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【摘 要】 当前，我国汽车的数量急剧增加。汽车已经成为人们出行的重要交通工具。但是，汽车数量增加的同时，也给汽车的行驶道路安全提出了严峻的考验。汽车引发的交通事故增加使人們对于汽车故障的重视程度不断提高。因此，智能控制逐渐替代人工开发，实现了汽车控制的自动化。
【关键词】 汽车；尾灯；智能化；控制；设计
一、前言
汽车尾灯是汽车重要的信号灯具，它的信号变化能够及时显示汽车的行车状态和行驶轨迹，是汽车安全行驶的重要保障。
二、汽车结构组成
生活中常见的汽车有多种类型，但是其内部构造有许多类似的地方。概括起来汽车的主要结构包括发动机、底盘、车身和电气设备等组成。
发动机是动力装置，主要任务是将燃料（主要是汽油或柴油）燃烧的能量转换成汽车的机械能。衡量汽车发动机性能的参数主要是最大扭力和马力的最高峰值以及他们在中、高、低速分布的均衡程度。发动机的安装位置主要分布在车辆的前部、中部、尾部三种安装方式。底盘由行驶系、转向系、制动系、传动系四部分组成。传动系主要将发动机发出的动力经过特殊的传动装置（主要是离合器和变速器），驱动车轮的运动。传动系主要包括离合器，变速器，万向传动装置，主减速器及差速器，半轴等部分。行驶系是用来支持全车的质量，由车架、车轮、悬架和车桥组成。
转向系主要有机械式转向系和动力转向系两种结构，主要包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构等部分。制动系是汽车装设的全部制动和减速系统的总称，其功能是使行驶中的汽车减低速度或停止行驶，或使已停驶的汽车保持不动。制动系主要包括制动器、制动传动装置。现代汽车制动系中还装设了制动防抱死装置。
三、电路设计要求及控制原理
汽车在行驶过程中一般会发出“左转弯”、“右转弯”、“超车”、“刹车”和“靠边停车”等信息。本文设计出控制汽车六个尾灯的电路，具体要求当汽车在正常的直行的过程中，所有的灯全部熄灭；当汽车右转弯时，汽车右面的3个尾灯从左到右依次亮灭；当汽车左转弯时，汽车左面的3个尾灯从右到左依次亮灭；当汽车刹车时，汽车的6个尾灯同时闪烁。用六个LED灯分别代表汽车尾部两侧的三个灯，另外使用两个开关代表转弯信号，一个开关代表左转弯，另一个代表右转弯信号。如果两个开关同时接通时，代表汽车紧急刹车，六个灯同时闪烁用于警示过往的行人和车辆。表1清晰的表示出汽车尾灯的设计要求。
汽车尾灯智能控制电路包括三部分—驱动电路、控制电路和显示电路。因为当汽车转弯时需要控制三个LED灯循环闪烁，因此要使用三进制的计数器控制尾灯按照要求顺次点亮闪烁。将6个指示灯连接到译码器相应的输出端，通过改变其输入控制灯循环亮灭。根据给定条件下指示灯的开关状态，从而得出汽车尾灯相关的逻辑功能表。
四、电路设计
1、驱动电路的设计
尾灯智能控制电路主要包括驱动电路、开关控制部分、显示部分和时钟部分。对于驱动电路的设计主要任务是构建一个同步的三进制计数器。本文使用十进制计数器74160N采用置数法制成三进制计数器。进行重新置数时首先令接地状态外为0，当=0100时因为74160N的输入端是低电平有效，所以将的一端经过一个非门后连接到74160N的输入端（LOAD端）。
另外，使用74L138C型的3-8译码器，产生对应着三位二进制表示的8中状态的输出信号，138译码器8种输入代码对应着输出端唯一一根输出线上的高电平信号。在上文已经利用十进制计数器制成了三进制计数器，即有11、10、00这三种状态，这样只需要在138译码器的输入端增加一个控制开关就可以组成000、100、010、001、101、110这六种不同的状态。
2、显示电路和开关控制电路的设计
