汽车前照灯闪烁问题分析及设计优化

汪 攀， 陶至奎， 李晓刚

（上汽通用汽车有限公司武汉分公司， 湖北武汉 430200）

汽车前照灯位于车辆的前部， 现代前照灯一般采用组合式前照灯， 包含有近光灯、 远光灯、 驻车灯以及日间行车灯4种功能。 汽车前照灯对于整车安全有着重要的意义，本文对某车型项目阶段汽车前照灯闪烁问题进行原因分析，并提出解决方案， 最终验证结果。

1 故障现象

一辆常规试验车在冷车起动后在昏暗环境检查前照灯拐点时， 转动前照灯开关， 从Auto挡转至OFF挡时， 前照灯光导条闪亮后熄灭， 车辆保持点火状态， 多次尝试该操作后， 现象消失。

2 日间行车灯/驻车灯工作原理

2.1 功能介绍

某项目车汽车前照灯的示意图见图1， 1 为近光灯和远光灯， 通过调节灯光的角度实现近光灯和远光灯的切换， 2为驻车灯和日间行车灯，为一条LED的光导条， 通过控制光导条不同的亮度实现不同的功能， 其中日间行车灯比驻车灯更亮。 日间行车灯的功能是帮助对向车辆更好地识别到车辆， 避免交通事故的产生， 会在车辆起动后行驶时打开， 无法进行手动关闭； 驻车灯的功能主要是停车时， 标明车辆的具体位置， 方便人员在夜间或者灯光较暗的环境下尽快找到车辆。

图1 前照灯示意图

通过前照灯开关可以实现对上述灯光功能的控制， 图2为某车型灯光开关， 共有4个挡位， 分别为OFF挡、 Auto挡、Position挡和LB挡。 当把开关打至OFF挡时， 除日间行车灯外， 所有灯光均会关闭 （根据2019 年12 月17 号发布的GB4785-2019 《汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定》， 当车速低于10km/h时， 日间行驶灯允许手动关闭，在此情况下若车速高于10km/h或车辆已行驶超过100m且保持行驶状态时， 日间行驶灯应自动开启直至再次关闭）； 打至Auto挡时， 前照灯将根据外部环境打开对应的灯光， 一般会区分为白天模式和夜晚模式， 夜间模式时， 驻车灯会自动打开； 打至Position挡时， 将手动打开驻车灯； 打至LB挡时， 手动打开近光灯。

图2 前照灯开关功能图

2.2 工作原理

汽车前照灯受车身控制模块 （Body control module） 控制， 控制逻辑见图3， 车身控制模块接收整车阳光传感器（Solar sensor） 的白天/夜晚信号和前照灯组合开关 （Multifunction switch） 的挡位信号， 通过以上信号的汇总分析，车身控制模块判断此时前照灯的具体功能。 由于该车型日间行车灯和驻车灯复用， 当车身控制模块判断此时应亮日间行车灯时， 只会输出一路DRL信号， 前照灯亮日间行车灯， 亮度为100%； 当车身控制模块判断亮驻车灯时， 会输出两路信号： DRL信号和PARK信号， 前照灯将亮驻车灯，此时的亮度受整车背光的影响， 背光变化控制车身控制模块的PARK信号输出。

图3 日间行车灯/驻车灯控制示意图

3 故障分析

3.1 原因猜想

缺陷发生时， 前照灯开关处于Auto挡， 外部光线较暗，处于夜间模式， 前照灯开启驻车灯， 此时关闭前照灯， 正常情况下驻车灯将直接关闭， 但缺陷车前照灯闪烁后关闭。分析闪烁可能的原因有： ①前照灯LED灯带异常， 灯带熄灭过程中闪烁； ②LED灯带输入电压异常， 存在短暂的高电压输出； ③车身控制模块控制信号异常， 模块判断的灯光信号由亮到灭的过程中存在错误判断。

3.2 问题复现

根据缺陷工况的描述， 当时驾驶员仅进行了启动操作，未进行其他操作， 复现工况将围绕启动展开。 由于缺陷消失是随着前照灯开关操作及车辆怠速， 我们怀疑与车辆整车电压及开关操作有关。 综合上述分析， 我们设计了如下3种复现工况： ①车辆静置30min， 冷车起动后， 在车辆静止状态， 开关前照灯开关20次， 确认前照灯是否闪烁； ②非冷起状态 （车辆未静置， 每次车辆整车休眠完成后就重新起动）， 起动车辆， 车辆静止状态， 开关前照灯开关20次，确认前照灯是否闪烁； ③车辆ON挡， 开启各种用电器 （如前照灯近光灯/雾灯、 空调等） 10min， 使得整车电压降低，待整车休眠后， 再起动车辆， 开关前照灯开关20次， 确认前照灯是否闪烁。

