一种具有功能安全设计的车灯智能控制系统的制作方法

1.本发明属于汽车的车灯模块，具体涉及车灯智能控制系统的功能安全控制技术。


背景技术：

2.随着汽车电子技术的不断发展，汽车的控制逐步自动化和智能化转变，汽车电子系统也日益复杂。其中车灯系统尤为明显，传统汽车中，各个车灯的功能划分、实现方式都较为固定，但是随着新能源车和造车新势力的兴起、以及电器架构的更新，传统车灯的布局、功能划分正在逐渐打破陈规：各个功能之间的复用的情况越来越频繁，单一功能也可以由多个模块合成，实现基本功能和拓展功能。
3.传统车灯的安全状态无非的亮灯或灭灯，功能也比较单一，所以传统车灯的功能安全等级也普遍较低。但是现在的新车通过组合实现、复用和冗余灯使用等方式实现了各种在造型上复杂光学组合，或实现灯语交互功能。这些功能的实现需要的各类电气部件也越来越多，但是各类电子部件都存在系统性失效和随机失效的风险，车灯的功能越多，当其由于硬件随机失效等各类原因失效时，也会导致不同程度的后果，使得驾驶员看不清道路，或者传达给其他车辆驾驶员和行人错误的信息，从而导致严重的事故。
4.当前现有汽车车灯控制方式已有很多智能控制系统。如：专利文献202011271538 .8提出了一种车灯控制装置及车灯控制方法，实现驱动电流的控制；专利文献202011019929 .0提出一种车灯控制模块，简化车灯的故障检车电路；专利文献202010989110 .0提供一种基于5g技术的车灯控制系统，解决现有技术中车辆内部布线困难，线束成本高的问题，同时也解决现有技术中驾驶者无法直接对车灯进行功能诊断，刷写软件，以及标定参数的问题。但是，上述现有技术均没有设计针对车灯系统的功能安全措施，不能有效降低车灯智能控制系统存在的安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种具有功能安全设计的车灯智能控制系统，以有效降低车灯智能控制系统存在的安全隐患。
6.本发明的技术方案如下：一种具有功能安全设计的车灯智能控制系统，包括通讯模块、主控模块、执行模块、检测模块和电源模块，所述各模块具有如下功能安全设计。
7.对于主控模块，监测是否出现主控信息处理失败，未正确控制车灯工作，若是，对外部电路进行复位控制。
8.对于通讯模块，根据通讯应答机制监测是否出现通讯故障，在监测到通讯故障后，提醒驾驶员故障原因。
9.对于电源模块，监控电源模块输出电压、软件、硬件故障，出现故障时，对电源芯片与mcu复位处理。
10.对于检测模块，监测执行模块是否按照要求点亮对应的灯株，若执行模块未按要
求点亮灯株，则将此信息传递给主控模块，提醒驾驶员故障原因。
11.优选的，所述主控模块具有vcc电源监控、应用和调试模块切换、多核故障恢复、对外部电路进行复位控制的功能。当主控模块的mcu内部发现故障后，mcu的故障输出脚对电源管理芯片sbc输出信号，使得sbc复位。即在本发明中，mcu检测到故障，将故障通过故障线传递给电源管理芯片sbc，然后电源管理芯片sbc发出复位信号，复位sbc与mcu。
12.优选的，所述通讯模块使用can或canfd通讯，系统每发一帧报文，根据应答报文判断发送状态，确定通讯是否出现故障。
13.优选的，所述电源模块具有电源管理芯片sbc，电源管理芯片sbc监控输入电压和输出电压，当检测到过压或欠压，直接拉低复位脚。
14.优选的，所述电源管理芯片sbc具备可复位主控模块mcu的功能，sbc的复位引脚与主控mcu的复位脚相连，主控模块mcu的故障脚连接到sbc的故障输入脚，当mcu内部发生故障时，输出故障信号，电源管理芯片sbc接受到故障信号，发出复位信号，将mcu复位。即在本发明中，电源管理芯片sbcsbc不仅接收mcu传递的故障信息，还可以是电源管理芯片sbc自己检测到的故障，然后根据故障来复位sbc和mcu。
15.优选的，所述电源管理芯片sbc具有看门狗引脚，当看门狗刷新错误时，电源管理芯片sbc复位mcu。
16.优选的，所述执行模块检测灯株是否正常工作采用的方式为：图像采集方式，或分流器或霍尔传感器采集电流的方式，或光耦检测电流的方式。