138译码器的输出的控制信号，设计中要求我们需要出现全部尾灯闪烁状态，此时我们就要把时钟脉冲考虑进来，对G1而言，高电平有效，需要尾灯闪烁时，此时我们可以考虑令其处于低电平0状态。由于译码器为输出低电平有效，探测器为高电平有效，所以我们考虑在探测器输入端加一与非门，除刹车外，与非门的另一端均为高电平；其他情况为时钟脉冲，此端标记为A。两个开关有四种状态，我们令每个开关的两端分别接地和5V电源。
通过上面的分析可知，CLK、K1、K2和A之间是相互联系的，通过卡诺图化简可知，
A=K1'+K2'+CLK
由此能够得到开关控制的真值表，通过分析真值表可知，G1、K1、K2构成异或关系。
五、电路工作原理分析
汽车尾灯控制器如图1所示，它由模式控制电路、振荡电路、三进制计数器、译码器和驱动显示电路五个部分组成。
1、振荡电路
振荡电路是由555定时器和外接元件R1、R2、C1、C2构成的多谐振荡器。输出脉冲的频率为：f≈1.43/[（R1+2R2）C1]≈1Hz，即1秒。输出的脉冲一路驱动触发器U2B、U2A进行循环计数；另一路送到模式控制电路，使汽车在雨天、雾天或遇紧急情况直行时，汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁。
2、三进制计数器
选用双JK边沿触发器74LS112构成三进制同步加法计数器。当CP接555定时器的输出脉冲时，触发器U2B、U2A的输出端按00→01→10→00→…循环输出脉冲，驱动译码器U3B、U3A进行译码，按模式要求驱动汽车尾灯工作。
3、译码器
选用双二线-四线译码器74LS139进行译码，其功能是当=1时，Y0Y1Y2Y3=1111；当=0，同时BA=00→01→10→00→…时，输出端Y0Y1Y2Y3=0111→1011→1101→0111→…，该输出信号输送给驱动显示电路，使汽车尾灯按模式要求显示。 4、驱动显示电路
汽车尾灯用发光二极管模拟，尾灯显示驱动电路的任务是在控制信号作用下驱动发光二极管的亮和灭。6只发光二极管分为左右两组，分别经过200Ω的限流电阻后接地，它们与6个四输入与非门（3块74LS20）一起构成驱动显示电路。
5、模式控制电路
模式控制电路主要由四个开关K1、K2、K3、K4和与非门U7A、U7B组成。
（1）当汽车正常直行时，开关K1、K2、K3接高电平，K4接低电平，K1、K2的高电平使译码器U3A、U3B的所有输出端为高电平；K4的低电平使与非门U7A、U7B输出高电平，这样6个四输入与非门的所有输入端全部为高电平，输出端全部为低电平，则汽车6个尾灯全灭。
（2）当汽车直行向右拐弯时，K2、K4接低电平，K1、K3接高电平，译码器U3B正常译码，在U2B、U2A输出00→01→10→00→…循环脉冲驱动下，输出端Y0、Y1、Y2依次循环输出低电平，通过与非门U5B、U6A、U6B依次循环输出高电平驱动L4、L5、L6依次循环点亮，即汽车右面3个尾灯从左到右循环顺序亮灭；而左面3个尾灯与直行状态一样处于灭状态。
（3）当汽车直行向左拐弯时，K1、K4接低电平，K2、K3接高电平，译码器U3A正常译码，在U2B、U2A输出00→01→10→00→…循环脉冲驱动下，输出端Y0、Y1、Y2依次循环输出低电平，通过与非门U5A、U4A、U4B依次循环输出高电平驱动L1、L2、L3依次循环点亮，即汽车左面3个尾灯从右到左循环顺序亮灭；而右面3个尾燈与直行状态一样处于灭状态。
（4）当汽车夜间直行时，K1、K2、K4接低电平，K3接高电平，汽车左面3个尾灯与汽车左拐弯时状态一样从右到左循环顺序亮灭；汽车右面3个尾灯与汽车右拐弯时状态一样从左到右循环顺序亮灭，即汽车左、右两面3个尾灯同时由里向外循环顺序亮灭。如果这时左拐弯，则把K2接高电平；如果右拐弯，则把K1接高电平即可。
