謝建毅

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汽車LED點(diǎn)陣燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

謝建毅

（常州通寶光電股份有限公司，江蘇 常州 213001）

文章介紹一種新穎的夜間照明方式，旨在通過(guò)增加汽車的主動(dòng)安全性能去改善汽車的夜間的照明情況，從而達(dá)到減少夜間因照明問(wèn)題引發(fā)的交通事故。根據(jù)汽車對(duì)夜間照明的要求，設(shè)計(jì)了點(diǎn)陣式LED車燈的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并合理的裝配了硬件設(shè)備。根據(jù)汽車LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)程序的數(shù)據(jù)處理方式。

汽車LED前照燈；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；安全照明

引言

中國(guó)汽車銷售量已經(jīng)連續(xù)九年蟬聯(lián)世界第一，并且汽車銷量增速高于市場(chǎng)預(yù)期，預(yù)測(cè)中國(guó)汽車的保有量將在2019年超越美國(guó)，成世界汽車保有量第一大國(guó)。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)快速發(fā)展，中國(guó)的汽車夜間行駛頻率也大幅提高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車在光線不足的晚上行駛里程占其整個(gè)行駛里程的 25%，然而，在這種行駛環(huán)境下所發(fā)生的交通事故占到整個(gè)交通事故總數(shù)的33%，死亡事故占總死亡事故的 50%，其中 60%與汽車燈具照明不良有關(guān)[1]。因此對(duì)汽車照明系統(tǒng)的提高提出迫切的要求。

1 汽車LED點(diǎn)陣燈的功能介紹

現(xiàn)今，在中高檔汽車裝配機(jī)械式汽車主動(dòng)照明系統(tǒng)ADB（Adaptive Driving Beam）。機(jī)械式ADB大燈可以在汽車在夜間行駛時(shí)，可根據(jù)汽車行駛車速以及汽車的行駛環(huán)境去改變車燈照射的方向、范圍、距離等，用來(lái)滿足駕駛員對(duì)于夜間照明的要求。但是上述的主動(dòng)照明系統(tǒng)存在著機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光能轉(zhuǎn)化率不高、主動(dòng)響應(yīng)遲滯、造價(jià)高昂、散熱困難等缺點(diǎn)，限制了主動(dòng)照明系統(tǒng)的發(fā)展以及大批量的推廣應(yīng)用。

汽車LED點(diǎn)陣燈可根據(jù)裝配在車輛上的傳感器以及識(shí)別系統(tǒng)來(lái)判斷周圍行駛車輛或行人的實(shí)時(shí)位置，及時(shí)的熄滅照向前方車輛或行人區(qū)域的燈泡，從而避免了對(duì)向駕駛員或行人產(chǎn)生炫目的情況；在彎道行駛時(shí)，車燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整車燈的照明區(qū)域掃除彎道照明盲區(qū)；前方有障礙物時(shí)，增強(qiáng)該部分照明區(qū)域的燈光；根據(jù)行駛車速和行駛環(huán)境自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光等。同時(shí)相比于傳統(tǒng)的自適應(yīng)照明系統(tǒng)，LED點(diǎn)陣燈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、光能轉(zhuǎn)化率高、節(jié)能環(huán)保、反應(yīng)迅捷等優(yōu)點(diǎn)。綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前者，適合大規(guī)模生產(chǎn)和推廣，具有較高的商業(yè)價(jià)值。

2 汽車LED點(diǎn)陣燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件選擇

為了設(shè)計(jì)出一套完整實(shí)用的車燈照明系統(tǒng)，無(wú)論是車燈的軟件還是硬件都應(yīng)該被納入考量中。硬件方面需要由各種傳感器來(lái)獲取車身以及汽車周圍的數(shù)據(jù)和信息。例如，車身高度傳感器、車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速度傳感器以及毫米波雷達(dá)和道路識(shí)別攝像頭[2]。傳感器獲取的信息輸送至信息處理系統(tǒng)，ECU處理信息后給執(zhí)行機(jī)構(gòu)即LED車燈輸出執(zhí)行命令。

圖1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

車身各部分傳感器將自身測(cè)得車身狀態(tài)信息傳輸至CAN總線，同時(shí)ECU接收來(lái)自于道路識(shí)別攝像頭的道路信息和毫米波雷達(dá)對(duì)附近車輛距離信息，通過(guò)CAN總線接口輸送到控制芯片，控制芯片經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后輸出驅(qū)動(dòng)電平到驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片用來(lái)控制點(diǎn)陣式LED燈組的開閉或明暗狀況，從而改善車輛前方照明情況[1]，同時(shí)也避免了造成前方駕駛員炫目的情況，可使駕駛員清楚的分別出前方障礙物和行人。

