速锐得LIN总线在灯光控制系统的应用硬件设计

LIN是CAN总线系统的子网，也叫“局域子系统”。汽车上LIN总线控制的所有系统之间的数据交换，必须通过CAN总线控制单元才能实现。

LIN总线作为CAN总线的一种有益补充，可以更为经济、有效地完成车辆功能。LIN结构比较简单，只有一根数据线，也只能用于传感器和执行器之间的简单数据传输。它与CAN总线不同，LIN总线上的控制单元分主、从的，主控制单元与CAN总线连接，控制着LIN总线上的其他从控制单元，也就是说，只有主控制单元发送信息结束后，从控制单元才能进行数据信息的发送。

一、LIN总线应用

LIN总线被称为数据循环总线，是一种单总线，是指数据信息不管有没有要求或者有没有变化，总是在总线上反复重新循环发送和传递，以利于传感器和执行器在任意时刻都可以接收总线上的数据信息。

速锐得开发CAN总线数据应用已经有11年之久，对于汽车LIN总线也是非常熟悉，既然LIN总线是在CAN总线的基础上新发展的汽车车载电子总线系统，为了建立传输速率有限、结构简便且性能优良的总线系统而产生的。那么，如电路图设计所示，它只需要一条数据传输线，使用低成本的组件即可。

LIN总线通过使用简单的电子设备节省了结构空间，最大传输速率为20kbit/s，由于多家汽车制造商将标准公开化，促进了LIN总线在汽车灯光控制系统及一些简单系统的开发，使得CAN总线系统不仅没有被取代，反而得到了扩展，单主/多从原理确保了安全性。LIN总线系统应用的方案简单，传输速率较低，适合应用在一些对时间要求不那么严格的场合，比如舒适娱乐系统、汽车香薰系统，汽车灯光控制系统、门锁系统、氛围灯控制系统、自动空调系统、后视镜控制系统、电子辅助转向系统、天窗控制系统、自动雨刮控制系统和洗涤系统等传输上。

二、LIN总线特点

LIN总线是用于汽车分布式电控系统的一种新型低成本串行通信系统，是一种基于UATR数据格式，主从结构的单线9-10.5V总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。

LIN总线在结构上，采用成本低的单线连接、传输速率最高位20kbit/s，其媒体访问采用单主/多从的机制，不需要像CAN总线一样进行仲裁，在节点中不需要晶体振荡器二能进行自同步，现在LIN芯片也不算贵，所以，仅是LIN部分的话 ，减少了硬件平台开发的成本。

其主要目的是为现有车辆网络CAN提供辅助功能，目标就是低端系统（这里主要指速率要求低），无需CAN总线的性能、带宽以及复杂性，可以说，LIN总线是一种辅助型总线网络。

LIN总线系统一般由一个主控制单元和最多16个从控制单元组成，LIN总线主控制单元请求从控制单元发送数据，并发出操控指令。为了与汽车上的其他控制单元进行通信，主控制单元连接在其他总线上。LIN总线主控制单元在汽车诊断检测中有地址码，由其负责对所连接的从控制单元进行诊断。例如一路CAN上，连接2个LIN控制单元A、B，LIN控制单元A控制空调、空气鼓风机、风窗玻璃加热（再分左右）、B控制单元控制车顶模块中的天窗、车灯、电机等。还可以包括车灯控制系统中的灯的水平位置调整（远近光灯）、车门、车锁、电子制动、空调、巡航控制、座椅、仪表、暖气、尾灯、后视镜电子装置、后视镜水平调整电机。

三、速锐得设计方案

速锐得在特斯拉、宝马、比亚迪、福特、凯迪拉克等灯光控制系统上，通过加装灯光控制系统单元来集中控制，主控单片机结构原理图如下：

这个灯光控制系统包括了远光旋转开关接口、车灯变光接口，左前照灯LIN总成控制接口、右前照灯LIN总成控制接口，转向柱电子装置控制单元、数据总线诊断接口，预留了CAN位置，可以外接组合仪表控制面板单元，车载电网控制单元几BMS等器件。可以控制变光开关、左右灯的远近光控制，双闪状态和示廓灯状态等等。原理是通过灯光旋转或者接收到控制单元信号，灯光控制系统内部接通远光灯控制器触点，随机接收到远光开启的模拟信号，汽车灯光控制系统将这个模拟信号转换成数字信号，通过CAN总线将数据发送给车载ECU控制单元和仪表板控制单元。