（5）当汽车雨天、雾天或遇紧急情况直行时，K1、K2、K3接高电平，K4接振荡电路的输出脉冲，这时译码器U3A、U3B不译码，输出全为高电平，而秒脉冲经与非门U7A、U7B倒相后再经6个四输入与非门倒相，分别驱动汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁。这时如果汽车左拐弯，即把K1接低电平，其它开关状态不变，这时与非门U7B输出为高电平，锁住了秒脉冲，致使汽车右面3个尾灯L4、L5、L6全灭，汽车左面3个尾灯是同时亮、灭闪烁和左拐弯时从右到左循环顺序亮管D1截止不亮，光耦内部的光敏三极管截止，由于R2上拉阻的存在，此时将逻辑“1”送入FPGA。
当以上的各个逻辑条件都送“0”到FPGA处理器内，它就会根据逻辑条件成立的条件，形成输出信号，去控制外部的K4的吸合。输出端当外部控制电路信号正常时，FPGA输入过来低电平地信号，将12v拉低，光耦合动作，从而形成交流36V的控制信号去K4，让其吸合。
六、结束语
综上所述，随着汽车技术的不断发展，电子化、智能化、信息化的趋势将日益显现。智能化控制技术在汽车中的应用也将更加普遍。对汽车尾灯智能化控制是汽车行车安全的保障，该项技术也将更加广泛的应用。
参考文献：
[1]阎石.数字电子技术基础（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2013，54（22）：54
[2]刘雅琨，冷刘伟.汽车尾灯智能控制电路设计[J].科技经济市场，2011，54（10）：32-34.
[3]谢鹏洲.EQ1141G型汽车尾灯故障指示灯故障诊断[J].汽车电器，2014，1（5）：55.
[4]肖栋王恩元刘贞堂.汽车前灯会灯及尾灯警示自动控制系统[J].汽车科技，2013，32（3）：15-16.
[5]刘雅琨，冷刘伟.汽车尾灯智能控制电路设计[J].科技经济市场，2011，65（5）：9-10.
[6]张树峰.怎样使用汽车灯[J].实用汽车技术，2013，54（1）：13.
【关键词】 汽车；尾灯；智能化；控制；设计
一、前言
汽车尾灯是汽车重要的信号灯具，它的信号变化能够及时显示汽车的行车状态和行驶轨迹，是汽车安全行驶的重要保障。
二、汽车结构组成
生活中常见的汽车有多种类型，但是其内部构造有许多类似的地方。概括起来汽车的主要结构包括发动机、底盘、车身和电气设备等组成。
发动机是动力装置，主要任务是将燃料（主要是汽油或柴油）燃烧的能量转换成汽车的机械能。衡量汽车发动机性能的参数主要是最大扭力和马力的最高峰值以及他们在中、高、低速分布的均衡程度。发动机的安装位置主要分布在车辆的前部、中部、尾部三种安装方式。底盘由行驶系、转向系、制动系、传动系四部分组成。传动系主要将发动机发出的动力经过特殊的传动装置（主要是离合器和变速器），驱动车轮的运动。传动系主要包括离合器，变速器，万向传动装置，主减速器及差速器，半轴等部分。行驶系是用来支持全车的质量，由车架、车轮、悬架和车桥组成。
转向系主要有机械式转向系和动力转向系两种结构，主要包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构等部分。制动系是汽车装设的全部制动和减速系统的总称，其功能是使行驶中的汽车减低速度或停止行驶，或使已停驶的汽车保持不动。制动系主要包括制动器、制动传动装置。现代汽车制动系中还装设了制动防抱死装置。
三、电路设计要求及控制原理
