车用阅读灯控制方案的研究

李大航， 王艳周， 郑志军， 李运飞， 龚和明

（上汽大众汽车有限公司， 上海 201805）

1 阅读灯简介

近年来， 随着汽车技术的不断革新和进步， 汽车已不仅仅局限于代步工具这一范畴， 它甚至已经成为消费者除了家以外的第2个私密空间， 因此汽车内氛围灯的功能和舒适性也越来越受到消费者的追捧和青睐。 车内阅读灯作为内饰氛围灯的一种灯光功能， 主要安装在驾驶座顶和后座中间顶部， 分别称为前阅读灯和后阅读灯， 为前排区域和后排区域提供充足而舒适的照明。

阅读灯的光源分为两种， 一种是卤素灯泡， 一种是LED。 卤素灯做成的车内阅读灯技术比较成熟， 价格相对较低， 但卤素阅读灯也存在一些缺陷， 比如具有一定的辐射、 容易破裂、 使用寿命短等， 因此卤素阅读灯主要用于一些低端车型上， 图1为某品牌汽车的卤素光源阅读灯。 相较卤素光源的阅读灯， LED光源的阅读灯具有无污染、 无辐射、 照明效果好、 使用寿命长的特点， 一般理论寿命在5万小时以上。 但是， 由于LED光源的阅读灯价格较高， 在国内的普及率相对较低， 目前只有在高端车型或者某车型的高端配置上使用， LED光源的阅读灯如图2所示。

图1 卤素光源的阅读灯

图2 LED光源的阅读灯

2 传统阅读灯的控制方案

前阅读灯的开关按键一般放在前阅读灯面板上， 如图3所示， 实线框内的分别控制左侧和右侧前阅读灯的FRONT 按键， 其控制逻辑比较简单。 对于后阅读灯， 一是为了驾驶员行车安全和操作方便， 前阅读灯面板中会增加一个可以控制后阅读灯亮灭的REAR按键， 如图3中左侧虚线框所示按键， 方便驾驶员对后阅读灯的控制； 与此同时， 后排乘员也需要对后阅读灯进行控制， 因此在后阅读灯面板上又需要一个独立的Local开关按键， 来控制后阅读灯的亮灭， 如图4中虚线框所示按键。 这就意味着一个后阅读灯同时需要两个不同区域的开关按键来控制。 此外，在前阅读灯面板上一般还需要放置一个All 的开关按键，All按键可以同时控制前阅读灯和后阅读灯的亮灭， 方便驾驶员对前后阅读灯的控制。

图3 前阅读灯

图4 后阅读灯

通过对市面上已经量产的阅读灯亮灭逻辑进行研究，我们发现， 控制前阅读灯的FRONT开关按键和同时控制前后阅读灯的All开关按键， 其控制逻辑比较简单直观， 即按下左侧FRONT按键， 左侧前阅读灯亮； 按下右侧FRONT按键， 右侧前阅读灯亮； 按下All按键， 前后阅读灯同时亮。但是， 由于后阅读灯同时受到两个区域的开关按键 （位于前阅读灯面板上REAR按键和位于后阅读灯面板上的Local按键） 控制， 它的控制逻辑相对比较复杂， 表1列出了目前市面上存在较广泛的后阅读灯的控制逻辑。 从表1可以看出， 只有当REAR开关按键和Local开关按键同时关闭时，后阅读灯才会熄灭， 只要REAR开关按键和Local开关按键至少有一个打开时， 后阅读灯都会是亮的状态。

表1 常见后阅读灯控制逻辑

综上所述， 我们可以设计出如图5所示的电路示意图。

图5 前后阅读灯控制电路示意图

从图5中可以看出， 前阅读灯面板上共有3个开关， 分别为控制前阅读灯的FRONT开关、 控制后阅读灯的REAR开关和同时控制前后阅读灯的All开关； 后阅读灯面板上只有一个控制后阅读灯的Local开关。 我们可以通过控制不同开关的通断来实现前后阅读灯的亮灭， 具体如下。

1） 当FRONT开关闭合后， 前阅读灯将会被点亮， 其电流回路如图6所示。

图6 前阅读灯点亮的示意图

2） 当All开关闭合后， 前后阅读灯将会同时被点亮，其电流回路如图7所示。 此时FRONT开关和REAR开关将会失效， 无法对前阅读灯和后阅读灯进行控制。

图7 前后阅读灯同时点亮的示意图

3） 当REAR开关闭合后， 后阅读灯将会被点亮， 其电流回路如图8所示。 此时， 后阅读灯面板上的Local开关将失效， 后排乘客将无法通过Local按键来控制后阅读灯的亮灭。

图8 REAR按键点亮后阅读灯的示意图

4） 当Local开关闭合后， 后阅读灯将会被点亮， 其电流回路如图9所示。 此时前阅读灯面板上的REAR开关将失效， 驾驶员和前排乘客将无法通过REAR按键来控制前阅读灯的亮灭。

图9 Local按键点亮后阅读灯的示意图

由此可见， 当前的阅读灯控制逻辑并不完美， 尤其是在后阅读灯的控制方面， 给乘客和驾驶员带来了很多困扰，引起了较大抱怨。

3 带LIN阅读灯控制方案

为了解决传统阅读灯控制带来的问题， 本文提出了一种带LIN的阅读灯控制方案， 其电路示意图如图10所示。

图10 带LIN阅读灯控制电路示意图

与传统的阅读灯控制方案相比， 该方案需在前后阅读灯中分别增加一个单片机MCU和LIN收发器芯片。 通过MCU的I/O口实时监测前后阅读灯各个开关按键的状态， 根据各个按键的实际情况， 控制MOSFET开关管T1/T2的通断， 实现阅读灯的亮灭控制。 同时， FRONT和Local按键需要改为push-push按键。 带LIN阅读灯具体的实现方式如下。

