汽車前照燈閃爍問題分析與設計優化
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【摘要】汽車前照燈是整車照明的重要組成，隨著時代的發展，汽車前照燈的設計也越來越簡單化、多樣化。本文針對某車型項目階段出現的前照燈閃爍問題，從前照燈的控制邏輯展開，分析故障產生的原因，并研究優化方案。
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[2]。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。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[3-4]。
2.2工作原理汽車前照燈受車身控制模塊
（Bodycontrolmodule）控制，控制邏輯見圖3，車身控制模塊接收整車陽光傳感器（Solarsensor）的白天/夜晚信號和前照燈組合開關（Multi-functionswitch）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。
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[5]。
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。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。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。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。
參考文獻：
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[4]鄒祖軍，馮進良，郭奕辰，等.汽車大燈遠近光自動切換系統[J].儀器儀表用戶，2011，18（3）：20-22.
[5]米豪鼎，謝飛.針對汽車燈光系統故障淺談其維修模式[J].現代經濟信息，2017（19）：344.
作者:汪攀 陶至奎 李曉剛 單位:上汽通用汽車有限公司武漢分公司