隨著車速和交通流量的增加，夜間發(fā)生事故的可能性也在逐年上升。車燈作為車與車及其周圍環(huán)境之間的通訊工具，對保證夜間行車安全至關(guān)重要。夜間行車時，如果有某個功能，如遠(yuǎn)光燈、近光燈、停車燈、轉(zhuǎn)向燈或尾燈不能正常工作，車廂內(nèi)的駕駛員無法輕易察覺到故障，進(jìn)而發(fā)生車禍。因此，保障夜間行車安全中最重要的工作，是保證車燈的所有功能都能正常工作，以及在車燈發(fā)生故障的第一時間告知駕駛員。實際上，GB4785-2019及之前版本都清楚地說明，對于轉(zhuǎn)向燈、停車燈等功能，在構(gòu)思過程中需要考慮加入車燈診斷方法，如果出現(xiàn)故障情況，駕駛員周圍的環(huán)境可以提供視覺或音頻提示通知駕駛員采取積極措施。

圖1 儀表盤提示檢查右前駐車燈

然而，隨著LED技術(shù)的發(fā)展，如何確定LED燈具診斷的具體參數(shù)，以及如何以經(jīng)濟(jì)高效的方式實現(xiàn)，一直困擾著所有的工程師。在此背景下，本文通過對一般診斷方法的分析，對傳統(tǒng)診斷方法提供了修改建議或?qū)嶋H電路，并提出了一種能滿足不同功能要求的綜合診斷方法。

LED車燈常見故障

對于傳統(tǒng)的鹵素?zé)?，光源只有兩種狀態(tài)：on和off。正常工作時，所有參數(shù)（電流、電壓、溫度）始終保持良好狀態(tài)；出現(xiàn)故障時，燈絲熔斷并使電路斷開。通常，短路的可能性相對較低。在兩種情況（開路和短路）下，電流或電壓的參數(shù)相差很大。因此，通過測試電路的電壓或電流可以很容易地發(fā)現(xiàn)電路的故障。

然而，對于LED燈來說，由于每一部分都是由多個LED實現(xiàn)的，其中存在不同的電路連接方式（串聯(lián)、并聯(lián)或混合連接），因此無論是LED還是LED的驅(qū)動器，都存在兩種故障（開路或短路）的可能。此外，由于車燈工作在高溫高濕的環(huán)境中，有較高的滲水或進(jìn)水風(fēng)險，即使電路可靠性很高，也存在發(fā)生漏電的可能性。

LED驅(qū)動器的組成

診斷通常有兩種方式：LED光源診斷和LED驅(qū)動器診斷。驅(qū)動診斷一般通過開路實現(xiàn)，即通過評價實際輸出（電流/電壓）是否符合理論值（電流/電壓）來判斷車燈的性能是否正常。一般來說，診斷電路與LED驅(qū)動器有很強(qiáng)的相關(guān)性。為了保證LED電路簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)高效，需要對LED驅(qū)動電路和故障電路進(jìn)行良好的匹配。LED驅(qū)動器通常采用以下三種方式實現(xiàn)。

表1 LED驅(qū)動器分類

分類	特點	應(yīng)用
基于電阻	由電阻、電容等組成，易于電氣隔離，但精度低	低功率燈具
基于線性直流電路	由穩(wěn)定直流電路構(gòu)成，精度較低	中低功率車燈
基于芯片	由芯片構(gòu)成，PWM高精度控制，電氣隔離困難	大功率、組合車燈

診斷模塊的組成

故障診斷反饋系統(tǒng)由驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集、診斷、反饋等模塊組成。驅(qū)動模塊通常由電阻或線性電路或恒流驅(qū)動電路來實現(xiàn)，并能實現(xiàn)控制邏輯和技術(shù)要求，是LED驅(qū)動電路的核心。采集模塊主要負(fù)責(zé)LED電壓信息的采集，通過對信號的放大，為診斷模塊提供輸入。診斷模塊負(fù)責(zé)檢測電壓的故障評估，并將故障信息傳遞給反饋系統(tǒng)。反饋模塊根據(jù)診斷模塊的信息傳遞給BSI（車身控制模塊）。BSI此信息傳輸?shù)絻x表盤，儀表盤將警告駕駛員發(fā)生故障的位置。

圖2 典型LED車燈診斷驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)

在診斷系統(tǒng)的設(shè)計中，首先要根據(jù)不同的LED電路形式，評價如何滿足診斷要求。通常，BSI對相關(guān)參數(shù)的要求如下：

1.車燈工作電壓：保證車燈正常工作的基本電壓，一般在8～16V之間，即車燈必須在該范圍內(nèi)正常工作（無異常關(guān)斷、無閃爍）。

2.工作電流：保證燈具正常工作的基本電流。LED燈得電流要求相對較低，因此電流范圍通常定義在0.1A到7A之間；當(dāng)汽車燈在規(guī)定電流下工作時，需要考慮所有功能燈的可靠性。

3. 漏電流：電路開路時的電流。對于LED的前照燈，由于儲能元件如電容器的存在，即使電路斷開，儲能元件也能為LED提供電流，導(dǎo)致工作過程中產(chǎn)生車燈的閃光現(xiàn)象。

