轉向信號燈頻閃故障診斷機理分析及對策

【摘" 要】轉向燈故障診斷完好是保證行車安全的重要前提?；贚ED車燈故障診斷的原理，從環(huán)境溫度、輸入電流、運行工況、系統(tǒng)延時等多個角度分析某款車型轉向燈快速異常閃爍的根本原因，并提出相關的應對策略，改善措施效果良好。同時，文中所涉及的相關思路和方案，對后續(xù)具有復雜功能的LED車燈的設計和驗證有一定的指導意義。

【關鍵詞】轉向燈；診斷；快閃

中圖分類號：U463.65" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2023 ）11-0079-04

Investigation on Direction Indicator Fast Flashing Default and Its Countermeasures

LI Xiangbing，YANG Weimin

（Dongfeng Peugeot and Citroen Automobile Co.，Ltd.，Wuhan 430056，China）

【Abstract】The integrity of the diagnosis of the direction indicator is the important prerequisite to ensure the driving security. By referring to the basic principles of LED lamps diagnosis，it analyzes the root cause of fast flashing default and its counter-measures from the perspectives of ambient temperatures，input current，working conditions，systems time delays etc. The methodology and proposals given by the paper is of great significance for the conception and validation for the future more complicated LED auto lamps.

【Key words】direction indicators；diagnosis；abnormal flashing

車燈功能可靠性在日常生活中具有廣泛的意義。從技術層面講，可靠性定義為車燈在規(guī)定條件下，在規(guī)定時間內(nèi)，完成預期功能而不出現(xiàn)故障的概率，該定義包含3個重要因素：預期功能、規(guī)定時間段和規(guī)定條件，其通常用概率來衡量滿足客戶需求的能力。根據(jù)GB 4785—2019要求，對于影響行車安全的關鍵車燈功能（如轉向、制動燈功能等）而言，當功能出現(xiàn)故障后，必須有提醒駕駛員注意的信號或聲光指示，并提醒駕駛員需要采取相應措施，確保車燈功能完好和行車安全，而在實際車燈設計中，經(jīng)常會出現(xiàn)車燈功能完好的情況下，因診斷誤報而導致轉向燈快閃等功能可靠性問題。對于燈泡版轉向燈而言，診斷比較簡單，只存在開路診斷。對于LED車燈而言，由于要考慮到耐熱、電流等多個因素的影響，因此在診斷的設計和實現(xiàn)方面難度較大。本文基于現(xiàn)有項目的實踐，探討影響轉向燈診斷的主要因素。

1" 轉向燈故障診斷機理

車燈的完整故障診斷反饋系統(tǒng)（主要是LED車燈）一般包括驅(qū)動模塊、采樣模塊、診斷模塊、反饋模塊。車燈控制模塊的構成如圖1所示，驅(qū)動模塊一般通過電阻式或線性或晶體管恒流式驅(qū)動電路驅(qū)動LED燈，并實現(xiàn)相關的控制邏輯和技術要求，是LED驅(qū)動的核心；采樣模塊主要用來采集LED串中LED燈電壓，將電壓信號縮放后通過集成運算放大器比較或整理后輸入給后極診斷模塊；診斷模塊對檢測到的LED電壓進行故障判斷，并將故障診斷信號傳遞給反饋模塊；反饋模塊根據(jù)故障診斷信號發(fā)出反饋信號給驅(qū)動模塊并通過驅(qū)動模塊輸出故障信號給車身電腦，從而將相關的故障信號顯示在儀表盤上，提示駕駛員注意，并讓驅(qū)動模塊對LED燈進行通電斷電控制，在設計中，一般采用負反饋來保證輸入和輸出的信息更加精準。

在故障診斷電路的實際設計中，首先基于不同的LED電路實現(xiàn)方式來判斷如何滿足整車對子系統(tǒng)診斷方面的設計要求。通常情況下，車身電腦對用電單元的需求主要需要滿足如下要求。

