汽车自动大灯控制模块的设计

舒望

（湖南汽车工程职业学院，湖南株洲412001）

0 引 言

目前，在汽车上应用的大灯控制电路主要有两种方式：1）手动控制方式。这种控制方式是驾驶员通过操作灯光控制开关对汽车灯光进行控制。2）自动控制方式。这种控制方式是在控制电路中加入一个光敏元件，通过光敏元件来感知外界光线的强度，再根据光线的强度控制前照灯的打开与关闭。第二种自动控制的方式具有自动化程度高、使用方便的特点，目前主要应用于高档车型或者高配置车型上，且有取代手动控制方式的趋势。但目前应用在汽车上的自动控制方式，其根据外界光线强度控制前照灯的打开与关闭的控制点在汽车出厂前就已经设定好，驾驶员无法更改，由于驾驶员视力等原因对环境光线明暗的界定是有一定差别的，这样就会导致开灯的时刻有时无法满足驾驶员的需求。另外，现有的汽车前照灯控制电路只能对汽车灯光的打开与关闭进行控制，无法对光照强度进行调节，当汽车行驶在不同的环境时，往往对光照强度的需要是不一样的。因此，需要对现有汽车前照灯灯光控制电路进行改进，设计一种自动灯光控制模块，可根据驾驶员的意图而设置和任意调节前照灯光照强度的电路。

1 自动大灯控制模块基本原理

本文设计一种可根据驾驶员意图而设置自动开关灯控制点、可任意调节前照灯灯光强度的汽车大灯控制电路，其电路结构如图1 所示。

自动大灯控制模块由电源电路、CAN 通信电路、光敏电路、主控制器电路组成。电源电路外接汽车蓄电池，将12 V 的直流电压转换成各模块所需的直流电压，光敏电路感知环境光线的强度，将光强转换成对应模拟电压，经过主控制器的模数转换电路转换成数字信号并提供给主控制器，主控制器接受到当前环境光强度信息后，判断是否需要打开汽车大灯，通过与汽车的OBD 诊断端口相连的CAN 通信电路，将大灯控制请求发送给汽车车身控制模块，由控制模块对大灯进行控制，从而实现自动大灯控制的功能。

2 控制模块的电路设计

大灯控制模块的电路设计主要包括电源电路、CAN通信电路、光敏电路、模数转换电路、主控制器电路的设计，其电路原理图如图2 所示。

2.1 光敏电路

在图2 所示的控制模块电路中，光敏电路主要作用是实现环境光强的检测，将光强转换成不同电压的模拟信号，传感器选用光敏电阻GL3516，该光敏电阻具有感光效果好、成本低的特点，亮电阻为5～10 kΩ，暗电阻为600 kΩ。在进行实车安装时，光敏电阻通过导线与控制模块的J2 相连，最佳的安装位置在仪表台前挡风玻璃靠近A 柱处，此处能直接感应汽车外界的环境光强。

图2 自动大灯控制模块电路原理图

电路实现光强到模拟电压转换的原理是：精密稳压电源TL431 和外围器件构成恒流源，选择合适的电阻值将恒流源设定在10 μA，由于参数偏差无法达到标准的10 μA，可通过调节电位器Rw2 实现。当环境光比较亮时光敏电阻的阻值为5 kΩ，在恒流源的激励下会在电阻两端产生0.5 V 的电压，当环境光比较暗时光敏电阻的阻值为600 kΩ，在恒流源的激励下会在电阻两端产生6 V的电压，因此本电路的光敏电路会根据环境光强的不同，输出0.5～6.0 V 的直流电压，电压值与环境光强度成反比[1-4]。

2.2 CAN通信电路

如图2 所示，CAN 通信电路采用恩智浦半导体的CAN 收发器TJA1050，该收发器具有外围电路简单、易于控制的特点，收发器通过UART 端口与主控制器相连，CAN 输出端口外接120 Ω 的总线匹配电阻，与汽车的舒适与安全系统的CAN 总线相连，该电路的CANH 和CANL 分别与OBD 插头的第6 和14 脚相连，OBD 插头与汽车的OBD 诊断座连接后，即可实现控制模块与汽车车身控制器之间的通信。

2.3 主控制器电路

主控制器选用AVR 的单片机Atiny40，AVR 的单片机具有性能稳定、工作寿命长的特点，Atiny40 属于工业级8 位微型单片机，拥有4 kB 的Flash 存储器、256 B 的片内SRAM、8 位PWM、10 位AD 等丰富的硬件资源，可用于性价比要求非常高的场合。本设计中单片机的AD转换通道7 与光敏电路的模拟输出电压相连，由单片机集成的AD 转换将输入的0.5～6.0 V 模拟电压转换成数字信号，即可实现光强度到数字信号的转换[5]。

单片机PA0 和PA1 相连的两个按键S1 和S2，可以根据用户的需求完成自动大灯光强控制阈值的调节。单片机PA2 端口连接的开关S3 是工作模式切换开关，当开关闭合后控制模块处于自动控制模式，由控制模块根据光敏电阻反馈的光强等级，对大灯进行自动控制。当开关S3 断开后，处于手动工作模式，通过汽车原有的控制开关由驾驶员对大灯进行控制。单片机还与CAN 总线驱动器的UART 端口相连。

3 控制模块的程序设计

自动大灯控制模块的单片机在电路中主要实现AD 转换、CAN 通信控制、自动控制逻辑等功能，其主程序流程如图3 所示。单片机上电后完成端口、AD 转换、CAN 通信等配置，读取按键状态获取用户的阈值设置意图，并存入SRAM 中，如用户无需修改阈值则从SRAM 中读出自动灯光环境光强阈值设置值。启动AD 转换获取当前光强，将光强和阈值进行比较后得到大灯的控制需求，通过CAN 接口向车身控制模块发出大灯控制请求，即可实现大灯的自动控制。

图3 主控流程图

4 结 论

汽车自动大灯功能可根据环境光强的变化，对汽车大灯实现自动控制，在汽车进入隧道、地下车库等场景下有很好的用户体验。但一些车型或者低配置车型受限于成本，并没有配置这一功能，配置这个功能的车型的大灯开启阈值也无法自由调节。为了解决上述问题，本文设计了一种具有光强阈值自由设置、通过汽车OBD 诊断接口连接的汽车自动大灯控制模块，对某些车型的舒适性进行改造和升级，能有效地提升用户的驾驶感受和舒适性。控制模块具有操作简单、无损连接的特点，具有一定的应用和推广价值。