当任何时候转向变光信号过来时，灯光控制系统内部接通超车灯控制触点，随即控制系统用原车LIN协议向车灯发送超车灯开启的模拟信号，以驱动原厂车灯闪烁。这套灯光控制系统组件，不仅可以驱动原厂车灯，也可以驱动副厂车灯件和改装车灯件。

四、汽车LED

为了更加炫酷和增加远光灯与超车灯亮度，后装和改装车灯总成大多采用LED模块照明方式。LED是当电子与空穴复合时能辐射出可见光，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示，砷化镓发红光、磷化镓发绿光、碳化镓发黄光、氮化镓发蓝光。在汽车大灯总成结构中，包括了壳体、转向信号灯模块、日行灯模块、驱动LED电源模块、远近光LED单元、远近光和LED电源模块，转向灯日行灯LED模块，近光LED单元，电路堆砌上就是一堆电路和MOS管来管理。

一般都用超高亮的LED，把他们做成汽车远光灯、近光灯、制动灯、行车灯、转向灯、矩阵灯、也可以用于仪表照明和车内照明，比如氛围灯。LED具备耐振动、省电、寿命长的特点，具备一定优势，用作制动灯时，响应时间为60ns，比一般白炽灯或者LED灯的140ns要快许多，为此，在典型的高速公路上行驶，会增加4-6米的安全距离。

五、功能及过程

速锐得打造的这款汽车灯光控制系统，也对其他数据进行了管理，例如蓄电池电压、点火状态、发动机转速、发电机DFM信号，实现了外部灯光控制、舒适性灯光控制、雨刮器控制、清洗泵控制、指示灯控制、负荷管理、车内灯光控制、后风窗加热、端子控制、燃油泵预供油控制及控制、管理状态监测等功能。至于速锐得内部软件上，可以根据不同的车型、应用场景、业务需求来实现软件的定制开发。

汽车灯光控制系统接收到原车LIN报文或者模拟原车LIN报文信号后，分别接通左前、右前汽车大灯总成控制信号，所有灯可以实现状态及控制。

组合仪表接收到汽车灯光控制系统信号后，点亮仪表板上的远光指示灯，提示驾驶人灯光状态。

驾驶人操控将变光开关向上拉动时，开关内部接通超车灯控制触点，随即汽车灯光控制系统接收到超车灯开启的模拟信号。汽车灯光控制系统将这个模拟信号转换为数字信号，通过舒适CAN将数据发给车载ECU控制单元和组合仪表控制单元。

汽车灯光控制系统接收到此信号后，分别接通左右前大灯总成，给出控制信号，所有远光灯点亮。组合仪表板控制单元接收到汽车灯光控制系统的信号后，点亮仪表板上的远光指示灯，提示驾驶人灯光状态。

六、发展及痛点

目前国内汽车大灯正由功能车灯时代，走向智能车灯时代，汽车电子化、智能化带动了车灯行业的发展使得车灯承载了传统照明意外更多的功能，例如辅助驾驶、信号传输、技术上也在不断延伸，ADB、DLP、HD等等，随着单车价值量更高的智能车灯渗透，车灯行业也将迎来新一轮的加速增长。

照明不足、配置过低、远光灯炫目灯问题也严重影响了车辆安全，也是夜间车辆事故高发的直接原因，为了解决以上问题，依托LED技术的智能灯应运而生。相比传统车灯，智能灯增加了感知、决策和执行架构，系统更为复杂，照明功能越强大，价格也将再次成倍提升。

速锐得打造这款灯光控制系统，是偏向于底层的，基于LIN数据、CAN数据的交互做的 一套可以多重变化的控制器，是未来智能灯控制器的弥补，也是当下改装件、副产件的必要终端，基于对LIN总线及CAN总线的理解以及场景下的应用逻辑，做好了执行机构控制、处理单元的编译、传输通路的桥接及传感器组的数字信号输入。目前主要对接的是LED及部分智能灯组（例如矩阵大灯），低端的卤素大灯或者卤素+LED组合，我们接触的不多。

随着车载网络技术的飞速发展，汽车上采用的总线节点越来越多，网络的复杂程度和成本也随之增加，汽车灯光控制系统也越来越发达，采用速锐得控制系统实现网络节点升级和改进具备可操作性、能落地、速度快等多方面的实际意义，也是对车载灯光照明网络系统进行分级管理的开端。

速锐得解码新款丰田大灯总成CAN矩阵应用随动转向系统灯光改装

2021款和2022新款丰田凯美瑞的大灯总成是完全保持一致性的，主要也是灯罩、聚光碗、灯组及PBCA、风扇等结构件组成。为了打造一款可以随动转向的丰田凯美瑞大灯，提升LED流明的亮度，我们根据原厂结构件需要做一些拆解和结构分析。

