摘 要：本文基于汽車照明技術(shù)的最新發(fā)展，以汽車前照燈、尾燈以及外飾燈為重點(diǎn)，在對功能需求進(jìn)行系統(tǒng)性分析的基礎(chǔ)上，研究了汽車照明控制器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上對平臺化方式進(jìn)行了探索和總結(jié)，為汽車照明控制器提高設(shè)計(jì)效率和可靠性、減少設(shè)計(jì)費(fèi)用和時(shí)間，提供了分析方法和解決思路。所研方法適用于汽車的前照燈、尾燈、外飾燈以及內(nèi)飾燈等其它汽車照明系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：汽車照明 控制器 平臺化

1 引言

汽車照明系統(tǒng)（簡稱：車燈）是汽車整車中不可或缺、非常重要的一個(gè)子系統(tǒng)，關(guān)乎車輛正常行駛的安全性和便利性，是全球主要國家汽車法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)所強(qiáng)制要求的汽車零部件[1]。根據(jù)其安裝位置和用途，大致可分為前照燈、尾燈、外飾燈和內(nèi)飾燈。隨著LED作為一種低能耗、長壽命的光源迅速替代傳統(tǒng)鹵素及惰性氣體高壓放電燈，成為汽車照明的主體光源[2][3]，保障LED正常工作的電子控制器則成為汽車照明系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵的子系統(tǒng)和零部件。

2 電子控制器平臺化開發(fā)的優(yōu)勢[4][5]

對于汽車電子控制器，其產(chǎn)生周期一般包含概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證和生產(chǎn)準(zhǔn)備等過程。設(shè)計(jì)階段，要針對功能需求，依據(jù)V模型進(jìn)行系統(tǒng)、軟件、硬件和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，需要耗費(fèi)大量人力資源；而生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，要根據(jù)相應(yīng)的軟件、硬件和結(jié)構(gòu)，投資工裝夾具及在線燒錄/檢測設(shè)備。由于每款控制器的產(chǎn)生都意味著投資大、時(shí)間長、風(fēng)險(xiǎn)高，國際和國內(nèi)的主要汽車生產(chǎn)企業(yè)都使用了平臺化的戰(zhàn)略，將一段時(shí)間內(nèi)研發(fā)的所有車型歸集于有限的幾個(gè)平臺（如大眾集團(tuán)的MQB平臺），對主要電子控制器進(jìn)行平臺化開發(fā)，可以在多個(gè)車型上進(jìn)行快速沿用，大大降低二次開發(fā)的費(fèi)用和周期。該開發(fā)思路也應(yīng)該適用于汽車照明控制器。

3 汽車照明的特殊性

但在汽車的各個(gè)分系統(tǒng)中，汽車照明是具有造型強(qiáng)烈相關(guān)度的一類。各個(gè)汽車廠家都將車燈作為自己品牌設(shè)計(jì)語言和辨識度的主要特征，導(dǎo)致各個(gè)汽車品牌之間汽車照明的造型和功能搭配都有較為明顯的區(qū)別。此外，同一品牌的不同車型之間，由于功能不同（如轎車/越野車）、定位不同（高中低端），汽車照明系統(tǒng)的外形及功能需求也會有較大差距[6]。這就為車燈控制器的平臺化開發(fā)提出了挑戰(zhàn)。

4 前照燈控制器

因?yàn)槠嚽罢諢羲婕暗墓δ茏疃啵夹g(shù)及功能安全要求最高，本文就先以前照燈為例，探討控制器平臺化的設(shè)計(jì)思路及方案。

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異

汽車前照燈基本由近光燈、遠(yuǎn)光燈、位置燈、轉(zhuǎn)向燈、日間行車燈和前霧燈等功能構(gòu)成。前照燈在進(jìn)入到LED為主體光源的階段后，由傳統(tǒng)鹵素或HID點(diǎn)光源光學(xué)特征局限性所造成的造型約束邊界被迅速打破，重復(fù)利用LED多光源優(yōu)勢的風(fēng)格各異的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被各大汽車企業(yè)所采用（圖1）。這造成車燈之間結(jié)構(gòu)差異很大，例如有的采用整體式而有的是分體式，而后者將部分功能從前照燈上剝離。有無前霧燈也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)常見歧點(diǎn)。

