车灯常见故障及其诊断技术

随着车速的不断提高，交通流量日益繁重，夜间交通事故的风险也呈逐年上升趋势。车灯，作为车辆与周围环境沟通的关键媒介，在保障夜间驾驶安全中扮演着至关重要的角色。在夜间驾驶过程中，一旦远光灯、近光灯、停车灯、转向灯或尾灯等关键功能出现故障，司机往往难以立即察觉，这无疑增加了发生车祸的风险。因此，确保车灯各项功能的正常运行，并在故障发生时能迅速通知驾驶员，已成为保障夜间行车安全的首要任务。

实际上，国家相关标准GB4785-2019及其之前的版本均明确指出，在设计和构思转向灯、停车灯等车灯功能时，应充分考虑加入车灯诊断机制。一旦出现故障，这些机制能够迅速通过视觉或音频提示等方式，向驾驶员传达故障信息，从而促使其及时采取应对措施。

表盘提示检查右前驻车灯

然而，随着LED技术的发展，如何确定LED灯具诊断的具体参数，以及如何以经济高效的方式实现，一直困扰着所有的工程师。在此背景下，本文通过对一般诊断方法的分析，对传统诊断方法提供了修改建议或实际电路，并提出了一种能满足不同功能要求的综合诊断方法。

LED车灯常见故障

对传统卤素灯来说，光源仅有on光源和off光源两种状态。在正常运行过程中，各参数（电流、电压、温度）一直处于良好的状态；故障发生后，灯丝被熔断，电路被切断。一般情况下短路发生概率比较小。这两种情况（开路和短路）的电流或电压的参数相差很大。所以通过检测电路中电压或者电流就能轻松检测出电路中是否存在故障。

但是，对LED灯而言，因为每个部分是通过多个LED来实现的，所以其中电路连接方式也有所不同（串联的，并联的或者混合的），因此无论是LED还是LED的驱动器，都存在两种故障（开路或短路）的可能。另外，因为车灯在高温、高湿环境中工作，渗水或者进水的危险较大，甚至电路可靠性极高时，都会出现漏电现象

LED驱动器的组成

诊断通常有两种方式：LED光源的诊断及LED驱动器的诊断。驱动诊断通常是通过开路进行的，也就是通过评估实际输出（电流/电压）与理论值（电流/电压）的一致性来确定车灯性能的正常与否。通常情况下，诊断电路和LED驱动器之间存在较强的相关性。为确保LED电路既简单可靠又经济有效，LED驱动电路与故障电路必须很好地配合。LED驱动器一般采用以下三种方式实现。

LED驱动器分类

诊断模块的组成

故障诊断反馈系统由驱动、数据采集、诊断、反馈等模块组成。驱动模块通常由电阻或线性电路或恒流驱动电路来实现，并能实现控制逻辑和技术要求，是LED驱动电路的核心。采集模块主要负责LED电压信息的采集，通过对信号的放大，为诊断模块提供输入。诊断模块负责检测电压的故障评估，并将故障信息传递给反馈系统。反馈模块根据诊断模块的信息传递给BSI（车身控制模块）。BSI此信息传输到仪表盘，仪表盘将警告驾驶员发生故障的位置。

典型LED车灯诊断驱动模块结构

在诊断系统的设计中，首先要根据不同的LED电路形式，评价如何满足诊断要求。通常，BSI对相关参数的要求如下：

车灯工作电压

保证车灯正常工作的基本电压，一般在8～16V之间，即车灯必须在该范围内正常工作（无异常关断、无闪烁）。

工作电流

保证灯具正常工作的基本电流。LED灯得电流要求相对较低，因此电流范围通常定义在0.1A到7A之间；当汽车灯在规定电流下工作时，需要考虑所有功能灯的可靠性。

漏电流

电路开路时的电流。对于LED的前照灯，由于储能元件如电容器的存在，即使电路断开，储能元件也能为LED提供电流，导致工作过程中产生车灯的闪光现象。

最小诊断电流

如果故障诊断是通过最小电流检测的方式实现，则电路需要考虑车身系统的最小电流要求。

LED故障诊断思路的构想

以LED驱动为分类依据，通常有以最小电流为诊断依据，以开关电路为诊断依据和以比较器为反馈依据。文中根据分析结果提出采用PWM诊断及通过总线结构诊断。

基于最小电流的诊断思想：LED恒流电路发生故障时，一般情况下会造成开路或者单个LED开关被切断。开路后电路电压上升引发过压保护并输出故障信号；但是若仅有单个LED开关被切断，则线路上电流不会发生很大改变，这时，可将光耦合器串入线路上。若正常运行的LED能达到亮度性能要求时，单个LED开关的断开并不会造成电路的闭合，这时车灯就可以正常运行；若不成功，整个电路闭合并引发故障报警。

基于最小电流的诊断电路

基于开关电路诊断的思路：通常情况下要求，转向灯工作正常时显示高电平，工作异常时显示低电平；以图为例，LED在正常运行状态下Q3基极为高电平，Q3接通后Q2基极为低电平，Q2闭合；此时反馈电压为高电平；反之，为低电平；由于汽车电子产品的工作电压通常在9-16V之间，当工作电压保持在9V时，无论LED是否工作，Q3的基极都会处于低电平，这样Q3一直都是“关”着的，此时低电评反馈信息可能导致系统误报，所以构思期间需要监测个别LED，保证工作电压维持9V不误报。

基于开关电路的诊断电路

本实用新型提供了一种以比较器为核心的反馈诊断电路，本电路通过放大器与比较器将采集电压与基准电压大小进行对比来控制终端晶体管开断，进而影响反馈电压水平；这种电路的优点是即使输入电压低于9V，也可用于故障诊断。

基于比较器的反馈诊断电路

用PWM进行诊断：占空比为一循环中工作时间占总时间的比例，PWM诊断就是通过设定不同的占空比来进行电路诊断；对各种功能（例如转向灯，位置灯，行车灯）灯具来说，若以上三种电路为首选方案，则整个电路必然会变得复杂；而PWM诊断把不同占空比设为代表一种特定故障时，只需一根导线即可对全部功能进行故障诊断。这就极大地减少了导线的数目，使整个系统得到了简化。

用这种方法设计诊断电路，在构思时需要注意一些要求。

• 也就是LED在工作过程中的频率问题。由于电子器件具有固有频率，为了准确控制占空比要求电路以恒定频率运行。
• 电路工作电压取决于电路中电阻值的大小，用示波器可以找到稳定的数值。
• 就是电路在工作一工作周期中的真实工作时间。汽车电子系统脉冲宽度一般以ms为单位。
• 对于不同的功能检测，占空比不能太接近，以避免相互干扰。
  
  

多功能灯具集成模块诊断与BSI

通过总线诊断（以LIN通信网络为例）：

LIN就是建立在SCI或者UART界面基础上的低成本串行通信网络。本实用新型在主从结构基础上降低导线重量，降低成本。同时还是传输速率在1~20kbps之间的低层通信总线协议。LIN包括主控模块及若干次级模块。主控模块承担着对不同模块电平信息的处理以及次级模块对数据的收发，所以一个LIN模块就能实现车灯通信及故障检测等功能。

LIN模块通信结构

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