汽车在行驶过程中一般会发出“左转弯”、“右转弯”、“超车”、“刹车”和“靠边停车”等信息。本文设计出控制汽车六个尾灯的电路，具体要求当汽车在正常的直行的过程中，所有的灯全部熄灭；当汽车右转弯时，汽车右面的3个尾灯从左到右依次亮灭；当汽车左转弯时，汽车左面的3个尾灯从右到左依次亮灭；当汽车刹车时，汽车的6个尾灯同时闪烁。用六个LED灯分别代表汽车尾部两侧的三个灯，另外使用两个开关代表转弯信号，一个开关代表左转弯，另一个代表右转弯信号。如果两个开关同时接通时，代表汽车紧急刹车，六个灯同时闪烁用于警示过往的行人和车辆。表1清晰的表示出汽车尾灯的设计要求。
汽车尾灯智能控制电路包括三部分—驱动电路、控制电路和显示电路。因为当汽车转弯时需要控制三个LED灯循环闪烁，因此要使用三进制的计数器控制尾灯按照要求顺次点亮闪烁。将6个指示灯连接到译码器相应的输出端，通过改变其输入控制灯循环亮灭。根据给定条件下指示灯的开关状态，从而得出汽车尾灯相关的逻辑功能表。
四、电路设计
1、驱动电路的设计
尾灯智能控制电路主要包括驱动电路、开关控制部分、显示部分和时钟部分。对于驱动电路的设计主要任务是构建一个同步的三进制计数器。本文使用十进制计数器74160N采用置数法制成三进制计数器。进行重新置数时首先令接地状态外为0，当=0100时因为74160N的输入端是低电平有效，所以将的一端经过一个非门后连接到74160N的输入端（LOAD端）。
另外，使用74L138C型的3-8译码器，产生对应着三位二进制表示的8中状态的输出信号，138译码器8种输入代码对应着输出端唯一一根输出线上的高电平信号。在上文已经利用十进制计数器制成了三进制计数器，即有11、10、00这三种状态，这样只需要在138译码器的输入端增加一个控制开关就可以组成000、100、010、001、101、110这六种不同的状态。
2、显示电路和开关控制电路的设计
138译码器的输出的控制信号，设计中要求我们需要出现全部尾灯闪烁状态，此时我们就要把时钟脉冲考虑进来，对G1而言，高电平有效，需要尾灯闪烁时，此时我们可以考虑令其处于低电平0状态。由于译码器为输出低电平有效，探测器为高电平有效，所以我们考虑在探测器输入端加一与非门，除刹车外，与非门的另一端均为高电平；其他情况为时钟脉冲，此端标记为A。两个开关有四种状态，我们令每个开关的两端分别接地和5V电源。
通过上面的分析可知，CLK、K1、K2和A之间是相互联系的，通过卡诺图化简可知，
A=K1'+K2'+CLK
由此能够得到开关控制的真值表，通过分析真值表可知，G1、K1、K2构成异或关系。
五、电路工作原理分析
汽车尾灯控制器如图1所示，它由模式控制电路、振荡电路、三进制计数器、译码器和驱动显示电路五个部分组成。
1、振荡电路
振荡电路是由555定时器和外接元件R1、R2、C1、C2构成的多谐振荡器。输出脉冲的频率为：f≈1.43/[（R1+2R2）C1]≈1Hz，即1秒。输出的脉冲一路驱动触发器U2B、U2A进行循环计数；另一路送到模式控制电路，使汽车在雨天、雾天或遇紧急情况直行时，汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁。
2、三进制计数器
选用双JK边沿触发器74LS112构成三进制同步加法计数器。当CP接555定时器的输出脉冲时，触发器U2B、U2A的输出端按00→01→10→00→…循环输出脉冲，驱动译码器U3B、U3A进行译码，按模式要求驱动汽车尾灯工作。
3、译码器
选用双二线-四线译码器74LS139进行译码，其功能是当=1时，Y0Y1Y2Y3=1111；当=0，同时BA=00→01→10→00→…时，输出端Y0Y1Y2Y3=0111→1011→1101→0111→…，该输出信号输送给驱动显示电路，使汽车尾灯按模式要求显示。 4、驱动显示电路
汽车尾灯用发光二极管模拟，尾灯显示驱动电路的任务是在控制信号作用下驱动发光二极管的亮和灭。6只发光二极管分为左右两组，分别经过200Ω的限流电阻后接地，它们与6个四输入与非门（3块74LS20）一起构成驱动显示电路。