圖2 LED驅(qū)動(dòng)電路圖

電控式執(zhí)行機(jī)構(gòu)不需要連桿齒輪等機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行傳輸動(dòng)力，只需要驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行即可。因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)除需要可以準(zhǔn)確控制車燈模塊運(yùn)轉(zhuǎn)的LED驅(qū)動(dòng)電路。照明系統(tǒng)選擇了XC9401系列作為L(zhǎng)ED照明電路的控制器，每個(gè)LED驅(qū)動(dòng)控制電路控制5個(gè)LED燈泡，該電路可以根據(jù)CPU傳遞過(guò)來(lái)的信息改變?cè)撾娐返目刂齐娏鳎淖僉ED燈泡的明暗程度[3]。

在電控系統(tǒng)中控制芯片CPU是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，也是所有指令發(fā)起點(diǎn)，因此CPU的選擇就顯得尤為重要。CPU既要接收來(lái)自各傳感器測(cè)量的信息，也需要將接收來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的程序是由編程人員事先完成的。經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，CPU通過(guò)給執(zhí)行器輸出電平的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)。該系統(tǒng)選擇飛思卡爾公司推出的單片機(jī)中的一款增強(qiáng)型單片機(jī)MC9S12XS128（簡(jiǎn)稱為XS128），XS128單片機(jī)在汽車控制領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域、中高檔電子產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用范圍[4]。XS128單片機(jī)具有位數(shù)（8位、10位、12位）可選精度；8通道PWM驅(qū)動(dòng)器；高速CAN總線傳播通道[5]。該控制芯片可以滿足本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求。

圖3 XS128芯片引腳圖

3 控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)

車燈執(zhí)行命令的依據(jù)是根據(jù)車身各部傳感器獲取的信息以及道路感知信息，但是測(cè)量的數(shù)據(jù)較多，數(shù)據(jù)的處理總有先后順序和重要的優(yōu)先級(jí)。并且照明系統(tǒng)以后的專業(yè)化編程也需要大體的程序設(shè)計(jì)流程的指導(dǎo)。

圖4 系統(tǒng)的主程序流程圖

點(diǎn)陣式LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主程序主要由下列幾個(gè)模塊組成，系統(tǒng)初始化模塊是一個(gè)完整的系統(tǒng)必須具備的；系統(tǒng)的軟硬件是否可以正常執(zhí)行指令需要故障檢測(cè)模塊來(lái)執(zhí)行；照明區(qū)域計(jì)算模塊用來(lái)判斷下一時(shí)刻的照明區(qū)域；照明區(qū)域控制模塊用來(lái)執(zhí)行上層指令[6]。下文將著重的介紹系統(tǒng)的照明區(qū)域計(jì)算模塊。

點(diǎn)陣式LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主控制程序的大體框圖如圖3-12所示，汽車啟動(dòng)電源接通照明系統(tǒng)后，需要對(duì)系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行重置并且將各寄存器清零、復(fù)位等，同時(shí)初始化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件和軟件[7]。

4 總結(jié)

本文提出了點(diǎn)陣式LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念以及具體的操作步驟，依據(jù)汽車在夜間實(shí)際情況下的照明需求設(shè)計(jì)了上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和指令。結(jié)合電路的運(yùn)行方式，較為詳細(xì)的介紹了車燈模塊的運(yùn)行方式，但是考慮到篇幅以及本文作者知識(shí)的局限性，目前只有能力做出一個(gè)較為簡(jiǎn)易的版本，但是也足以去說(shuō)明點(diǎn)陣式LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)越性能。

希望本文可以對(duì)點(diǎn)陣式LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用，可以讓LED自適應(yīng)前照燈應(yīng)用到更多的汽車上，真正的做到科技為人服務(wù)的目的，為汽車行業(yè)的發(fā)展和減少行車事故做出貢獻(xiàn)。

[1] 鄭志軍.智能前照燈系統(tǒng)的發(fā)展[J].中國(guó)照明電器, 2006,（6）: 8～11.

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[4] 戎輝,龔進(jìn)峰,曹健.自適應(yīng)前照燈運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及系統(tǒng)開發(fā)[J].汽車工程,2008,30（12）:1079-1082.

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Design of Vehicle LED Dot Array Light Drive System

Xie Jianyi

( Changzhou Tongbao Optoelectronics Co., Ltd., Jiangsu Changzhou 213001 )

In this paper, a novel nighttime lighting method is introduced, which aims to improve the night lighting by increasing the active safety performance of the vehicle. so as to reduce the traffic accidents caused by the lighting problems at night. According to the requirement of automobile for night lighting, the driving system of dot matrix LED lamp is designed and the hardware equipment is reasonably assembled. According to the function of automobile LED drive system, the data processing mode of driving system program is designed.

Automobile LED headlight; Driving system; Safety lighting

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1671-7988(2018)22-144-03

U462

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謝建毅，就職于常州通寶光電股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.051