1）車燈用電單元的工作電壓：該電壓是保證車燈正常工作的基本電壓，一般在8～16V之間，即在該電壓范圍內(nèi)，車燈必須正常工作，即不出現(xiàn)熄滅、閃爍等問題。

2）車燈用電單元的工作電流：該電流是保證車燈正常工作的基本電流，對于LED來說，電流相對較低，故一般設定范圍為0.1～7A。在電流范圍內(nèi)工作時，要保證所有元器件均滿足相關可靠性要求。

3）漏電電流：在電路處于斷開狀態(tài)時電路中的電流。對于燈絲光源而言，該電流為0A，而對于LED車燈電路，由于電路中包含電容等儲能元件，因此在電路斷電后，電容等有元器件仍然可以給系統(tǒng)供電，導致LED出現(xiàn)閃爍等問題。

4）最小診斷電流：對于任何連接方式的電路[電阻式、線性式（DC-DC電路）或芯片式電路（可編程芯片電路）]，如果采用最小電流診斷法，所設計的電路必須滿足車身BSI規(guī)定的最小電流要求。該最小電流要求，實際上代表了低電平診斷必須具備的要求。

2" 轉向燈快閃原因分析

某標致項目開發(fā)過程中，曾出現(xiàn)轉向燈高頻快閃問題。該項目電器架構無變化，前后轉向燈由鹵素燈泡光源變?yōu)長ED光源來更好滿足造型需求。在工業(yè)化階段，當前照燈和后尾燈（集成轉向燈）裝配到車輛上后，出現(xiàn)頻繁快閃問題?；跇湫螆D分析思路，可從以下幾個方面來分析。

2.1" 溫度影響

環(huán)境溫度對發(fā)光系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在LED光源上。由于LED光源是一種溫濕敏感元件，當溫度達到某個特定值時，LED的光學性能也隨之下降，壽命也會呈指數(shù)遞減，因此在設計LED驅(qū)動時，會設定LED的溫度控制策略。比如在常溫下，LED電流穩(wěn)定，光通量也穩(wěn)定，此狀態(tài)一般用來衡量碳排放法規(guī)是否達標；當光學單元在大燈內(nèi)部，環(huán)境溫度達到70℃時，LED會出現(xiàn)較為嚴重的光衰，此時LED驅(qū)動會通過適當降低電流的方式來減少LED本身的發(fā)熱，從而有效控制LED的環(huán)境溫度，不至于上升得過高。而減少電流會導致兩方面影響：①光學性能下降，因為LED的光學性能與電流之間是一種非線性的正比關系，電流下降，光學性能也會迅速下降，通常要求，在環(huán)境溫度達到70℃以上時，其光學性能的衰減不應超過15%；②驅(qū)動給LED的電流更加接近所規(guī)定的診斷電流。一般而言，對于采用電流診斷的驅(qū)動電路，要求提供給LED的下限電流必須高于診斷電流，這樣系統(tǒng)才不會觸發(fā)診斷。在本項目中，大氣環(huán)境溫度在40℃以下時，轉向燈正常工作，而大氣環(huán)境溫度高于40℃時，在車輛行駛一段距離后，轉向燈就會出現(xiàn)持續(xù)快閃，而且一般是面朝陽光的轉向燈更容易出現(xiàn)快閃現(xiàn)象。這說明，當大氣中的環(huán)境溫度達到40℃以上時，車燈內(nèi)部LED周圍的環(huán)境溫度可能已達到70℃以上，在這種情況下，轉向燈的LED驅(qū)動自動啟動診斷，降低了LED的輸入電流，結果導致車身與LED驅(qū)動之間輸入電流也降低，當輸入電流一旦達到診斷下限，就觸發(fā)診斷，車身電腦自動判斷轉向燈出現(xiàn)斷路故障?？傊?，導致觸發(fā)診斷的原因，要么是系統(tǒng)設定的診斷電流閾值過高，要么是系統(tǒng)提供給驅(qū)動溫度的保護策略使熱保護過早啟動，導致系統(tǒng)電流下降過多。無論是哪種情況，都要從診斷電流及匹配的角度來解決問題。轉向燈LED在不同溫度環(huán)境下的光通量與電流如圖2所示。