那么第一步，按照速锐得项目设计要求，自然是先解码原车CAN协议，我们把CAN分析仪接入到汽车原厂OBD接口。该车采用CANBUS_11bit_500k传输速率，OBD针脚接入6+14引脚，从汽车ECU控制单元采集对应的数据。根据CANTEST显示，该车数据比较丰富，我们仅采集灯光部分。该车主ECU和副ECU又组成LIN网，主ECU是电子控制定时和报警系统，它又是网关，与CAN网络连接在一起。

副ECU转向柱开关，还有因配置不同选装的副ECU，配天窗的还多配置了天窗控制系统ECU，带自动灯功能的车辆有灯光控制传感器，国产左方向盘的有车窗主开关，前部电动车副开关，后部左右开关，配备防盗报警器的车辆有防盗报警功能，这个是通过LIN线切断控制单元，主ECU和副ECU之间通过CAN进行通信，部分控制功能通过LIN交互。

速锐得通过采集，得出2021-2022丰田凯美瑞CAN报文如下：

2021-2022丰田凯美瑞灯光报文：

CANID: 0x367 转向灯

xx xx 9x xx xx xx xx xx 左转

xx xx xx 16 xx xx xx xx 右转

xx xx 2x xx xx xx xx xx 双闪

CANID:0x3DC 车灯

xx 0x x3xx xx xx x5 xx 自动灯

xx xx x2 xx xx xx x5 xx 近光灯

xx xx x1 xx xx xx x5 xx 示宽灯

CANID:0x3D6 车灯

xx xx 43 xx xx xx xx xx 自动感应式自动大灯

xx xx 71 xx xx xx xx xx 后雾灯

xx xx 42 xx xx xx xx xx 远光灯

0x122 方向盘转向角度

xx Ax xF xx xx xx xx xx 0xFA最大值

xx 0x x0 xx xx xx xx xx 0x00最小值

第二步，拆灯，主要是搞定接口和查看结构，这一步都是模具设计相关的，我们采用低速电机外加驱动板，通过设计的硬件电路根据CAN总线反馈的信号，或者原车转向柱的灯光控制拨杆，将CAN信号转换为数字信号，给电机驱动板输出对等电压，驱动电机正转或者反转。客户在使用车辆的时候，可以根据方向盘角度信息和车灯开闭状态实现随动转向。

目前，该项技术，已经在烈马和坦克300上试装完成，下一步，我们将会对大众MQB平台做一个深度的测试。MQB平台有个难点，就是反向盘稍微回正一点，数据就会更新为0，再启动之后，才会有转向角度数据，这个对行业来说，是比较坑的，因为采集数据的时候，就没办法辨识到，方向盘到底是不是回正的状态，下一步，需要攻克下这个难关。

第三步硬件环节。硬件相对来说就比较简单，与CAN交互，自然是要选择一款带CAN的主控芯片，这次，我们先拿MM32做测试，外接一路CAN收发，选用NXP1042，预留好外部输出接口、升级接口、刷机接口，大抵尺寸可以做到40*20mm，熟悉电子物料的，看板子从左到右，分别是CAN收发器、主控MCU芯片，最右边的左灯控制及右灯控制。板子做了最小功能单元的DEMO，外扩还是可以实现很多不同的功能，以后需要的给行业伙伴定制开发即可。

总结：2021-2022新款丰田凯美瑞高级前灯照明系统CAN数据总线传输为500kbit/s，传输通过高电平数据线的CAN H和低电平CAN L传输，CAN数据总线不可单线工作，还涉及车内检测传感器、车辆侧倾传感器、晴雨刮、光感传感器、报警装置、舒适系统ECU控制单元、雨刮电机控制单元、车载网络控制单元、OBD数据诊断接口。CAN数据非常丰富，采集整车数据需要耗费一定时间，整理一份完整整车DBC数据矩阵需要借助丰田专用诊断仪工具，耗时耗力估计得三天三夜。

之前破解过汽油版雷凌、汽油版卡罗拉、混动雷凌双擎，2015款的凯美瑞（通过CAN控制汽车项目），这次觉得丰田还是豪华了很多，电控单元还是升级了不少，老一套的经验，部分用不上了，最新解码CAN矩阵应用于随动转向系统灯光改装，也是给客户带来更好的体验，后续出视频再展示实际效果。