汽車智能化移動視覺燈光控制系統(tǒng)方案設計

黃常清　張彬　萬國義

摘 要：隨著物質(zhì)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(chuàng)造性。因此汽車燈具必須具備更具智能化和科技感，本研究提出了一種智能化高、集成度高汽車智能化移動視覺燈光控制系統(tǒng)，并對該移動視覺燈光控制系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件的參數(shù)、芯片選型、硬件架構(gòu)、技術(shù)方案進行優(yōu)化設計和研究。該項研究在汽車智能化移動視覺燈光領域具有提升用戶的體驗感和整車智能化的重要意義，更增加了人、車、環(huán)境交流溝通的窗口。

關(guān)鍵詞：移動視覺燈光 控制系統(tǒng) 智能化 硬件架構(gòu)

Design of Automobile Intelligent Mobile Visual Lighting Control System

Huang ChangQing，Zhang Bin，Wan Guoyi

Abstract：With the improvement of material living standards， the requirements of consumers for cars were no longer basic functional needs. But requirements for cars to be more intelligent， more scientific and creative are becoming urgent. Therefore， automobile lamps must have a more intelligent and technological sense. This study proposed a highly intelligent and highly integrated automobile intelligent mobile visual lighting control system， and the parameters， chip selection， hardware architecture and technical scheme of the key components of the mobile visual lighting control system were optimized and researched. This research had a great significance in the field of automobile intelligent mobile visual lighting to improve users' sense of experience and vehicle intelligence， and to increase the communication window of people， vehicles， and environment.

Key words：moving vision light， control system， intelligence， hardware architecture

1 引言

隨著汽車行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，以及社會發(fā)展及生活水平的提高，傳統(tǒng)的只能簡單點亮或關(guān)閉的LED大燈已經(jīng)無法滿足消費者的要求。消費者對汽車燈具的要求由原來的只需滿足基本的法規(guī)要求轉(zhuǎn)變?yōu)橐笃嚐艟呖筛鶕?jù)不同的場景可實現(xiàn)迎賓、音樂律動、充電指示、游戲互動、個性定制等功能。因此汽車燈具必須具備可為用戶提供燈光控制編程接口，從而可使得汽車燈具在擁有照明、美觀效果的同時，更增加了人、車、環(huán)境交流溝通的窗口。

然而目前的汽車燈具開閉方式單一，僅通過各功能開關(guān)硬線完成對應功能開閉，無法帶給駕乘人員較好的體驗感，同時整車缺乏科技感和創(chuàng)新性。因此，可提供音樂律動、游戲互動，用戶可進行編程接口的智能化移動視覺燈光的研究已迫在眉睫。金平等[1]，提出了一種新型的乘用車解鎖時后尾燈律動燈光控制方法，指出通過該技術(shù)方案可以有效提高整車的科技感。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。目前鮮有學者對智能移動視覺燈光進行研究，因此對于智能移動視覺燈光的研究尤為重要。

本文針對移動視覺燈光的硬件架構(gòu)和控制原理進行研究。

2 汽車智能化移動視覺燈光控制系統(tǒng)方案

2.1 車燈與整車控制邏輯、通訊架構(gòu)

車燈與整車控制邏輯、通訊架構(gòu)主要包括控制系統(tǒng)主要由APP、車機、律動燈光控制器、車身控制器、燈具六部分組成。其中車機通過解析芯片將解析好的音頻信息通過CAN總線發(fā)送燈光點亮代碼控制外部燈具按照音樂節(jié)奏來點亮和關(guān)閉，由車機解析音樂和開啟律動燈光，燈光控制器與車機直接通過CAN總線通信，提高了傳輸效率，避免燈光與音樂的不匹配，可以更好的實現(xiàn)音樂和燈光秀的節(jié)奏感一致性，提高律動燈光的效果。BCM控制燈光迎賓功能的開啟和且通過BCM來給燈具供電，避免燈具直接與電池相連，解決整車饋電的問題和節(jié)約了能源。 BCM通過判斷車輛的速度和檔位狀態(tài)控制燈光來開啟律動燈光或?qū)崿F(xiàn)燈具按照法規(guī)要求來正常點亮，可以保證燈光秀的開啟均在車輛靜止的狀態(tài)，避免燈光秀的開啟不滿足法規(guī)的問題，BCM同時接收開關(guān)信息，保證法規(guī)要求的燈光的整車開啟。如圖1所示。

2.2 智能移動視覺燈光系統(tǒng)架構(gòu)

智能移動視覺燈光通過CAN總線與車機進行通信，接收車機發(fā)送給律動燈光控制器的燈光點亮代碼，并將點亮代碼發(fā)送給單片機，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。可以實時記錄故障，提高了傳輸效率，避免燈光與音樂的不匹配，可以更好的實現(xiàn)音樂和燈光秀的節(jié)奏感一致性，提高律動燈光的效果。智能車燈系統(tǒng)架構(gòu)見圖2所示。

