谢延青，张艳群，余小辉

（上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

随着科技进步的不断加速，人们对汽车舒适度和个性化的需求也日益增长。氛围灯可以让我们在长途或晚上开车的时候使环境更加放松，有效舒缓驾驶员的心情，释放疲惫，对安全驾驶有一定的作用，同时可以提升车辆的档次。车内阅读灯一般是作为功能用光，用户对其设计及光照的要求较高，在满足车规级的要求下，既要保证用光要求，也需要保证良好的舒适性和安全性，不能干扰到驾驶员的驾驶。

目前市面上将车内顶灯和氛围灯结合的产品极少，一般都是添加一个背光功能，起到一个指示作用，还未见带有RGB氛围灯功能的顶灯。这些都表明顶灯的设计仍局限在传统的阅读灯框架中，功能限定在基本照明这一块。因此，顶灯本身具有极大的功能扩展潜力，存在着将氛围灯功能整合入顶灯中的可能性，甚至在此基础上延伸出与汽车其他部分的联动，实现部分功能的集成设计。从这个角度出发，当前绝大多数顶灯采用的全按键或按键结合触控的控制方式难以完全适应氛围灯智能化和功能扩展便利性的要求，因此有必要对顶灯结构进行全新的设计。

1 顶灯应用现状

当前大多数的顶灯采用按键操作的方式，目前市面上最常见的也都是采用按键式的顶灯。这种传统的结构在长时间的使用后会造成一定的机械损伤，影响其使用寿命。同时，机械按钮会占据一部分空间，因此在造型设计也有一定的局限。

在按键的基础上，市面上也有采用点触控制方式进行操作的顶灯产品，不过还很少见。该种顶灯可以通过触摸点击实现顶灯开闭，取代了传统的机械按键，且长按可以实现阅读灯亮度的调整，方便用户根据个体差异和喜好调整照明效果。但灯光颜色不可选，缺乏对灯光布置、颜色和发光模式3方面的深入挖掘。因此，本文提出了一种全新的顶灯设计。

2 创新顶灯方案介绍

2.1 顶灯控制方案及功能设想

该款顶灯主要是通过顶灯上的一块触摸屏进行操控，同时提供了Wifi和蓝牙接口，可以通过手机APP直接操控，实现无线控制。其左右各布置有一颗白光LED用作阅读灯功能，上下各布置6颗RGB LED用作氛围灯功能，实现不同的氛围灯模式。同时顶灯上整合了汽车上的其他控制模块，如天窗、卷帘等，实现集成控制，极大地有利于客户的便捷性。主要的控制原理是：触摸屏通过串口微机控制单元MCU通信，MCU整合了各模块，通过LIN总线协议控制阅读灯的亮度调节及氛围灯的颜色和亮度调节。图1展示了该灯设计的系统设计框架，总共分为了4大功能模块，分别是通过MCU的触摸芯片实现该灯的触摸控制；通过显示芯片实现HMI界面的显示和顶灯的界面控制；Wifi和蓝牙功能集成在一块PCB上，通过这个模块可以实现和APP的通信连接及无线控制；LIN通信的模块主要是用来控制阅读灯的亮度，阅读灯功能预留了色温控制的引脚，后续还可以扩展其功能。同时LIN通信的模块可以用来控制氛围灯的颜色、亮度，每颗LED都可以实现单独控制和调节。

图1 顶灯控制系统框架

顶灯控制方案见图2，该款灯与市面上的其他产品相比，为用户提供了更加通用的操作性，使得汽车内的驾驶员和不同位置的乘客都能够对顶灯进行控制和个性化设置。从开发者的角度考虑，该种方案能够有效地提升产品的自主力度、定制程度和生态扩展性，为未来更多的智能化方案和打造自身品牌特色提供基础。