对于以上3种复现的工况， 为了排除车辆以及环境的影响， 我们在昏暗环境对缺陷车上分别复现以上3 种工况。 通过一段时间的复现， 3种工况下的复现次数及频次记录见表1。

表1 不同工况复现结果

从复现的结果来看， 对比3种工况下的复现结果， 可以看出， 整车电压与该问题的关系极大， 车辆的起动工况不确定是否与该问题强相关。

3.3 数据分析验证

通过上述原因的猜想和复现工况的发现， 我们需要录取整车的CAN数据和前照灯端的输入电压以及整车电压，使用SPY3连接整车诊断口， 同时用示波器同时录取前照灯输入端的PARK和DRL的信号电压， 按照工况3的方式复现录取数据。

录取缺陷发生时的总线数据见图4， 图4中红色线为前照灯开关信号， 表示前照灯的当前挡位， 蓝色线为驻车灯信号。 如图4所示， 当前照灯开关信号由AUTO变为OFF时，驻车灯信号由true变为false， 模块判断的驻车灯信号随着开关信号同步变化， 在同一个开关信号变化过程中 （由AUTO到OFF过程）， 不存在短暂的灯光信号由亮变暗再变亮最后变暗的现象， 从以上数据分析， 猜想3可以排除， 不是车身控制模块控制信号的问题。

图4 驻车灯与开关CAN总线信号图

通过示波器录取的缺陷状态时前照灯侧的输入信号如图5所示， 图5中PARK信号和DRL信号不同步， 在某一时刻存在292ms的延迟， PRAK信息已经停止输出， DRL信号还在持续输出。 根据上述前照灯日间行车灯/驻车灯原理的分析， 当前照灯只接收到DRL信号时， 亮日间行车灯； 当收到PARK信号和DRL信号时， 亮驻车灯。 根据图5的显示，由于DRL信号存在292ms的延迟， 导致此时前照灯将从驻车灯切换到日间行车灯， 再熄灭； 因为日间行车灯的亮度高于驻车灯， 故此时前照灯表现为由暗转亮后熄灭， 和闪烁现象相似。 由此可知， 前照灯闪烁的原因是车身控制模块的两路输出信号存在延迟， 使得前照灯由驻车灯模式切换至日间行车灯， 表现为闪烁的现象， 从而确认该问题的原因是猜想2。

图5 驻车灯/日间行车灯输入信号图

通过上述分析可知， 前照灯闪烁是由于车身控制模块的两路信号输出延迟导致的， 由复现结果看， 该问题与整车电压变化强相关。 通过台架复现， 测试不同电压条件下的车身控制模块的DRL 输出状况， 发现当电压高于13.3V 时电压变化， 车身控制模块的DRL 输出会出现延迟。 研究车身控制模块的软件逻辑， 发现该条件刚好触发DRL 端的占空比输出更新的条件， 由于DRL 的输出信号同时受占空比更新和外部请求的控制， 且两路逻辑同时计算， 占空比更新的优先级高于外部请求， 当触发DRL端占空比更新时， 将优先处理占空比的变更， 再处理外部请求， 从而导致外部请求的需求延迟处理， 最后形成信号输出与外部请求的时间相差200ms， 从而导致DRL 端输出和PARK 端输出不一致， 引起前照灯闪烁的现象。

4 解决方案及设计优化

通过上述整车及台架的分析， 该问题是由于车辆起动时， 整车电压及电压变化触发了车身控制模块DRL输出端的占空比更新， 导致DRL端输出比PARK端输出延迟200ms，使得前照灯由正常的驻车灯模式到熄灭， 变为驻车灯模式切换为日间行车灯模式再到熄灭， 由于日间行车灯比驻车灯亮度高， 从而出现前照灯闪烁的现象。 由于整车电压变化属于车辆常规工况条件， 占空比变化的阈值是通过长期实验确认的， 无法贸然更改， 最终确认更新车身控制模块DRL端的逻辑， 将占空比变化和外部请求分开， 分成两路逻辑分支， 使得模块可以同时对这两路逻辑单独分析计算，互不干扰。 最终软件优化后， 当在台架控制整车电压触发占空比变化时， DRL端输出正常， 同时在整车更新车身控制模块软件后， 按照之前的复现工况， 整车测试100次， 未发生该问题。

5 总结

针对某车型前照灯驻车灯闪烁问题， 通过原理分析，原因猜想， 复现分析及数据采集验证分析问题出现的原因，并通过软件优化的方式提供解决方案， 最终通过台架模拟及实车验证， 确认了方案的有效性， 为后续解决同类问题提供了分析思路及方向。