2.2" 驅(qū)動輸入

驅(qū)動的輸入分為電流和電壓參數(shù)。首先測試驅(qū)動與車身架構之間是否完全匹配，電流測試曲線分析如圖3所示。對于兼容性完全合格的大燈，即轉向燈無快速異常閃爍的問題，當車身輸出PWM或恒定的電壓/電流波形時，通過示波器測試出符合車身架構輸出要求的電流和電壓波形。如果波形出現(xiàn)異常，則說明驅(qū)動本身存在一定的軟件或硬件缺陷。在本項目中，測試驅(qū)動輸入電流波形時，發(fā)現(xiàn)轉向燈點亮過程中，在低電平狀態(tài)存在多次工作電流低于診斷電流100mA的現(xiàn)象，即轉向燈點亮過程中，多次觸發(fā)系統(tǒng)診斷，給車身架構控制器報轉向燈出現(xiàn)故障的信息，從而導致車身架構判斷轉向燈出現(xiàn)故障，引起轉向燈快閃。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，轉向燈驅(qū)動采用PWM來控制，波形是方波，另外，低電平狀態(tài)電流低于100mA，說明在轉向燈開啟過程中存在多次觸發(fā)診斷的情況，導致系統(tǒng)報錯。在這種情況下，要么轉向燈本身取消PWM控制，輸出一種恒定電流，要么將轉向燈工作狀態(tài)中被拉低的電流通過一定的方式提高，使之高于診斷電流，從而避免觸發(fā)診斷。

2.3" 工況影響

轉向燈出現(xiàn)快閃的工況一般分為兩類：常見工況和非常見工況，詳見表1。常見工況有：鑰匙上電開轉向燈；發(fā)動機啟動開轉向燈；戶外高溫下行駛；正常速度頻繁開啟轉向燈；轉向與雙閃交替打開等。而對于非常規(guī)工況，即用戶很難遇到的工況，如：比正常切換速率（每秒1次）更快的速率切換組合開關，比如每秒1次等。在驗證過程中，分別對以上工況進行驗證，發(fā)現(xiàn)在常見工況下，轉向燈也出現(xiàn)快閃，這說明這種快閃問題很容易被客戶感知而引起客戶抱怨。

通過用示波器檢測，發(fā)現(xiàn)無論是常見工況還是在非常見工況下都會出現(xiàn)在轉向燈開啟狀態(tài)時，電流低于診斷電流的狀態(tài)，說明各種測試工況只是故障再現(xiàn)的方式，根本原因還是電流低于診斷狀態(tài)所致。

2.4" 診斷閾值

轉向燈的診斷閾值與車身架構有關，不同的電器架構，其診斷閾值略有差異，見表2。對于鹵素燈泡轉向燈，一般要求正常工作電流范圍是1～3A，而對于LED車燈而言，一般規(guī)定是0.1～3A。從這種閾值的差異可以看出，LED光源轉向燈出現(xiàn)診斷問題的概率更大。除此之外，電器架構對車燈的要求還包括在8～16V工作電壓下以及在-35℃、35℃和85℃的環(huán)境溫度下，電流也要滿足最小診斷電流要求。在本項目中，發(fā)現(xiàn)在環(huán)境溫度高于35℃，電壓高于9.5V時，其電流基本都小于1A，即低于診斷電流要求，說明診斷電流不滿足要求是導致LED轉向燈出現(xiàn)快閃的根本原因。

2.5" 軟件延時

軟件延時對轉向燈工作的影響主要體現(xiàn)在當車身給出一個指令后，轉向燈的快速響應速度，若延時越長，則車燈響應越慢，因此一旦延時過長，就容易被客戶感知，引起抱怨。延時在這里指車身輸出電壓后，驅(qū)動反饋的電壓波形的時間滯后情況。這種延時主要來自兩方面，詳見闡述如下，硬件和軟件延時對比如圖4所示。

