汽車前照燈閃爍問題分析及設計優化

汪 攀， 陶至奎， 李曉剛

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司， 湖北武漢 430200）

汽車前照燈位于車輛的前部， 現代前照燈一般采用組合式前照燈， 包含有近光燈、 遠光燈、 駐車燈以及日間行車燈4種功能。 汽車前照燈對于整車安全有著重要的意義，本文對某車型項目階段汽車前照燈閃爍問題進行原因分析，并提出解決方案， 最終驗證結果。

1 故障現象

一輛常規試驗車在冷車起動后在昏暗環境檢查前照燈拐點時， 轉動前照燈開關， 從Auto擋轉至OFF擋時， 前照燈光導條閃亮后熄滅， 車輛保持點火狀態， 多次嘗試該操作后， 現象消失。

2 日間行車燈/駐車燈工作原理

2.1 功能介紹

某項目車汽車前照燈的示意圖見圖1， 1 為近光燈和遠光燈， 通過調節燈光的角度實現近光燈和遠光燈的切換， 2為駐車燈和日間行車燈，為一條LED的光導條， 通過控制光導條不同的亮度實現不同的功能， 其中日間行車燈比駐車燈更亮。 日間行車燈的功能是幫助對向車輛更好地識別到車輛， 避免交通事故的產生， 會在車輛起動后行駛時打開， 無法進行手動關閉； 駐車燈的功能主要是停車時， 標明車輛的具體位置， 方便人員在夜間或者燈光較暗的環境下盡快找到車輛。

圖1 前照燈示意圖

通過前照燈開關可以實現對上述燈光功能的控制， 圖2為某車型燈光開關， 共有4個擋位， 分別為OFF擋、 Auto擋、Position擋和LB擋。 當把開關打至OFF擋時， 除日間行車燈外， 所有燈光均會關閉 （根據2019 年12 月17 號發布的GB4785-2019 《汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規定》， 當車速低于10km/h時， 日間行駛燈允許手動關閉，在此情況下若車速高于10km/h或車輛已行駛超過100m且保持行駛狀態時， 日間行駛燈應自動開啟直至再次關閉）； 打至Auto擋時， 前照燈將根據外部環境打開對應的燈光， 一般會區分為白天模式和夜晚模式， 夜間模式時， 駐車燈會自動打開； 打至Position擋時， 將手動打開駐車燈； 打至LB擋時， 手動打開近光燈。

圖2 前照燈開關功能圖

2.2 工作原理

汽車前照燈受車身控制模塊 （Body control module） 控制， 控制邏輯見圖3， 車身控制模塊接收整車陽光傳感器（Solar sensor） 的白天/夜晚信號和前照燈組合開關 （Multifunction switch） 的擋位信號， 通過以上信號的匯總分析，車身控制模塊判斷此時前照燈的具體功能。 由于該車型日間行車燈和駐車燈復用， 當車身控制模塊判斷此時應亮日間行車燈時， 只會輸出一路DRL信號， 前照燈亮日間行車燈， 亮度為100%； 當車身控制模塊判斷亮駐車燈時， 會輸出兩路信號： DRL信號和PARK信號， 前照燈將亮駐車燈，此時的亮度受整車背光的影響， 背光變化控制車身控制模塊的PARK信號輸出。

圖3 日間行車燈/駐車燈控制示意圖

3 故障分析

3.1 原因猜想

缺陷發生時， 前照燈開關處于Auto擋， 外部光線較暗，處于夜間模式， 前照燈開啟駐車燈， 此時關閉前照燈， 正常情況下駐車燈將直接關閉， 但缺陷車前照燈閃爍后關閉。分析閃爍可能的原因有： ①前照燈LED燈帶異常， 燈帶熄滅過程中閃爍； ②LED燈帶輸入電壓異常， 存在短暫的高電壓輸出； ③車身控制模塊控制信號異常， 模塊判斷的燈光信號由亮到滅的過程中存在錯誤判斷。

3.2 問題復現

根據缺陷工況的描述， 當時駕駛員僅進行了啟動操作，未進行其他操作， 復現工況將圍繞啟動展開。 由于缺陷消失是隨著前照燈開關操作及車輛怠速， 我們懷疑與車輛整車電壓及開關操作有關。 綜合上述分析， 我們設計了如下3種復現工況： ①車輛靜置30min， 冷車起動后， 在車輛靜止狀態， 開關前照燈開關20次， 確認前照燈是否閃爍； ②非冷起狀態 （車輛未靜置， 每次車輛整車休眠完成后就重新起動）， 起動車輛， 車輛靜止狀態， 開關前照燈開關20次，確認前照燈是否閃爍； ③車輛ON擋， 開啟各種用電器 （如前照燈近光燈/霧燈、 空調等） 10min， 使得整車電壓降低，待整車休眠后， 再起動車輛， 開關前照燈開關20次， 確認前照燈是否閃爍。