4.2 實(shí)現(xiàn)技術(shù)的差異

除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異外，功能以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)上也有多種選擇和組合（表1）。從中可以看出，前照燈的功能及其實(shí)現(xiàn)方式有多種選擇，而排列組合后的搭配數(shù)量更是數(shù)不勝數(shù)。

4.3 光電設(shè)計(jì)的差異

此外，由于千變?nèi)f化的造型對光學(xué)性能的影響，導(dǎo)致輸出同樣光強(qiáng)所需要的LED數(shù)量和功率也有區(qū)別。例如，反光碗光學(xué)結(jié)構(gòu)效率高，而光導(dǎo)效率相對較低。以圖2的前照燈為例，其日間行車燈如果以反光碗的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，LED 數(shù)量多，但單顆LED電流小，整體功率較低；而使用光導(dǎo)設(shè)計(jì)，則LED數(shù)量少，但單顆電流大，整體功率較大。

綜上所述，前照燈的結(jié)構(gòu)布局、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式以及光電需求都會因品牌而異、因車而異。那還能對車燈控制器進(jìn)行平臺化設(shè)計(jì)嗎？該如何進(jìn)行呢？答案是肯定的，但在平臺化設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮各個(gè)方面的影響。

4.4 平臺化車燈控制器思路

4.4.1 單一平臺車燈控制器思路

這是指只設(shè)計(jì)出一個(gè)控制器，具有唯一的結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)，只是在軟件特別是參數(shù)配置上有所區(qū)分。這種思路實(shí)現(xiàn)的難度是很大的。因?yàn)槠囌彰飨到y(tǒng)之間的功能及實(shí)現(xiàn)方法區(qū)別很大，很多區(qū)別無法由軟件來適配彌補(bǔ)。如LED的單通道控制和多通道矩陣式控制這兩種方式，在硬件設(shè)計(jì)上有較大差別。如果強(qiáng)行進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)，必然迫使平臺化的控制器考慮所有的技術(shù)路線和方案，做成“大而全”，從而在尺寸重量、系統(tǒng)可靠性、價(jià)格上，不具備工程化可行性。

4.4.2 多平臺車燈控制器思路。

根據(jù)汽車市場不同車型的價(jià)格區(qū)間分布、前照燈功能選擇及實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展情況，本文做了概括和分類，依據(jù)主要系統(tǒng)功能，提出了表2的平臺化車燈控制器設(shè)計(jì)思路及劃分方法。

依據(jù)該劃分方式所定義的前照燈控制器平臺，可以基本涵蓋目前市場上主流車型的前照燈控制器功能需求，以標(biāo)準(zhǔn)化的有限型號的控制器，適配不同型號汽車前照燈。

4.5 擴(kuò)展思考

汽車前照燈的造型設(shè)計(jì)是一個(gè)藝術(shù)審美與工程可行性結(jié)合的過程，也是一個(gè)兩者不斷碰撞和妥協(xié)的過程，就像概念車轉(zhuǎn)變?yōu)榱慨a(chǎn)車時(shí)情況一樣。在這個(gè)汽車照明系統(tǒng)由“造型設(shè)計(jì)——功能劃分——技術(shù)實(shí)施”的過程中，本文提出以下幾點(diǎn)參考意見。

近光和遠(yuǎn)光：主要提供照明功能，各個(gè)汽車廠家對路面照度（及亮度）的要求要高于造型要求。在控制器平臺化時(shí)，可重點(diǎn)考慮技術(shù)路線，進(jìn)行不同平臺的劃分。

日間行車燈和位置燈：已逐步進(jìn)化為各個(gè)汽車品牌和型號設(shè)計(jì)語言的主要表達(dá)，造型要求為核心訴求，在控制器平臺化時(shí)，須重點(diǎn)考慮不同造型的兼容性及擴(kuò)展性。

轉(zhuǎn)向燈：目前主要技術(shù)路線較為明確，在平臺化設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)難度最低。

