋時， 前照燈將根據(jù)外部環(huán)境打開對應的燈光， 一般會區(qū)分為白天模式和夜晚模式， 夜間模式時， 駐車燈會自動打開； 打至Position擋時， 將手動打開駐車燈； 打至LB擋時， 手動打開近光燈。

圖2 前照燈開關功能圖

2.2 工作原理

汽車前照燈受車身控制模塊 （Body control module） 控制， 控制邏輯見圖3， 車身控制模塊接收整車陽光傳感器（Solar sensor） 的白天/夜晚信號和前照燈組合開關 （Multifunction switch） 的擋位信號， 通過以上信號的匯總分析，車身控制模塊判斷此時前照燈的具體功能。 由于該車型日間行車燈和駐車燈復用， 當車身控制模塊判斷此時應亮日間行車燈時， 只會輸出一路DRL信號， 前照燈亮日間行車燈， 亮度為100%； 當車身控制模塊判斷亮駐車燈時， 會輸出兩路信號： DRL信號和PARK信號， 前照燈將亮駐車燈，此時的亮度受整車背光的影響， 背光變化控制車身控制模塊的PARK信號輸出。

圖3 日間行車燈/駐車燈控制示意圖

3 故障分析

3.1 原因猜想

缺陷發(fā)生時， 前照燈開關處于Auto擋， 外部光線較暗，處于夜間模式， 前照燈開啟駐車燈， 此時關閉前照燈， 正常情況下駐車燈將直接關閉， 但缺陷車前照燈閃爍后關閉。分析閃爍可能的原因有： ①前照燈LED燈帶異常， 燈帶熄滅過程中閃爍； ②LED燈帶輸入電壓異常， 存在短暫的高電壓輸出； ③車身控制模塊控制信號異常， 模塊判斷的燈光信號由亮到滅的過程中存在錯誤判斷。

3.2 問題復現(xiàn)

根據(jù)缺陷工況的描述， 當時駕駛員僅進行了啟動操作，未進行其他操作， 復現(xiàn)工況將圍繞啟動展開。 由于缺陷消失是隨著前照燈開關操作及車輛怠速， 我們懷疑與車輛整車電壓及開關操作有關。 綜合上述分析， 我們設計了如下3種復現(xiàn)工況： ①車輛靜置30min， 冷車起動后， 在車輛靜止狀態(tài)， 開關前照燈開關20次， 確認前照燈是否閃爍； ②非冷起狀態(tài) （車輛未靜置， 每次車輛整車休眠完成后就重新起動）， 起動車輛， 車輛靜止狀態(tài)， 開關前照燈開關20次，確認前照燈是否閃爍； ③車輛ON擋， 開啟各種用電器 （如前照燈近光燈/霧燈、 空調(diào)等） 10min， 使得整車電壓降低，待整車休眠后， 再起動車輛， 開關前照燈開關20次， 確認前照燈是否閃爍。

對于以上3種復現(xiàn)的工況， 為了排除車輛以及環(huán)境的影響， 我們在昏暗環(huán)境對缺陷車上分別復現(xiàn)以上3 種工況。 通過一段時間的復現(xiàn)， 3種工況下的復現(xiàn)次數(shù)及頻次記錄見表1。

表1 不同工況復現(xiàn)結果

從復現(xiàn)的結果來看， 對比3種工況下的復現(xiàn)結果， 可以看出， 整車電壓與該問題的關系極大， 車輛的起動工況不確定是否與該問題強相關。

3.3 數(shù)據(jù)分析驗證

通過上述原因的猜想和復現(xiàn)工況的發(fā)現(xiàn)， 我們需要錄取整車的CAN數(shù)據(jù)和前照燈端的輸入電壓以及整車電壓，使用SPY3連接整車診斷口， 同時用示波器同時錄取前照燈輸入端的PARK和DRL的信號電壓， 按照工況3的方式復現(xiàn)錄取數(shù)據(jù)。

錄取缺陷發(fā)生時的總線數(shù)據(jù)見圖4， 圖4中紅色線為前照燈開關信號， 表示前照燈的當前擋位， 藍色線為駐車燈信號。 如圖4所示， 當前照燈開關信號由AUTO變?yōu)镺FF時，駐車燈信號由true變?yōu)閒alse， 模塊判斷的駐車燈信號隨著開關信號同步變化， 在同一個開關信號變化過程中 （由AUTO到OFF過程）， 不存在短暫的燈光信號由亮變暗再變亮最后變暗的現(xiàn)象， 從以上數(shù)據(jù)分析， 猜想3可以排除， 不是車身控制模塊控制信號的問題。