图2 顶灯控制方案

在拟定的控制方案的基础上，针对新型顶灯功能展开详细的功能设想，作为汽车顶灯应保留传统阅读灯的基本功能，并以氛围灯功能的整合作为基础。其中，传统的阅读灯功能和模式包括：①基础照明；②门控模式；③亮度调节；④氛围灯功能包括灯光的多种颜色设置和发光模式选取，目前设置了4种氛围灯模式，分别是：朦胧渐变 （按照预先设定的颜色整体呈现呼吸效果）、间断闪烁 （上下每两个灯一组，设定一个组地址，总共氛围3组，依次控制其从左至右闪烁不一样的颜色和亮度）、涟漪变幻 （顺时针呈现不同颜色的流水效果）、节奏律动 （整体呈现不同的闪烁效果）。此外，顶灯可以结合汽车其他部分开发相应功能，如控制天窗的开闭、卷帘的开闭，还可以进行一些其他设置，如语言切换 （目前设计了中文、英文、德文3种语言模式）。

2.2 顶灯结构及界面设计

为了适应上述顶灯功能扩展和智能化需求，结构设计工作除去各种结构件的设计，还应包括照明模块中的发光面设计、导光结构设计、LED模组和阅读灯的布置设计，其中发光面和导光结构作为基础功能相关的部分，需要有一定的光学仿真分析作为根据和验证。此外，还应考虑操作模块中可能的触摸屏等部件的安装布置、通信模块中LIN总线的走线布置以及通信相关的PCB布置。同时需要考虑其散热要求，分析顶灯的主要发热元器件，进行热学模拟分析，添加相关的散热片以满足要求。结构模型效果见图3。

图3 结构模型效果图

设计中主要包括了如下几个模块：①灯盖壳的外围，充当整个灯盖面的外围，需与顶棚结构进行匹配；②发光面透明件；③灯盖壳的内圈，用于安装固定触摸屏并塞入棉塞；④触摸屏，控制顶灯，进行人机交互；⑤泡沫棉塞，起防尘和防止漏光的作用，共4块；⑥集光板，用于安装阅读灯LED，同时起防止漏光的作用；⑦阅读灯透镜 （透明件），作用是将阅读灯LED打出的强光进行柔和处理并导入集光板和发光面之间；⑧阅读灯LED PCB板；⑨阅读灯LED散热器，控制LED节点温度不至于过热；⑩氛围灯LED PCB板，在结构两端各布置6块，总共12块；11○上下光导，将一侧6颗LED发出的光线导到集光板和发光面之间；12○骨架，完成大多数其余组件的安装定位，将顶灯各部分整合为一体，并用于把整个顶灯安装到车顶上；13○主MCU PCB板；14○后盖，起保护作用。

触摸屏的界面设计采用简约风格，如图4所示，主界面分为阅读灯、氛围灯和其他3大类。其中阅读灯界面点击去展示前灯的控制界面，可以一起控制两只灯，也可以左右灯单独控制，同时还能前后切换，灯亮会高亮显示，长时间触摸会出现调节阅读灯亮度的bar；氛围灯目前设计了4种模式，每种模式可以单独设置R、G、B、亮度，且界面可以展示动画状态；其他界面目前设计了4种控制，分别是天窗、卷帘、语言切换和门控控制。

3 加工与实物

新型顶灯中不透明组件采用ABS塑料作为材料，透明件采用透明PC塑料作为材料。ABS塑料是一种由丙烯氰、丁二烯和苯乙烯共聚而成的新型高分子聚合物材料，兼具3种单体的良好性能［1］。这意味着ABS塑料具有良好的加工性、韧性、弹性、化学稳定性和表面硬度［2］，能够耐冲击、耐热、耐低温，目前，ABS因其优异的综合性能已广泛运用于汽车工业、电子电器、纺织、轻功和建筑等领域。

透明PC塑料，即聚碳酸酯，是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，作为一种热塑性工程塑料，PC塑料具有良好的抗冲击能力、尺寸稳定性、介电性能和透明性，并且耐热、无毒。在透光率方面，PC塑料可以高达88%~92%，折射率在1.58左右，非常适合制作透明光学件。样件通过精度较高的CNC数控机床加工得到。顶灯实物如图5所示。

图4 触摸屏界面设计

图5 顶灯实物

4 结语

本文采用全触摸式操作方案设计的顶灯，放弃传统按键布局，是一种全新的尝试；结构造型新颖，将阅读灯功能和氛围灯功能集成起来，设计相关光学件，样件的光照均匀，可以调节氛围灯的颜色和亮度。从顶灯集成氛围灯功能扩展的角度出发，后续丰富空间大，有利于未来更多功能的开发，为车企的创新提供了一定的参考意义。