汽車LED點陣燈驅動系統的設計

謝建毅

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汽車LED點陣燈驅動系統的設計

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，旨在通過增加汽車的主動安全性能去改善汽車的夜間的照明情況，從而達到減少夜間因照明問題引發的交通事故。根據汽車對夜間照明的要求，設計了點陣式LED車燈的驅動系統并合理的裝配了硬件設備。根據汽車LED驅動系統應具備的功能，設計了驅動系統程序的數據處理方式。

汽車LED前照燈；驅動系統；安全照明

引言

中國汽車銷售量已經連續九年蟬聯世界第一，并且汽車銷量增速高于市場預期，預測中國汽車的保有量將在2019年超越美國，成世界汽車保有量第一大國。隨著中國經濟的繼續快速發展，中國的汽車夜間行駛頻率也大幅提高，據統計，汽車在光線不足的晚上行駛里程占其整個行駛里程的 25%，然而，在這種行駛環境下所發生的交通事故占到整個交通事故總數的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[1]。因此對汽車照明系統的提高提出迫切的要求。

1 汽車LED點陣燈的功能介紹

現今，在中高檔汽車裝配機械式汽車主動照明系統ADB（Adaptive Driving Beam）。機械式ADB大燈可以在汽車在夜間行駛時，可根據汽車行駛車速以及汽車的行駛環境去改變車燈照射的方向、范圍、距離等，用來滿足駕駛員對于夜間照明的要求。但是上述的主動照明系統存在著機械結構復雜、光能轉化率不高、主動響應遲滯、造價高昂、散熱困難等缺點，限制了主動照明系統的發展以及大批量的推廣應用。

汽車LED點陣燈可根據裝配在車輛上的傳感器以及識別系統來判斷周圍行駛車輛或行人的實時位置，及時的熄滅照向前方車輛或行人區域的燈泡，從而避免了對向駕駛員或行人產生炫目的情況；在彎道行駛時，車燈驅動系統調整車燈的照明區域掃除彎道照明盲區；前方有障礙物時，增強該部分照明區域的燈光；根據行駛車速和行駛環境自動切換遠近光等。同時相比于傳統的自適應照明系統，LED點陣燈結構簡單、造價低廉、光能轉化率高、節能環保、反應迅捷等優點。綜合性能遠遠高于前者，適合大規模生產和推廣，具有較高的商業價值。

2 汽車LED點陣燈驅動系統的結構設計和硬件選擇

為了設計出一套完整實用的車燈照明系統，無論是車燈的軟件還是硬件都應該被納入考量中。硬件方面需要由各種傳感器來獲取車身以及汽車周圍的數據和信息。例如，車身高度傳感器、車速傳感器、方向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器以及毫米波雷達和道路識別攝像頭[2]。傳感器獲取的信息輸送至信息處理系統，ECU處理信息后給執行機構即LED車燈輸出執行命令。

圖1 驅動系統的結構設計圖

車身各部分傳感器將自身測得車身狀態信息傳輸至CAN總線，同時ECU接收來自于道路識別攝像頭的道路信息和毫米波雷達對附近車輛距離信息，通過CAN總線接口輸送到控制芯片，控制芯片經過邏輯運算后輸出驅動電平到驅動芯片，驅動芯片用來控制點陣式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驅動電路圖

電控式執行機構不需要連桿齒輪等機構來進行傳輸動力，只需要驅動電路的驅動執行即可。因此執行機構除需要可以準確控制車燈模塊運轉的LED驅動電路。照明系統選擇了XC9401系列作為LED照明電路的控制器，每個LED驅動控制電路控制5個LED燈泡，該電路可以根據CPU傳遞過來的信息改變該電路的控制電流，改變LED燈泡的明暗程度[3]。

在電控系統中控制芯片CPU是整個系統的大腦，也是所有指令發起點，因此CPU的選擇就顯得尤為重要。CPU既要接收來自各傳感器測量的信息，也需要將接收來的數據信息進行邏輯運算，運算的程序是由編程人員事先完成的。經過邏輯運算的結果，CPU通過給執行器輸出電平的方式來驅動。該系統選擇飛思卡爾公司推出的單片機中的一款增強型單片機MC9S12XS128（簡稱為XS128），XS128單片機在汽車控制領域、工業控制領域、中高檔電子產品的應用領域有著極大的應用范圍[4]。XS128單片機具有位數（8位、10位、12位）可選精度；8通道PWM驅動器；高速CAN總線傳播通道[5]。該控制芯片可以滿足本次設計的驅動系統的要求。

圖3 XS128芯片引腳圖

3 控制系統程序的設計

車燈執行命令的依據是根據車身各部傳感器獲取的信息以及道路感知信息，但是測量的數據較多，數據的處理總有先后順序和重要的優先級。并且照明系統以后的專業化編程也需要大體的程序設計流程的指導。

圖4 系統的主程序流程圖

點陣式LED驅動系統的主程序主要由下列幾個模塊組成，系統初始化模塊是一個完整的系統必須具備的；系統的軟硬件是否可以正常執行指令需要故障檢測模塊來執行；照明區域計算模塊用來判斷下一時刻的照明區域；照明區域控制模塊用來執行上層指令[6]。下文將著重的介紹系統的照明區域計算模塊。

點陣式LED驅動系統的主控制程序的大體框圖如圖3-12所示，汽車啟動電源接通照明系統后，需要對系統的初始數據進行重置并且將各寄存器清零、復位等，同時初始化驅動系統的硬件和軟件[7]。

4 總結

本文提出了點陣式LED驅動系統設計理念以及具體的操作步驟，依據汽車在夜間實際情況下的照明需求設計了上述驅動系統的結構和指令。結合電路的運行方式，較為詳細的介紹了車燈模塊的運行方式，但是考慮到篇幅以及本文作者知識的局限性，目前只有能力做出一個較為簡易的版本，但是也足以去說明點陣式LED驅動系統的優越性能。

希望本文可以對點陣式LED驅動系統的發展有著積極的促進作用，可以讓LED自適應前照燈應用到更多的汽車上，真正的做到科技為人服務的目的，為汽車行業的發展和減少行車事故做出貢獻。

[1] 鄭志軍.智能前照燈系統的發展[J].中國照明電器, 2006,（6）: 8～11.

[2] 李良壽.汽車傳感器的技術分析[J].儀表技術與傳感器.2006(04): 65～67.

[3] Denso Corporation（JP）. Head Light Device for Vehicle[P]. United States: US 7500769 B2, 2009. 03. 10:132～142.

[4] 戎輝,龔進峰,曹健.自適應前照燈運動學建模及系統開發[J].汽車工程,2008,30（12）:1079-1082.

[5] 賈培峰.汽車自適應前照燈照明系統的仿真及控制研究[D].長安大學.2012:25～30.

[6] 胡品超.基于單片機的汽車智能前照燈系統的研發[D].武漢理工大學.2011:23～27.

[7] 卜偉理.AFS（前照燈自適應）系統相關法規的研究分析[D].上海交通大學.2009: 13～20.

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

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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