圖4 駐車燈與開關CAN總線信號圖

通過示波器錄取的缺陷狀態(tài)時前照燈側的輸入信號如圖5所示， 圖5中PARK信號和DRL信號不同步， 在某一時刻存在292ms的延遲， PRAK信息已經(jīng)停止輸出， DRL信號還在持續(xù)輸出。 根據(jù)上述前照燈日間行車燈/駐車燈原理的分析， 當前照燈只接收到DRL信號時， 亮日間行車燈； 當收到PARK信號和DRL信號時， 亮駐車燈。 根據(jù)圖5的顯示，由于DRL信號存在292ms的延遲， 導致此時前照燈將從駐車燈切換到日間行車燈， 再熄滅； 因為日間行車燈的亮度高于駐車燈， 故此時前照燈表現(xiàn)為由暗轉亮后熄滅， 和閃爍現(xiàn)象相似。 由此可知， 前照燈閃爍的原因是車身控制模塊的兩路輸出信號存在延遲， 使得前照燈由駐車燈模式切換至日間行車燈， 表現(xiàn)為閃爍的現(xiàn)象， 從而確認該問題的原因是猜想2。

圖5 駐車燈/日間行車燈輸入信號圖

通過上述分析可知， 前照燈閃爍是由于車身控制模塊的兩路信號輸出延遲導致的， 由復現(xiàn)結果看， 該問題與整車電壓變化強相關。 通過臺架復現(xiàn)， 測試不同電壓條件下的車身控制模塊的DRL 輸出狀況， 發(fā)現(xiàn)當電壓高于13.3V 時電壓變化， 車身控制模塊的DRL 輸出會出現(xiàn)延遲。 研究車身控制模塊的軟件邏輯， 發(fā)現(xiàn)該條件剛好觸發(fā)DRL 端的占空比輸出更新的條件， 由于DRL 的輸出信號同時受占空比更新和外部請求的控制， 且兩路邏輯同時計算， 占空比更新的優(yōu)先級高于外部請求， 當觸發(fā)DRL端占空比更新時， 將優(yōu)先處理占空比的變更， 再處理外部請求， 從而導致外部請求的需求延遲處理， 最后形成信號輸出與外部請求的時間相差200ms， 從而導致DRL 端輸出和PARK 端輸出不一致， 引起前照燈閃爍的現(xiàn)象。

4 解決方案及設計優(yōu)化

通過上述整車及臺架的分析， 該問題是由于車輛起動時， 整車電壓及電壓變化觸發(fā)了車身控制模塊DRL輸出端的占空比更新， 導致DRL端輸出比PARK端輸出延遲200ms，使得前照燈由正常的駐車燈模式到熄滅， 變?yōu)轳v車燈模式切換為日間行車燈模式再到熄滅， 由于日間行車燈比駐車燈亮度高， 從而出現(xiàn)前照燈閃爍的現(xiàn)象。 由于整車電壓變化屬于車輛常規(guī)工況條件， 占空比變化的閾值是通過長期實驗確認的， 無法貿(mào)然更改， 最終確認更新車身控制模塊DRL端的邏輯， 將占空比變化和外部請求分開， 分成兩路邏輯分支， 使得模塊可以同時對這兩路邏輯單獨分析計算，互不干擾。 最終軟件優(yōu)化后， 當在臺架控制整車電壓觸發(fā)占空比變化時， DRL端輸出正常， 同時在整車更新車身控制模塊軟件后， 按照之前的復現(xiàn)工況， 整車測試100次， 未發(fā)生該問題。

5 總結

針對某車型前照燈駐車燈閃爍問題， 通過原理分析，原因猜想， 復現(xiàn)分析及數(shù)據(jù)采集驗證分析問題出現(xiàn)的原因，并通過軟件優(yōu)化的方式提供解決方案， 最終通過臺架模擬及實車驗證， 確認了方案的有效性， 為后續(xù)解決同類問題提供了分析思路及方向。