5、模式控制电路
模式控制电路主要由四个开关K1、K2、K3、K4和与非门U7A、U7B组成。
（1）当汽车正常直行时，开关K1、K2、K3接高电平，K4接低电平，K1、K2的高电平使译码器U3A、U3B的所有输出端为高电平；K4的低电平使与非门U7A、U7B输出高电平，这样6个四输入与非门的所有输入端全部为高电平，输出端全部为低电平，则汽车6个尾灯全灭。
（2）当汽车直行向右拐弯时，K2、K4接低电平，K1、K3接高电平，译码器U3B正常译码，在U2B、U2A输出00→01→10→00→…循环脉冲驱动下，输出端Y0、Y1、Y2依次循环输出低电平，通过与非门U5B、U6A、U6B依次循环输出高电平驱动L4、L5、L6依次循环点亮，即汽车右面3个尾灯从左到右循环顺序亮灭；而左面3个尾灯与直行状态一样处于灭状态。
（3）当汽车直行向左拐弯时，K1、K4接低电平，K2、K3接高电平，译码器U3A正常译码，在U2B、U2A输出00→01→10→00→…循环脉冲驱动下，输出端Y0、Y1、Y2依次循环输出低电平，通过与非门U5A、U4A、U4B依次循环输出高电平驱动L1、L2、L3依次循环点亮，即汽车左面3个尾灯从右到左循环顺序亮灭；而右面3个尾燈与直行状态一样处于灭状态。
（4）当汽车夜间直行时，K1、K2、K4接低电平，K3接高电平，汽车左面3个尾灯与汽车左拐弯时状态一样从右到左循环顺序亮灭；汽车右面3个尾灯与汽车右拐弯时状态一样从左到右循环顺序亮灭，即汽车左、右两面3个尾灯同时由里向外循环顺序亮灭。如果这时左拐弯，则把K2接高电平；如果右拐弯，则把K1接高电平即可。
（5）当汽车雨天、雾天或遇紧急情况直行时，K1、K2、K3接高电平，K4接振荡电路的输出脉冲，这时译码器U3A、U3B不译码，输出全为高电平，而秒脉冲经与非门U7A、U7B倒相后再经6个四输入与非门倒相，分别驱动汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁。这时如果汽车左拐弯，即把K1接低电平，其它开关状态不变，这时与非门U7B输出为高电平，锁住了秒脉冲，致使汽车右面3个尾灯L4、L5、L6全灭，汽车左面3个尾灯是同时亮、灭闪烁和左拐弯时从右到左循环顺序亮管D1截止不亮，光耦内部的光敏三极管截止，由于R2上拉阻的存在，此时将逻辑“1”送入FPGA。
当以上的各个逻辑条件都送“0”到FPGA处理器内，它就会根据逻辑条件成立的条件，形成输出信号，去控制外部的K4的吸合。输出端当外部控制电路信号正常时，FPGA输入过来低电平地信号，将12v拉低，光耦合动作，从而形成交流36V的控制信号去K4，让其吸合。
六、结束语
综上所述，随着汽车技术的不断发展，电子化、智能化、信息化的趋势将日益显现。智能化控制技术在汽车中的应用也将更加普遍。对汽车尾灯智能化控制是汽车行车安全的保障，该项技术也将更加广泛的应用。
参考文献：
[1]阎石.数字电子技术基础（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2013，54（22）：54
[2]刘雅琨，冷刘伟.汽车尾灯智能控制电路设计[J].科技经济市场，2011，54（10）：32-34.
[3]谢鹏洲.EQ1141G型汽车尾灯故障指示灯故障诊断[J].汽车电器，2014，1（5）：55.
[4]肖栋王恩元刘贞堂.汽车前灯会灯及尾灯警示自动控制系统[J].汽车科技，2013，32（3）：15-16.
[5]刘雅琨，冷刘伟.汽车尾灯智能控制电路设计[J].科技经济市场，2011，65（5）：9-10.
[6]张树峰.怎样使用汽车灯[J].实用汽车技术，2013，54（1）：13.