1）驅(qū)動軟件所致。軟件延時是利用計算機反復執(zhí)行一段和主程序無關的程序以達到延時的目的。只要知道了執(zhí)行每條指令所占用的機器周期以及循環(huán)控制變量，就能計算出延時的時間長度。軟件延時包含以下幾個概念。①指令周期：單片機執(zhí)行一條指令所需要的時間，是以機器周期為單位，指令不同，所需的機器周期也不同；②機器周期：人們規(guī)定6個狀態(tài)（2個時鐘周期）或12個晶振周期為一個機器周期；③時鐘周期：也稱為振蕩周期，一個時鐘周期=1／晶振頻率。

由于驅(qū)動軟件程序中本身含有延時程序以及每條程序都需要執(zhí)行時間，故軟件延時是固有的，但是對于延時程序中的延時時間可以通過軟件中的循環(huán)自檢參數(shù)設定來進行調(diào)節(jié)。

2）硬件延時。一般采用具有計數(shù)功能的計數(shù)器來進行延時，比如定時器（Timer）、實時時鐘等具有定時功能的硬件。對于電路板上的其他硬件，有時也具備延時的情況。這里的硬件主要指硬件系統(tǒng)中的有源器件，如電容、電感、芯片等。對于LED驅(qū)動硬件而言，電容的影響較大，充放電的時間T=R×C，若C越大，充放電時間越長，這樣電壓越接近穩(wěn)定。由于C越大，只能濾高頻，所以一般后面再并聯(lián)一個小電容，濾低頻，硬件的延時時間也越長。

在本項目中，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，在發(fā)動機啟動和不啟動狀態(tài)，驅(qū)動系統(tǒng)的延時時間基本相似，通過調(diào)節(jié)一些技術手段，將該延時降低到20ms以內(nèi)，則可以解決轉向燈在各種工況下的快閃問題。

3" 優(yōu)化對策

基于以上分析可以看出，轉向燈異常快閃的根本原因在于轉向燈開啟狀態(tài)，其電流多次低于診斷閾值，隨著環(huán)境溫度的升高，又受到熱保護的限制，導致電流進一步降低，從而增加了觸發(fā)診斷的可能性。而在解決轉向燈快閃過程中，出現(xiàn)快閃頻率不一致的問題，與驅(qū)動的延時設定存在關聯(lián)。因此，優(yōu)化轉向燈快閃的問題，可以從如下方面進行優(yōu)化。

3.1" 優(yōu)化控制電流

基于上述分析可知，影響轉向燈正常工作的主要因素是驅(qū)動在LED轉向燈正常工作時，一是其電流波形是PWM波形；二是在轉向燈點亮過程中，反復出現(xiàn)工作電流低于診斷電流的情況?；诖?，可以適當優(yōu)化驅(qū)動的控制電路，將驅(qū)動給轉向燈的輸入電流由PWM波形改為直流輸入，比如通過增加一個數(shù)模轉換芯片來實現(xiàn)，即將驅(qū)動提供給轉向燈的數(shù)字信號轉化為模擬信號。增加數(shù)模轉化芯片后，通過實際測試發(fā)現(xiàn)，轉向燈在工作狀態(tài)其波形由方波變?yōu)榱酥本€波形，但只能解決在常溫下的轉向燈閃爍問題，當外界環(huán)境溫度升高后，仍然會出現(xiàn)高頻快閃，說明在高溫下，驅(qū)動的工作電流依然低于診斷電流，就需要在轉向燈上通過一些電流提升方案，如增加電阻等來實現(xiàn)。在實際的設計中，還要檢查和判斷在整個8～16V電壓范圍內(nèi)，所有參數(shù)都要滿足要求，比如工作的瞬間電流、浪涌電流等參數(shù)是否都符合要求?？刂齐娏鲄?shù)如表3所示。

