汽车智能化移动视觉灯光控制系统方案设计

黄常清　张彬　万国义

摘 要：随着物质生活水平的提高，消费者对汽车的要求不再是基本的功能需求，而是要求汽车更加智能化、更加的富有科技感和创造性。因此汽车灯具必须具备更具智能化和科技感，本研究提出了一种智能化高、集成度高汽车智能化移动视觉灯光控制系统，并对该移动视觉灯光控制系统的关键元器件的参数、芯片选型、硬件架构、技术方案进行优化设计和研究。该项研究在汽车智能化移动视觉灯光领域具有提升用户的体验感和整车智能化的重要意义，更增加了人、车、环境交流沟通的窗口。

关键词：移动视觉灯光 控制系统 智能化 硬件架构

Design of Automobile Intelligent Mobile Visual Lighting Control System

Huang ChangQing，Zhang Bin，Wan Guoyi

Abstract：With the improvement of material living standards， the requirements of consumers for cars were no longer basic functional needs. But requirements for cars to be more intelligent， more scientific and creative are becoming urgent. Therefore， automobile lamps must have a more intelligent and technological sense. This study proposed a highly intelligent and highly integrated automobile intelligent mobile visual lighting control system， and the parameters， chip selection， hardware architecture and technical scheme of the key components of the mobile visual lighting control system were optimized and researched. This research had a great significance in the field of automobile intelligent mobile visual lighting to improve users' sense of experience and vehicle intelligence， and to increase the communication window of people， vehicles， and environment.

Key words：moving vision light， control system， intelligence， hardware architecture

1 引言

随着汽车行业技术的发展，以及社会发展及生活水平的提高，传统的只能简单点亮或关闭的LED大灯已经无法满足消费者的要求。消费者对汽车灯具的要求由原来的只需满足基本的法规要求转变为要求汽车灯具可根据不同的场景可实现迎宾、音乐律动、充电指示、游戏互动、个性定制等功能。因此汽车灯具必须具备可为用户提供灯光控制编程接口，从而可使得汽车灯具在拥有照明、美观效果的同时，更增加了人、车、环境交流沟通的窗口。

然而目前的汽车灯具开闭方式单一，仅通过各功能开关硬线完成对应功能开闭，无法带给驾乘人员较好的体验感，同时整车缺乏科技感和创新性。因此，可提供音乐律动、游戏互动，用户可进行编程接口的智能化移动视觉灯光的研究已迫在眉睫。金平等[1]，提出了一种新型的乘用车解锁时后尾灯律动灯光控制方法，指出通过该技术方案可以有效提高整车的科技感。研究表明，通过BCM提供硬线解锁闭锁信号可以按照预先设定好的点亮时序、点亮形式进行解锁闭锁律动，但不能进行在线更新、升级。目前鮮有学者对智能移动视觉灯光进行研究，因此对于智能移动视觉灯光的研究尤为重要。

本文针对移动视觉灯光的硬件架构和控制原理进行研究。

2 汽车智能化移动视觉灯光控制系统方案

2.1 车灯与整车控制逻辑、通讯架构

车灯与整车控制逻辑、通讯架构主要包括控制系统主要由APP、车机、律动灯光控制器、车身控制器、灯具六部分组成。其中车机通过解析芯片将解析好的音频信息通过CAN总线发送灯光点亮代码控制外部灯具按照音乐节奏来点亮和关闭，由车机解析音乐和开启律动灯光，灯光控制器与车机直接通过CAN总线通信，提高了传输效率，避免灯光与音乐的不匹配，可以更好的实现音乐和灯光秀的节奏感一致性，提高律动灯光的效果。BCM控制灯光迎宾功能的开启和且通过BCM来给灯具供电，避免灯具直接与电池相连，解决整车馈电的问题和节约了能源。 BCM通过判断车辆的速度和档位状态控制灯光来开启律动灯光或实现灯具按照法规要求来正常点亮，可以保证灯光秀的开启均在车辆静止的状态，避免灯光秀的开启不满足法规的问题，BCM同时接收开关信息，保证法规要求的灯光的整车开启。如图1所示。

2.2 智能移动视觉灯光系统架构

智能移动视觉灯光通过CAN总线与车机进行通信，接收车机发送给律动灯光控制器的灯光点亮代码，并将点亮代码发送给单片机，再由单片机来控制多通道矩阵式芯片来控制车灯每个功能的点亮。可以实时记录故障，提高了传输效率，避免灯光与音乐的不匹配，可以更好的实现音乐和灯光秀的节奏感一致性，提高律动灯光的效果。智能车灯系统架构见图2所示。