機(jī)械調(diào)節(jié)：雖然隨著矩陣式LED 技術(shù)的普及，從燈光光型變化（AFS）、無炫目遠(yuǎn)光（ADB）等使用上，已完全可以由全電子開關(guān)方式實(shí)現(xiàn)。但儀式感、豪華感等照明功能以外的附加訴求的出現(xiàn)，也會在個(gè)別車型上出現(xiàn)回歸傳統(tǒng)的多路機(jī)械調(diào)節(jié)。

對于平臺化以外的個(gè)別需求，推薦不改變標(biāo)準(zhǔn)化、平臺化的車燈控制器，而是將這些個(gè)別需求體現(xiàn)在車燈的其它電子零部件上，如LED PCBA。在功能需求極高的旗艦車型上，推薦由若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的車燈控制器，共同構(gòu)建其控制系統(tǒng)，由分布式控制的架構(gòu)，包絡(luò)出完整照明系統(tǒng)的功能。

5 尾燈及外飾燈控制器

汽車尾燈主要實(shí)現(xiàn)信號燈功能，一般包含位置燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈和后霧燈。而除了前照燈和尾燈以外的其它外飾燈，其功能更加靈活。既可作為位置燈和日間行車燈的一部分，也可以完全作為其它交互及娛樂功能，比如車門打開時(shí)在地面上顯示汽車品牌圖形的“照地?zé)簟薄?/p>

相對于前照燈，傳統(tǒng)的尾燈和外飾燈功率較小，工作狀態(tài)僅為“打開”和“關(guān)閉”兩種狀態(tài)，一般無需專用的控制器。但幾年來隨著全車整體燈光造型逐漸成為各個(gè)汽車品牌彰顯設(shè)計(jì)語言的重要區(qū)域，各種由軟件控制的動(dòng)態(tài)效果尾燈和外飾燈快速成為市場的寵兒。這一造型和功能趨勢立刻使尾燈和外飾燈的電子控制設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，獨(dú)立的控制器變?yōu)橐环N選擇。

參照前照燈的方法，對尾燈和外飾燈的造型/功能梳理如表3。

據(jù)此，本文提出了表4的平臺化車燈控制器設(shè)計(jì)思路及劃分方法。

類似于前照燈，對于尾燈以及外飾燈平臺化以外的個(gè)別需求，推薦不改變標(biāo)準(zhǔn)化、平臺化的車燈控制器，而由若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的車燈控制器靈活搭配，共同構(gòu)建其控制系統(tǒng)。而對于尚處于前期驗(yàn)證階段的新型功能，如RGB LED 以及 Mini LED，尚需進(jìn)一步觀察市場對其的接受度，再行研究控制器的平臺化可行性。

6 結(jié)語

汽車照明系統(tǒng)依托于LED光源的布置靈活性，正快速成為各個(gè)汽車品牌及車型“個(gè)性化”的主要特征和吸引終端消費(fèi)者的“顏值”焦點(diǎn)。不同的造型和功能，對汽車照明控制器的設(shè)計(jì)提出了接近于“專車專用”的要求，非常不利于發(fā)揮電子控制器平臺化設(shè)計(jì)、規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)勢。

本文在對前照燈、尾燈以及外飾燈的結(jié)構(gòu)、造型、功能進(jìn)行深入分析后，提出的平臺分類方法，綜合考慮各種造型和功能搭配，為各個(gè)層次的車型的照明系統(tǒng)提出了平臺化控制器的推薦方案?；诠P者所參與國內(nèi)外不同客戶的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，以該方法所開發(fā)出的平臺化控制器較好滿足了各個(gè)不同前照燈、尾燈及外飾燈項(xiàng)目的技術(shù)需求，也取得了很好的時(shí)間和費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB25991-2010，汽車用LED前照燈，國家市場監(jiān)督管理總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2011-01.

[3]汽車LED燈具發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析，楊培善等，汽車電器.2019（05）.

[4]汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，楊新樺等，清華大學(xué)出版社，2022.02.

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[6]Lighting，The Soul of Car Design，Driving Vision News，Hector Fratty，2015-05.

[7]C.Wilks，B.Kubitza：HD-Headlamp Technologies and Development Process： From simulation to demonstration under real traffic，ISAL 2017.

[8]Dr. Michael Kleinkes，Dr.Wolfgang Pohlmann，Dr. Carsten Wilks：Boost Safety & Styling–New HD-LED Systems for front and rear，ISAL 2019.