對于以上3種復現的工況， 為了排除車輛以及環境的影響， 我們在昏暗環境對缺陷車上分別復現以上3 種工況。 通過一段時間的復現， 3種工況下的復現次數及頻次記錄見表1。

表1 不同工況復現結果

從復現的結果來看， 對比3種工況下的復現結果， 可以看出， 整車電壓與該問題的關系極大， 車輛的起動工況不確定是否與該問題強相關。

3.3 數據分析驗證

通過上述原因的猜想和復現工況的發現， 我們需要錄取整車的CAN數據和前照燈端的輸入電壓以及整車電壓，使用SPY3連接整車診斷口， 同時用示波器同時錄取前照燈輸入端的PARK和DRL的信號電壓， 按照工況3的方式復現錄取數據。

錄取缺陷發生時的總線數據見圖4， 圖4中紅色線為前照燈開關信號， 表示前照燈的當前擋位， 藍色線為駐車燈信號。 如圖4所示， 當前照燈開關信號由AUTO變為OFF時，駐車燈信號由true變為false， 模塊判斷的駐車燈信號隨著開關信號同步變化， 在同一個開關信號變化過程中 （由AUTO到OFF過程）， 不存在短暫的燈光信號由亮變暗再變亮最后變暗的現象， 從以上數據分析， 猜想3可以排除， 不是車身控制模塊控制信號的問題。

圖4 駐車燈與開關CAN總線信號圖

通過示波器錄取的缺陷狀態時前照燈側的輸入信號如圖5所示， 圖5中PARK信號和DRL信號不同步， 在某一時刻存在292ms的延遲， PRAK信息已經停止輸出， DRL信號還在持續輸出。 根據上述前照燈日間行車燈/駐車燈原理的分析， 當前照燈只接收到DRL信號時， 亮日間行車燈； 當收到PARK信號和DRL信號時， 亮駐車燈。 根據圖5的顯示，由于DRL信號存在292ms的延遲， 導致此時前照燈將從駐車燈切換到日間行車燈， 再熄滅； 因為日間行車燈的亮度高于駐車燈， 故此時前照燈表現為由暗轉亮后熄滅， 和閃爍現象相似。 由此可知， 前照燈閃爍的原因是車身控制模塊的兩路輸出信號存在延遲， 使得前照燈由駐車燈模式切換至日間行車燈， 表現為閃爍的現象， 從而確認該問題的原因是猜想2。

圖5 駐車燈/日間行車燈輸入信號圖

通過上述分析可知， 前照燈閃爍是由于車身控制模塊的兩路信號輸出延遲導致的， 由復現結果看， 該問題與整車電壓變化強相關。 通過臺架復現， 測試不同電壓條件下的車身控制模塊的DRL 輸出狀況， 發現當電壓高于13.3V 時電壓變化， 車身控制模塊的DRL 輸出會出現延遲。 研究車身控制模塊的軟件邏輯， 發現該條件剛好觸發DRL 端的占空比輸出更新的條件， 由于DRL 的輸出信號同時受占空比更新和外部請求的控制， 且兩路邏輯同時計算， 占空比更新的優先級高于外部請求， 當觸發DRL端占空比更新時， 將優先處理占空比的變更， 再處理外部請求， 從而導致外部請求的需求延遲處理， 最后形成信號輸出與外部請求的時間相差200ms， 從而導致DRL 端輸出和PARK 端輸出不一致， 引起前照燈閃爍的現象。

4 解決方案及設計優化

通過上述整車及臺架的分析， 該問題是由于車輛起動時， 整車電壓及電壓變化觸發了車身控制模塊DRL輸出端的占空比更新， 導致DRL端輸出比PARK端輸出延遲200ms，使得前照燈由正常的駐車燈模式到熄滅， 變為駐車燈模式切換為日間行車燈模式再到熄滅， 由于日間行車燈比駐車燈亮度高， 從而出現前照燈閃爍的現象。 由于整車電壓變化屬于車輛常規工況條件， 占空比變化的閾值是通過長期實驗確認的， 無法貿然更改， 最終確認更新車身控制模塊DRL端的邏輯， 將占空比變化和外部請求分開， 分成兩路邏輯分支， 使得模塊可以同時對這兩路邏輯單獨分析計算，互不干擾。 最終軟件優化后， 當在臺架控制整車電壓觸發占空比變化時， DRL端輸出正常， 同時在整車更新車身控制模塊軟件后， 按照之前的復現工況， 整車測試100次， 未發生該問題。

5 總結

針對某車型前照燈駐車燈閃爍問題， 通過原理分析，原因猜想， 復現分析及數據采集驗證分析問題出現的原因，并通過軟件優化的方式提供解決方案， 最終通過臺架模擬及實車驗證， 確認了方案的有效性， 為后續解決同類問題提供了分析思路及方向。