2.3 控制逻辑时序图

按钥匙解锁或用户通过APP远程解锁时，整车通过CAN总线将解锁信号、整车车速、档位状态、灯光的开关状态发给车机系统，车机系统判断整车满足解锁迎宾状态的情况下，车机系统通过整车CAN网络发送闭锁信号给灯具内部电路，灯具内部电路接收到并识别为律动灯光信号后，开始执行解锁灯光律动功能，如灯具内部电路接收到低电平信号，则停止解锁迎宾律动。

3 方案设计及工作原理

3.1 硬件设计原理图

本文设计的汽车智能化移动视觉灯光控制系统包括单片机控制模块、D-DC升降压电源模块、CAN总线通讯模块、LED矩阵驱动模块四个模块组成。图4为该控制系统的主要控制原理图，其中MCU采用芯旺微的KF32A156，其具有2个CAN通信模块、4个SPI总线模块，4个I2C总线模块。主频为120MHZ，FLASH容量为512K，64KB的RAM。

矩阵式LED驱动芯片的选择需要综合考虑LED的驱动电压、驱动电流、LED的颗数及智能移动视觉灯光系统的总功率。智能移动视觉灯光通过控制转向灯/位置灯LED的亮灭进行音乐律动、游戏互动、动态迎宾，位置灯采用72颗0.5WLED，转向灯采用24颗0.5WLED，每颗LED电流为80mA，驱动电压为3V，总功率为18W，因此矩阵芯片选择MPS的MPQ7225，其具有16路通道LED驱动器，每通道200mA，每通道具备12位脉宽调制调光，可与控制器局部网（CAN）收发器兼容，可选PWM调光频率。

CAN总线通讯芯片采用芯力特的SIT1042Q，其用于汽车零部件等产品上，可支持5MbpsCAN FD灵活数据速率。SIT1042Q具有高电磁干扰能力，支持选择高速模式和待机模式两种状态。

汽车LED灯具的电源线最少选用 600W（10/1000μs 标准波 ）以上的TVS管，CAN或者LIN通讯线最少选用300W（8/20 μs 落雷波）以上的TVS管，寿命＞10年，工作温度范围为-45℃到125℃。本研究采用的TVS为SMBJ30CA。TVS管选型参考公式（1）至（4）进行。

VRMW=1.2 X VC-max （1）

VBR=VRWM/0.85 （2）

VCmax=1.3 X VBR （3）

Pact=Vc×Iact×Δ （4）

式中：VRMW为最大反向工作电压，VBR为反向截止电压，VCmax为最大箝位电压，Pact为最大瞬态浪涌电压。

4 律动效果

4.1 移动视觉灯光功能示意

本研究的汽车移动视觉灯光功能示意图如图4所示。位置灯共72颗LED，每2颗一组，共36组，为L1-L18，R1-R18；转向灯共24颗LED，每2颗一组，共12组，为L19-L24，R19-R24。

4.2 移动视觉灯光效果

图5、图6为移动视觉灯光的音乐律动效果图案的示例图。用户可以在汽车车机系统或手机APP中选择预存的移动视觉灯光效果团，本研究中默认的移动视觉灯光迎宾效果为图4，如当用户在汽车车机或手机APP上的移动视觉灯光图案库中选择了图6为移动灯光视觉效果时，图6替换图5为当前的移动视觉灯光效果。

图5、图6中若干空格表示转向灯或位置灯的LED（Light-emitting Diode 发光二极管）点阵，横坐标为时刻，其中，图的上半部分为左侧的转向灯或位置灯，下半部分为右侧的转向灯或位置灯，在图最左侧标注了左侧的转向灯或位置灯LED序号，在图最右侧标注了右侧的转向灯或位置灯LED序号。绿色区域表示LED点阵中该颗LED为高电平，此时该组LED点亮，白色为低电平，此时该组LED熄灭。图5中从外到里依次点亮L1-L8、L19-L24 LED和R1-R8、R19-R24 LED，点亮完后该组LED保持点亮；然后从里到外点亮L1-L8、L19-L24 LED和R1-R8、R19-R24 LED，点亮完后该组LED保持点亮。图6中从外到里依次点亮L1-L8、L19-L24 LED和R1-R8、R19-R24 LED，点亮完后该组LED保持点亮；然后从里到外点亮L1-L8、L19-L24 LED和R1-R8、R19-R24 LED，点亮完后该组LED保持點亮。

5 结语

本文介绍了一种移动视觉灯光控制系统，并对该控制系统的芯片选型、系统架构、硬件方案进行了优化设计。通过该移动视觉灯光控制系统可以实现音乐律动、游戏互动、动态迎宾等效果。同时该研究对CAN总线控制模块、MUC控制模块、LED驱动控制模块进行了优化设计。

参考文献：

[1]金平，马良，李志刚，滕云鹏，孙睿，盛红金，贾梦池.一种新型乘用车解闭锁时后尾灯律动灯光控制方法[J].汽车电器，2020（03）：24-26-31.