2.3 控制邏輯時序圖

按鑰匙解鎖或用戶通過APP遠程解鎖時，整車通過CAN總線將解鎖信號、整車車速、檔位狀態(tài)、燈光的開關(guān)狀態(tài)發(fā)給車機系統(tǒng)，車機系統(tǒng)判斷整車滿足解鎖迎賓狀態(tài)的情況下，車機系統(tǒng)通過整車CAN網(wǎng)絡發(fā)送閉鎖信號給燈具內(nèi)部電路，燈具內(nèi)部電路接收到并識別為律動燈光信號后，開始執(zhí)行解鎖燈光律動功能，如燈具內(nèi)部電路接收到低電平信號，則停止解鎖迎賓律動。

3 方案設計及工作原理

3.1 硬件設計原理圖

本文設計的汽車智能化移動視覺燈光控制系統(tǒng)包括單片機控制模塊、D-DC升降壓電源模塊、CAN總線通訊模塊、LED矩陣驅(qū)動模塊四個模塊組成。圖4為該控制系統(tǒng)的主要控制原理圖，其中MCU采用芯旺微的KF32A156，其具有2個CAN通信模塊、4個SPI總線模塊，4個I2C總線模塊。主頻為120MHZ，F(xiàn)LASH容量為512K，64KB的RAM。

矩陣式LED驅(qū)動芯片的選擇需要綜合考慮LED的驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流、LED的顆數(shù)及智能移動視覺燈光系統(tǒng)的總功率。智能移動視覺燈光通過控制轉(zhuǎn)向燈/位置燈LED的亮滅進行音樂律動、游戲互動、動態(tài)迎賓，位置燈采用72顆0.5WLED，轉(zhuǎn)向燈采用24顆0.5WLED，每顆LED電流為80mA，驅(qū)動電壓為3V，總功率為18W，因此矩陣芯片選擇MPS的MPQ7225，其具有16路通道LED驅(qū)動器，每通道200mA，每通道具備12位脈寬調(diào)制調(diào)光，可與控制器局部網(wǎng)（CAN）收發(fā)器兼容，可選PWM調(diào)光頻率。

CAN總線通訊芯片采用芯力特的SIT1042Q，其用于汽車零部件等產(chǎn)品上，可支持5MbpsCAN FD靈活數(shù)據(jù)速率。SIT1042Q具有高電磁干擾能力，支持選擇高速模式和待機模式兩種狀態(tài)。

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(tài)浪涌電壓。

4 律動效果

4.1 移動視覺燈光功能示意

本研究的汽車移動視覺燈光功能示意圖如圖4所示。位置燈共72顆LED，每2顆一組，共36組，為L1-L18，R1-R18；轉(zhuǎn)向燈共24顆LED，每2顆一組，共12組，為L19-L24，R19-R24。

4.2 移動視覺燈光效果

圖5、圖6為移動視覺燈光的音樂律動效果圖案的示例圖。用戶可以在汽車車機系統(tǒng)或手機APP中選擇預存的移動視覺燈光效果團，本研究中默認的移動視覺燈光迎賓效果為圖4，如當用戶在汽車車機或手機APP上的移動視覺燈光圖案庫中選擇了圖6為移動燈光視覺效果時，圖6替換圖5為當前的移動視覺燈光效果。

圖5、圖6中若干空格表示轉(zhuǎn)向燈或位置燈的LED（Light-emitting Diode 發(fā)光二極管）點陣，橫坐標為時刻，其中，圖的上半部分為左側(cè)的轉(zhuǎn)向燈或位置燈，下半部分為右側(cè)的轉(zhuǎn)向燈或位置燈，在圖最左側(cè)標注了左側(cè)的轉(zhuǎn)向燈或位置燈LED序號，在圖最右側(cè)標注了右側(cè)的轉(zhuǎn)向燈或位置燈LED序號。綠色區(qū)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。圖5中從外到里依次點亮L1-L8、L19-L24 LED和R1-R8、R19-R24 LED，點亮完后該組LED保持點亮；然后從里到外點亮L1-L8、L19-L24 LED和R1-R8、R19-R24 LED，點亮完后該組LED保持點亮。圖6中從外到里依次點亮L1-L8、L19-L24 LED和R1-R8、R19-R24 LED，點亮完后該組LED保持點亮；然后從里到外點亮L1-L8、L19-L24 LED和R1-R8、R19-R24 LED，點亮完后該組LED保持點亮。

5 結(jié)語

本文介紹了一種移動視覺燈光控制系統(tǒng)，并對該控制系統(tǒng)的芯片選型、系統(tǒng)架構(gòu)、硬件方案進行了優(yōu)化設計。通過該移動視覺燈光控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)音樂律動、游戲互動、動態(tài)迎賓等效果。同時該研究對CAN總線控制模塊、MUC控制模塊、LED驅(qū)動控制模塊進行了優(yōu)化設計。

參考文獻：

[1]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.