1） 当按一下FRONT按键， MCU1就会通过I/O接收到一次触发信号， 经过内部处理， 一方面， MUC1会发送指令让T1导通， 形成从Power、 前阅读灯光源、 MOSFET T1到GND的回路， 使前阅读灯点亮； 另一方面， MCU1还会将FRONT的 触 发 信 号 通 过LIN 收 发 器1、 LIN 收 发 器2 告 诉MCU2，MUC2发送指令让MOSFET T2保持断开状态， 即保持后阅读灯光源关闭。 此时， 只有前阅读灯点亮， 如图11所示。

图11 前阅读灯点亮示意图

2） 当All开关闭合， MCU1接收到All闭合的信号后， 会给T1发送导通的命令， 同时也会通过2个LIN收发器将All开关闭合的信号发送个MCU2， MCU2经过处理后会将T2导通，从而使前后阅读灯同时点亮， 如图12所示。 此时， 如果按压一下FRONT或者Local按键， MCU1或者MCU2就会接收到对应的触发信号， 从而命令MOSFET T1或者T2断开， 使对应的前阅读灯或者后阅读灯熄灭。 这样就解决了传统控制方案中当All闭合后FRONT或者Local开关无效的问题。

图12 前后阅读灯同时点亮示意图

3） 当REAR开关闭合， MCU1接收到REAR闭合的信号后， 会给T1发送断开的命令， 同时也会通过两个LIN收发器将REAR开关闭合的信号发送给MCU2， MCU2经过处理后会将T2导通， 从而将后阅读灯点亮， 如图13所示。 此时， 如果后排乘客想要关闭后阅读灯， 可以通过Local按键， 当MCU2收到Local按键的触发信号后， 会改变T2的开关状态，从而达到后排乘客也能随时控制后阅读灯的目的， 解决了传统控制方案中当REAR闭合后Local开关无效的问题。

图13 REAR点亮后阅读灯示意图

4） 当按一下Local按键， MCU2就会通过I/O接收到一次触发信号， 经过内部处理， 一方面， MUC2会发送指令让T2闭合， 使后阅读灯点亮； 另一方面， MCU2还会将Local的触发信号通过LIN收发器2、 LIN收发器1告诉MCU1， MUC1发送指令让MOSFET T1保持打开状态， 即保持前阅读灯光源关闭。 此时， 只有后阅读灯点亮， 如图14所示。

图14 Local点亮后阅读灯示意图

由此可见， 带LIN的阅读灯控制方案可以很好地解决传统阅读灯控制方案在特定状况下某些开关按键失效的问题，给驾驶员和乘客带来了一种比较舒适的感受。 但是由于单片机MCU和LIN收发器的价格较高， 这势必会造成整车成本的增加。

4 阅读灯智能联控方案

考虑到整车开发的成本问题， 在LIN控制方案的基础上进一步优化， 提出了一种阅读灯智能联控方案， 其电路示意图如图15所示。

图15 阅读灯智能联控方案

与LIN阅读灯控制方案相比， 该方案只需要一个单片机MCU， 不需要LIN收发器， 大大降低了整车的成本。 与传统的阅读灯控制方案相比， 该方案很好地解决了部分开关按键失效的问题。 该方案具体的实现方式如下。

1） 当按一下FRONT按键， MCU就会通过I/O接收到一次触发信号， 经过内部处理后， MUC会发送指令让T1导通，同时发指令让T2断开， 这样只有前阅读灯会被点亮， 如图16所示。

图16 前阅读灯点亮示意图

2） 当All开关闭合， MCU接收到All闭合的信号后， 会同时给T1和T2发送导通的命令， 从而使前后阅读灯同时点亮， 如图17所示。 此时， 如果按压一下FRONT或者Local按键， MCU就会接收到对应的触发信号， 从而命令T1或者T2断开， 使对应的前阅读灯或者后阅读灯熄灭。 这样就解决了传统控制方案中当All闭合后FRONT或者Local开关无效的问题。

图17 前后阅读灯同时点亮示意图

3） 当REAR开关闭合， MCU接收到REAR闭合的信号后， 将会把T1断开， 同时将T2导通， 从而将后阅读灯点亮，如图18所示。 此时， 如果后排乘客想要关闭后阅读灯， 可以通过Local按键， 当MCU收到Local按键的触发信号后， 会改变T2的开关状态， 从而达到后排乘客也能随时控制后阅读灯的目的， 解决了传统控制方案中当REAR闭合后Local开关无效的问题。

图18 REAR点亮后阅读灯示意图

4） 当按一下Local按键， MCU就会通过I/O接收到一次触发信号， 经过内部处理， MUC会将T1断开并将T2导通，使后阅读灯点亮， 如图19所示。

图19 Local点亮后阅读灯示意图

在阅读灯智能联控方案中， 单片机MCU 在接收到不同的信号时，需要做出不同的响应，发出不同的指令， 这就要求单片机MCU 中需要有一个信号处理的机制和算法， 图20 是REAR开关控制后阅读灯的流程图。

图20 REAR开关控制后阅读灯的流程图

5 总结和展望

本文通过对传统阅读灯控制和带LIN阅读灯控制方案的分析和研究， 并结合当前阅读灯实际的逻辑需求， 设计了一种低成本的阅读灯联控方案， 在逻辑和逻辑控制上有很大的优势， 并在某些品牌的车辆上得到了广泛应用。 当然， 本文仅对阅读灯的控制进行了介绍， 随着汽车灯光系统的不断革新和进步， 各式各样的灯光功能将层出不穷， 这就需要大家共同努力， 为灯光系统的发展贡献自己的一份力量。