17.优选的，采用光耦检测电流的方式是在矩阵式led的每一行和每一列均设置一个光耦检测电路，每个光耦检测电路通过检测电流来判断对应行/列的几个灯株工作，检测模块将检测信息反馈主控模块，主控模块通过预设的不同灯株点亮对应的检测结果表格，对比检测到的信息和表格信息，确认灯株是否按要求点亮与关断。
18.优选的，若灯株出现故障，利用冗余设计的其他led灯，替换出现故障的灯株进行显示。
19.优选的，将矩阵式led分成多个区域显示块，当温度检测电路检测到一区域显示块的led温度高于设置值时，则切换至另一区域显示块工作。
20.优选的，所述方法是基于功能安全等级b对各模块进行功能安全监测，可将随着车灯的发展带来的一系列安全隐患降低到能接受的范围。
21.通过采用以上技术方案可见，本发明设计了一款具备功能安全策略的智能车灯系统，降低了系统失效和随机失效风险，整个系统更加可靠，驾驶员与乘客及道路相关人员更加安全。
附图说明
22.图1是本发明一个实施例所示的车灯智能控制系统的框图；图2是本发明一个实施例所示的具有功能安全设计的车灯智能控制系统的fta（故障树分析）；图3是本发明一个实施例所示的3*3led矩阵电路图。
具体实施方式
23.以下将参照附图和优选实施例来说明本发明技术方案的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
24.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
25.以下实施例主要是提供一种基于功能安全等级b的车灯智能控制系统，如图1所示，是通常的车灯智能控制系统的主要模块构成，包括电源模块、通讯模块、主控模块、执行模块和检测模块，各个模块的基本功能具体描述如下：所述电源模块，将蓄电池的能源转换成需要的系统需求电压，为整个控制系统供电。
26.所述通讯模块，可以是can 、canfd等通讯，将车灯控制系统与域控制器进行通讯，实现在不同的行驶状态时车灯亦呈现相应的状态。
27.所述主控模块，接收并处理域控制器和检测模块传达的信息，发出相应的驱动信号，控制车灯的工作状态。
28.所述执行模块，即为车灯模块，采用led灯。由于led灯的性能绝对优势，且色温更接近自然光，人眼舒适度更高灯原因，越来越多的车灯使用led灯，单个led灯或无法达到预期效果，多使用矩阵led灯。
29.所述检测模块，为反馈模块，可以检测到电流和温度信息，并将故障信息传达给主控模块。
30.如图2所示，本实施例进一步说明以上控制系统在功能安全上的配置。
31.本车灯智能控制系统的功能安全目标是车灯正确的点亮和关闭，传达正确的行车信息。而在控制系统的实际运行中，可能违背此功能安全目标的原因主要有主控接受到的信息损坏、电源模块未输出正确的工作电压、主控信息处理失败，未正确控制车灯工作、以及执行模块故障，未按要求点亮对应灯株等。因此，针对故障原因，本实施例中，主要设计有以下功能安全机制来达成功能安全目标。
32.1、对于通讯模块，主要是根据通讯应答机制监测是否出现通讯故障，在监测到通讯故障后，提醒驾驶员故障原因。
33.安全机制为主控模块接收到的信息损坏：通讯应答机制。
34.主控接受到的信息损坏可能是域控制器发送信息故障、通讯故障。对于智能车灯控制系统而言主要考虑通信故障，通讯模块一般是使用can或canfd通讯，此通讯方式有通讯应答机制，系统每发一帧报文，都会有应答报文，判断发送状态，若通讯出现故障，系统也可以即使监测到故障。系统监测到通讯故障后，提醒驾驶员故障原因。
35.2、对于电源模块，主要监控电源模块输出电压、软件、硬件故障，出现故障时，对电源芯片与mcu复位处理。
36.由于智能车灯控制系统较为复杂，电源模块使用一片电源管理芯片sbc。sbc芯片具备可复位mcu的功能，sbc芯片的复位引脚与mcu的复位脚相连；mcu的故障脚连接到sbc的故障输入脚，当mcu内部发生故障时，输出故障信号，sbc接受到故障信号，发出复位信号，将mcu复位；管理芯片sbc会监控输入电压和输出电压，当检测到过压或欠压，会直接拉低复位脚；sbc芯片具有看门狗引脚，当看门狗刷新错误时，sbc会复位mcu；sbc内部故障标志位标记曾经是否发生过故障，掉电被清除。