4最小診斷電流：如果故障診斷是通過最小電流檢測的方式實現(xiàn)，則電路需要考慮車身系統(tǒng)的最小電流要求。

LED故障診斷思路的構(gòu)想:

基于LED驅(qū)動的分類，一般有基于最小電流、基于開關(guān)電路、基于比較器的反饋電路等診斷方法。本文在分析的基礎(chǔ)上，提出了用PWM進(jìn)行診斷和通過總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行診斷的方法。

基于最小電流診斷的思路：在恒流電路中，LED的故障通常會導(dǎo)致開路或個別LED開關(guān)斷開。開路時，電路電壓升高，觸發(fā)過壓保護(hù)，產(chǎn)生故障信號；但如果只是個別LED開關(guān)斷開，電路的電流變化不大，此時，可以在電路中串聯(lián)一個光耦合器。如果正常工作的LED能夠滿足亮度性能要求，則個別LED開關(guān)斷開不會導(dǎo)致電路關(guān)斷，此時車燈可正常使用；如果不能，則整個電路關(guān)斷，觸發(fā)故障報警。

圖3 基于最小電流的診斷電路

基于開關(guān)電路診斷的思路：通常情況下要求，轉(zhuǎn)向燈工作正常時顯示高電平，工作異常時顯示低電平；以圖4為例，當(dāng)LED正常工作時，Q3的基極處于高電平，Q3連接，則Q2的基極處于低電平，Q2關(guān)閉；在這種情況下，反饋電壓處于高電平；反之則處于低電平；由于汽車電子產(chǎn)品的工作電壓通常在9-16V之間，當(dāng)工作電壓保持在9V時，無論LED是否工作，Q3的基極都會處于低電平，這就使得Q3始終處于“關(guān)”的狀態(tài)，在這種情況下，低電評的反饋會使系統(tǒng)誤報警，因此在構(gòu)思過程中，有必要對單個LED進(jìn)行監(jiān)控，以確保工作電壓保持在9V時不會出現(xiàn)錯誤報警。

圖4 基于開關(guān)電路的診斷電路

基于比較器的反饋診斷電路：該電路利用放大器和比較器比較采集電壓和基準(zhǔn)電壓的大小，控制終端晶體管的打開/關(guān)斷，從而影響反饋電壓的高低；其優(yōu)勢是，即使輸入電壓低于9V，該電路也可以用于故障診斷（圖5）。

圖5 基于比較器的反饋診斷電路

用PWM進(jìn)行診斷：占空比是一個周期內(nèi)工作時間與整個時間的百分比，PWM診斷是一種通過設(shè)置不同占空比實現(xiàn)的電路；對于具有多種功能（如轉(zhuǎn)向燈、位置燈、行車燈等）的燈具，如果將上述3種電路作為首**選方案，整個電路不可避免地會變得復(fù)雜；而PWM診斷將不同的占空比設(shè)置為代表一種特定的故障，則只用一條導(dǎo)線就可以用于所有功能的故障診斷。這樣可以大大減少導(dǎo)線數(shù)量，從而簡化整個系統(tǒng)。

用這種方法設(shè)計診斷電路，在構(gòu)思時需要注意一些要求。

1.脈寬調(diào)制精度。即LED工作時的頻率。由于電子器件固有頻率的存在，要精確地控制占空比，電路需要在恒定頻率下工作。

2.工作電壓。電路工作電壓依賴于電路的電阻值，通過示波器可發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定值。

3. 脈沖寬度。它是電路工作一個工作周期時的實際時間。在汽車電子系統(tǒng)中，脈沖寬度的單位通常是ms。

4.對于不同的功能檢測，占空比不能太接近，以避免相互干擾。

圖6 多功能燈具集成模塊診斷與BSI

通過總線診斷（以LIN通信網(wǎng)絡(luò)為例）：

LIN是一種基于SCI或UART接口的低成本串行通信網(wǎng)絡(luò)。它基于主從結(jié)構(gòu)，減輕了導(dǎo)線的重量和成本。它也是一種傳輸速率為1-20kbps的低層通信總線協(xié)議。LIN由一個主控模塊和多個次級模塊組成。主控模塊負(fù)責(zé)處理不同模塊的電平信息，次級模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，因此，一個LIN模塊可以實現(xiàn)車燈的通訊和故障檢測功能。

圖7 LIN模塊通信結(jié)構(gòu)

總結(jié)與展望

本文根據(jù)汽車車燈故障診斷的原理，結(jié)合不同LED驅(qū)動器的特點，提出了各種故障診斷電路的具體概念，并在實際中加以應(yīng)用。當(dāng)然，為了選擇經(jīng)濟(jì)高效的診斷方法，在構(gòu)思時需要參考BSI的具體要求。此外，隨著新技術(shù)（矩陣光束、激光束等）和新功能的引入，實現(xiàn)對燈具模塊的故障識別和顯示變得尤為重要，其中，總線技術(shù)，尤其是高速總線的原理及其技術(shù)將是今后研究的重點，。