3.2" 交換診斷端口

經(jīng)過分析可知，前轉向燈的工作電流是450mA，而車身系統(tǒng)所需要的診斷電流下限是900mA，兩者差距較大。而后轉向燈的工作電流是810mA，而車身所需要的診斷電流下限是100mA，遠遠高于系統(tǒng)的診斷要求。對于前轉向燈，若采用增加電流的方案，將驅(qū)動的電流從450mA增加到900mA以上，實現(xiàn)的難度很大，即使通過增加電阻方案匹配成功，新增元器件也會導致新的耐熱問題。因此，綜合評估后，采用將前后診斷端口對調(diào)的方法來實現(xiàn)。

如表4所示，對調(diào)前后端口后，前轉向燈的工作電流很容易滿足診斷電流的需求，而后轉向燈需要適當增加電流，以確保即使在高溫下，依然能夠滿足診斷電流的要求。對后轉向燈，采用了增加電阻的方式來提升電流。

但這種對調(diào)前后端口的方式也存在一些缺陷。比如當某一個轉向燈故障時，對故障的左后轉向燈和正常的左前轉向燈進行端口對調(diào)，車身電腦會報左前轉向燈存在故障，這就需要在售后通過一定的話術來進行管理。

3.3" 優(yōu)化延時

根據(jù)以上分析可知，優(yōu)化延時可以保證轉向燈的步調(diào)一致。延時優(yōu)化分為軟件延時（表5）和硬件延時。在本項目中，最初采用的電容容值是1nF，而驅(qū)動采用了V1.1版本，即軟件延時為最長時間，轉向燈輸入與輸出之間延時時間為55ms，在這種情況下，發(fā)現(xiàn)在正常切換轉向燈幾次之后，轉向燈出現(xiàn)快閃異常閃爍；當系統(tǒng)的延時優(yōu)化到36ms時，此時僅僅在非常快速（每秒3～5次）地切換組合開關50～100次后，出現(xiàn)轉向快速異常閃爍；當系統(tǒng)的延時時間優(yōu)化到20ms以內(nèi)時，發(fā)現(xiàn)此時無論在什么極端工況，轉向燈都不會出現(xiàn)異常閃爍，說明20ms即為延時的門檻值。而在實際的優(yōu)化中，通過取消1μF電容，軟件延時繼續(xù)優(yōu)化等措施，將總的延時時間優(yōu)化到17ms，在這種情況下，轉向快閃的問題完全解決。

4" 結論及展望

基于本項目的分析和討論，可以得出以下結論。

1）轉向燈快閃的原因是因為工作中觸發(fā)了診斷。導致診斷不滿足要求的原因主要為電流不滿足診斷要求，一般表現(xiàn)為電流低于診斷下限，引起車身電腦判斷出車燈出現(xiàn)斷路故障。

2）對于LED轉向燈，由于受溫度的影響較大，因此，在設計轉向燈工作電流時，需要考慮在高溫下，工作電流是否高于診斷值，否則，就會觸發(fā)系統(tǒng)診斷。

3）延時優(yōu)化一般廣泛運用于LED車燈閃爍、異常點亮或熄滅、診斷報錯等故障中。延時的時間設定需要具體問題具體分析。

本項目基于轉向燈的異常閃爍問題，從環(huán)境溫度、驅(qū)動輸入電流、診斷閾值以及延時等方面分析了故障產(chǎn)生的機理，并分別給出了對策。在未來智能網(wǎng)聯(lián)時代，LED車燈會用到其他更為先進的診斷方式，這些診斷方式對轉向燈的設計提出了一些新的要求，在設計前，要核實車身電器架構與轉向燈之間的兼容性。本項目雖然只是討論了轉向燈的診斷問題，但涉及的相關方法也可以廣泛運用于其他車燈功能開發(fā)中。

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（編輯" 凌" 波）

作者簡介

李祥兵，碩士，研究員高級工程師，從事車燈開發(fā)工作。