37.3、对于主控mcu，主要是监测是否出现主控信息处理失败，未正确控制车灯工作，若是，对外部电路进行复位控制。
38.主控信息处理失败，未正确控制车灯工作：主控mcu本身的功能安全等级至少为c，且mcu的安全目标要与系统的功能安全目标一致。主mcu具有vcc电源监控、应用和调试模块切换、多核故障恢复、对外部电路进行复位控制的功能，mcu有一个故障输出脚，其当mcu内部发现故障后，故障输出脚对sbc输出信号，使得sbc复位；另mcu的io口具备开短路检测功能。
39.4、对于执行模块，监测是否按要求点亮对应灯株，若否，则执行模块故障。执行模块的安全机制也可以增加io口的开短路自检，在每次控制灯株工作之间，对io口进行自检。
40.5、检测模块，监测执行模块是否按照要求点亮对应的灯株，若执行模块未按要求点亮灯株，则将此信息传递给主控模块，提醒驾驶员故障原因。
41.检测包括电压检测和温度检测功能，具体如下：车灯采用矩阵式led，目前很多采集模块都采用图像采集的方式，或则采用分流器或霍尔传感器采集电流的方式来检测灯株是否正常工作，上述方式的成本均比较高，且因为每一个led灯株都需要检测是否正常工作，需要多个检测器件。因为led灯的电流较大，采用传统的电阻检测电压的方式会导致功耗较大，且发热严重，有损led灯的使用寿命。因此本发明提出一个采用光耦检测电流的方式，在每一行和每一列均放上光耦检测电路，可以检测led灯株是否正常工作。
42.如图3所示，本实施例以3*3矩阵式led为例进行说明，在3*3矩阵式led中，每一行和每一列都设有一个光耦检测电路，每一行的检测电路可以通过检测电流来判断此行几个灯株工作，每一列的检测电路亦可以通过检测到的电流判断此列有几个灯株工作。检测模块将检测到的信息反馈到主控模块，主控模块内部有一个不同灯株点亮对应的检测结果表格，主控通过对比检测到的信息和设定的显示图形对应的表格情况，来确认灯株是否按要求点亮与关断。若灯株真的出现故障，由于矩阵式led灯，可以利用其他led灯做一个冗余设计，达到同样的显示效果；同时将故障原因与故障点上传显示屏，驾驶员与售后人员可清晰明了的看到故障原因，便于售后处理故障。
43.除了灯株或电路出现故障之外，温度对于led灯的影响也非常大，当温度过高时，轻则会降低led的发光效率，重则影响led的寿命，甚至直接损坏led。当前对于led灯温度的设计重点集中在结构和仿真设计，在有限的空间内将led光源、散热器、基板、风扇进行合理的选型和布局。本发明则通过led灯的区域块显示来缓解温度对led灯的影响，通过温度检测电路检测到一区域led的温度过高时，可以设置另一区域的led灯代替温度过高的这边led工作，显示出相同功能的灯光图形，例如，可以根据led灯温度上升至临界点的时间，将
led灯分成相同的区域块，匀速地在几个区域块内滚动显示相同功能的灯光图形，使的led灯的温度一直处于临界温度以下，这样既可以保证led灯的发光效果，也可以延长了led的使用寿命。甚至通过这样切换模块led灯的设计，可以允许led灯实时电流更大，灯光更加明亮，还显示动态图形。
44.由以上各实施例可见，功能安全目标是车灯的正确点亮和关闭，如果没有任何安全机制，这就是一个单点故障，但是加上检测模块（检测模块就是一个安全机制），来对车灯是否正确的点亮或者关闭，安全机制对于故障有一定的覆盖度，安全机制没有被覆盖掉的就变成了残余故障，来保证系统设定的功能安全等级。

技术特征：
