汽车车门控制模块电路设计—电路图天天读（287）

　　车窗防夹功能是车门控制系统的难点之一。门控系统具有多种故障诊断能力，能够及时识别出短路、断路、过热、过载等故障。

　　1、车门控制模块的整体设计

　　图1是门控模块的原理框图，其中微控制器XC164CS用于控制所有功率器件的开关动作，同时对系统状态进行定时监控，接收合适的故障反馈信号，并通过车载网络（如CAN总线）实现与中央车身控制器及其他车门控制器的故障信息和按键控制信息的交换，从而及时在用户界面上显示故障内容并对车门进行实时控制，确保了行车安全。

　　

　　图1 门控模块整体原理框图

　　16位微控制器XC164CS基于增强 C166S V2结构，结合了RISC和CISC处理器的优点，并且通过MAC单元的DSP功能实现了强大的计算和控制能力。XC164CS把功能强劲的CPU内核和一整套强大的外设单元集成于一块芯片上，使得连接变得非常有效和方便。

　　电动车窗采用两个半桥智能功率驱动芯片BTS7960B组合成一个H桥驱动，中央门锁、后视镜和加热器的驱动芯片分别采用TLE6208-3G、 BTS7741G和BSP752R，车灯的驱动芯片采用BTS724。这些器件已提供了完善的故障检测及保护功能，因而避免了采用过多的分立元件，大大减小了模块体积，并提高了模块的EMC（电磁兼容）特性。

　　车门控制模块的电路主要由以下几部分组成：电源电路、电动车窗驱动电路、后视镜驱动电路、加热器驱动电路、中央门锁驱动电路、车灯驱动电路、CAN总线接口电路及按键接口电路等。

　　电动车窗的硬件设计

　　电动车窗驱动电路及启动特性

　　本车窗控制系统通过智能功率芯片BTS7960驱动直流电机转动，BTS7960的接口电路如图2所示。图中的引脚7960INH1、 7960IN1、7960IS1、7960INH2、7960IN2和7960IS2分别连接到XC164CS的I/0口P9.4、P1L.4、 P5.6、P9.5、P1L.5和P5.7。

　　

　　图2 BTS7960接口连线图

　　BTS7960是应用于电机驱动的大电流半桥高集成芯片，它带有一个P沟道的高边 MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC。P沟道高边开关省去了电荷泵的需求， 因而减小了EMI。集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能。BTS7960通态电阻典型值为16mΩ，驱动电流可达43A。因此即使在北方寒冷的冬天，仍能保证车窗的安全启动。

　　如图3所示，两片BTS7960构成全桥驱动车窗上升或下降。T1和T4导通时，车窗上升；T2和T3导通时，车窗下降。系统没有主动制动过程，车窗移好之后，上管触发信号停，通过该桥臂下管反并联二极管续流，直到电流为0A。续流过程持续250ms，足以满足车窗电机大功率的需求。为了避免车窗电机启动瞬间出现电流尖峰，通过对下桥臂开关管进行频率为20kHz的PWM信号控制，实现软启动功能。

　　2 BTS7960故障检测特性

　　如图3所示，BTS7960的芯片内部为一个半桥。INH引脚为高电平，使能BTS7960。IN引脚用于确定哪个MOSFET导通。IN=1且 INH=1时，高边MOSFET导通，OUT引脚输出高电平；IN=0且INH=1时，低边MOSFET导通，OUT引脚输出低电平。SR引脚外接电阻的大小，可以调节MOS管导通和关断的时间，具有防电磁干扰的功能。IS引脚是电流检测输出引脚。

　　

　　图3 全桥驱动电路示意图

　　BTS7960的引脚IS具有电流检测功能。正常模式下，从IS引脚流出的电流与流经高边MOS管的电流成正比，若RIS=1kΩ，则V IS=I load/8.5；在故障条件下，从IS引脚流出的电流等于I IS（lim） （约4.5mA），最后的效果是IS为高电平。如图4所示，图（a）为正常模式下IS引脚电流输出，图（b）为故障条件下IS引脚上的电流输出。

　　BTS7960短路故障实验的实验条件如下：+12.45V电池电压，+5V电源供电，2.0m短路导线（R=0.2Ω），横截面积为0.75 mm，连接1kΩ电阻和一个发光二极管。V S与电池正极间导线长1.5m（R=0.15Ω）。如图5所示，其中V IS是IS引脚对地的电压、V L是OUT引脚对地电压，I L为发生对地短路故障时，流过BTS7960的短路电流。

　　

　　（a） （b）

　　图4 BTS7960电流检测引脚IS的工作原理图

　　3、 汽车门锁控制电路特点

　　现代轿车都装有门锁装置，一般有解锁、锁止两种状态，锁止时通过内外把手均无法打开车门。传统的汽 车门锁电路工作原理图如图1所示：当旋转车钥匙或按下门提手会带动锁止机构运动，带动状态开关K1和K2动作，电容C1（或C2）放电，继电器J1（或 J2）吸和，执行电动机M1（或M2）通电带动锁止机构动作。放完电后继电器释放，电动机停止，解锁过程自动完成。

　　
图5 门锁控制装置原理图

　　在这个过程中若驾驶员忘记拔钥匙，就按下门提手锁止车门，会把车钥匙遗留在点火开关钥匙孔内，造成 很大麻烦。因此，为了避免上述情况发生，专门设计了门锁控制电路。本设计的特点是当驾驶员将钥匙遗忘在点火开关内时，将向驾驶员提供一个车门处于解锁状态 的信号，这样驾驶员就要检查钥匙是不是没有拔出；再有就是拔出钥匙关车门准备锁车时，若车门没有关好，也会向驾驶员提供一个解锁状态的信号，提醒驾驶员检 查车门，防止出现车门未被彻底锁止的现象发生，以免造成不必要的人身和财产损失。

　　随着轿车对乘用舒适性、操纵方便性、使用安全性的要求，现在的轿车都采用了电控门锁系统如图2所 示，并使用了电子技术和无线电技术，有的还接入汽车中央微电脑控制系统，并与启动、点火系统相连接进行防盗控制。本设计中的汽车门锁控制电路主要指数字电 路设计部分，即图2中92处的电控单元。

　　

　　汽车门锁控制电路分析

　　根据汽车门锁控制电路的控制要求，在正常情况下，当驾驶员拔出发动机钥匙，准备锁车时，则钥匙位置 检测开关状态为1；接着进行车门状态检测，4个车门均关好，则车门状态检测开关也为1，此时可以发出解锁信号且输出为0，而锁止信号则由车门锁或车内门锁 控制开关的状态决定，当这两组开关中有一组为锁止状态，则发出锁止信号且输出为1。

　　当钥匙遗忘在点火开关内时，即钥匙位置检测开关状态为0，则发出解锁信号且输出为1，而锁止信号输出为0，即车门不能锁止，即提醒驾驶员钥匙遗忘车内。

　　当车门未关好时，即4个车门中只要有一个没关好，则车门状态检测开关为0，发出解锁信号且输出为1，而锁止信号输出为0，使得车门无法锁止，提醒驾驶员车门未关好。

　　编辑点评：本文结合汽车车门控制模块设计的项目实践，重点介绍了电动车窗部分的硬件和汽车门锁的电路设计。对智能功率芯片BTS7960在正常运行时的启动特性及故障检测特性进行了研究与分析，并给出了试验结果。
电子发烧友《智能医疗特刊》，更多优质内容，马上下载阅览