1.一种具有功能安全设计的车灯智能控制系统，包括通讯模块、主控模块、执行模块、检测模块和电源模块，其特征在于，各模块具有如下功能安全设计：对于主控模块，监测是否出现主控信息处理失败，未正确控制车灯工作，若是，对外部电路进行复位控制；对于通讯模块，根据通讯应答机制监测是否出现通讯故障，在监测到通讯故障后，提醒驾驶员故障原因；对于电源模块，监控电源模块输出电压、软件、硬件故障，出现故障时，对电源芯片与mcu复位处理；对于检测模块，监测执行模块是否按照要求点亮对应的灯株，若执行模块未按要求点亮灯株，则将此信息传递给主控模块，提醒驾驶员故障原因。2.根据权利要求1所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，所述主控模块具有vcc电源监控、应用和调试模块切换、多核故障恢复、对外部电路进行复位控制的功能；当mcu内部发现故障后，mcu的故障输出脚对电源管理芯片sbc输出信号，使得sbc复位。3.根据权利要求1所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，所述通讯模块使用can或canfd通讯，系统每发一帧报文，根据应答报文判断发送状态，确定通讯是否出现故障。4.根据权利要求1所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，所述电源模块具有电源管理芯片sbc，电源管理芯片sbc监控输入电压和输出电压，当检测到过压或欠压，直接拉低复位脚。5.根据权利要求4所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，所述电源管理芯片sbc具备可复位主控模块mcu的功能，sbc的复位引脚与主控mcu的复位脚相连，主控模块mcu的故障脚连接到sbc的故障输入脚，当mcu内部发生故障时，输出故障信号，sbc接受到故障信号，发出复位信号，将mcu复位。6.根据权利要求4所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，所述电源管理芯片sbc具有看门狗引脚，当看门狗刷新错误时，sbc复位mcu。7.根据权利要求1所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，所述执行模块检测灯株是否正常工作采用的方式为：图像采集方式，或分流器或霍尔传感器采集电流的方式，或光耦检测电流的方式。8.根据权利要求1所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，采用光耦检测电流的方式是在矩阵式led的每一行和每一列均设置一个光耦检测电路，每个光耦检测电路通过检测电流来判断对应行/列的几个灯株工作，检测模块将检测信息反馈主控模块，主控模块通过预设的不同灯株点亮对应的检测结果表格，对比检测到的信息和表格信息，确认灯株是否按要求点亮与关断。9.根据权利要求8所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，若灯株出现故障，利用冗余设计的其他led灯，替换出现故障的灯株进行显示。10.根据权利要求8所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，将矩阵式led分成多个区域显示块，当温度检测电路检测到一区域显示块的led温度高于设置值时，则切换至另一区域显示块工作。
11.根据权利要求1所述的具有功能安全设计的车灯智能控制系统，其特征在于，所述方法是基于功能安全等级b对各模块进行功能安全监测。

技术总结
本发明提供一种具有功能安全设计的车灯智能控制系统，包括通讯模块、主控模块、执行模块、检测模块和电源模块。对于主控模块，监测是否出现主控信息处理失败，未正确控制车灯工作，若是，对外部电路进行复位控制；对于通讯模块，根据通讯应答机制监测是否出现通讯故障，在监测到通讯故障后，提醒驾驶员故障原因；对于电源模块，监控电源模块输出电压、软件、硬件故障，出现故障时，对电源芯片与MCU复位处理；对于检测模块，监测执行模块是否按照要求点亮对应的灯株，若执行模块未按要求点亮灯株，则将此信息传递给主控模块，提醒驾驶员故障原因。本发明可降低系统失效和随机失效风险，整个系统更加可靠，驾驶员与乘客及道路相关人员更加安全。更加安全。更加安全。


技术研发人员：苗娇娇 常守亮 付建军 林富 李宗华
受保护的技术使用者：深蓝汽车南京研究院有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/13