車窗防夾功能是車門控制系統(tǒng)的難點(diǎn)之一。門控系統(tǒng)具有多種故障診斷能力，能夠及時識別出短路、斷路、過熱、過載等故障。

　　1、車門控制模塊的整體設(shè)計(jì)

　　圖1是門控模塊的原理框圖，其中微控制器XC164CS用于控制所有功率器件的開關(guān)動作，同時對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行定時監(jiān)控，接收合適的故障反饋信號，并通過車載網(wǎng)絡(luò)（如CAN總線）實(shí)現(xiàn)與中央車身控制器及其他車門控制器的故障信息和按鍵控制信息的交換，從而及時在用戶界面上顯示故障內(nèi)容并對車門進(jìn)行實(shí)時控制，確保了行車安全。

　　圖1 門控模塊整體原理框圖

　　16位微控制器XC164CS基于增強(qiáng) C166S V2結(jié)構(gòu)，結(jié)合了RISC和CISC處理器的優(yōu)點(diǎn)，并且通過MAC單元的DSP功能實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的計(jì)算和控制能力。XC164CS把功能強(qiáng)勁的CPU內(nèi)核和一整套強(qiáng)大的外設(shè)單元集成于一塊芯片上，使得連接變得非常有效和方便。

　　電動車窗采用兩個半橋智能功率驅(qū)動芯片BTS7960B組合成一個H橋驅(qū)動，中央門鎖、后視鏡和加熱器的驅(qū)動芯片分別采用TLE6208-3G、 BTS7741G和BSP752R，車燈的驅(qū)動芯片采用BTS724。這些器件已提供了完善的故障檢測及保護(hù)功能，因而避免了采用過多的分立元件，大大減小了模塊體積，并提高了模塊的EMC（電磁兼容）特性。

　　車門控制模塊的電路主要由以下幾部分組成：電源電路、電動車窗驅(qū)動電路、后視鏡驅(qū)動電路、加熱器驅(qū)動電路、中央門鎖驅(qū)動電路、車燈驅(qū)動電路、CAN總線接口電路及按鍵接口電路等。

　　電動車窗的硬件設(shè)計(jì)

　　電動車窗驅(qū)動電路及啟動特性

　　本車窗控制系統(tǒng)通過智能功率芯片BTS7960驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，BTS7960的接口電路如圖2所示。圖中的引腳7960INH1、 7960IN1、7960IS1、7960INH2、7960IN2和7960IS2分別連接到XC164CS的I/0口P9.4、P1L.4、 P5.6、P9.5、P1L.5和P5.7。

　　圖2 BTS7960接口連線圖

　　BTS7960是應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動的大電流半橋高集成芯片，它帶有一個P溝道的高邊 MOSFET、一個N溝道的低邊MOSFET和一個驅(qū)動IC。P溝道高邊開關(guān)省去了電荷泵的需求， 因而減小了EMI。集成的驅(qū)動IC具有邏輯電平輸入、電流診斷、斜率調(diào)節(jié)、死區(qū)時間產(chǎn)生和過溫、過壓、欠壓、過流及短路保護(hù)的功能。BTS7960通態(tài)電阻典型值為16mΩ，驅(qū)動電流可達(dá)43A。因此即使在北方寒冷的冬天，仍能保證車窗的安全啟動。

　　如圖3所示，兩片BTS7960構(gòu)成全橋驅(qū)動車窗上升或下降。T1和T4導(dǎo)通時，車窗上升；T2和T3導(dǎo)通時，車窗下降。系統(tǒng)沒有主動制動過程，車窗移好之后，上管觸發(fā)信號停，通過該橋臂下管反并聯(lián)二極管續(xù)流，直到電流為0A。續(xù)流過程持續(xù)250ms，足以滿足車窗電機(jī)大功率的需求。為了避免車窗電機(jī)啟動瞬間出現(xiàn)電流尖峰，通過對下橋臂開關(guān)管進(jìn)行頻率為20kHz的PWM信號控制，實(shí)現(xiàn)軟啟動功能。

　　2 BTS7960故障檢測特性

　　如圖3所示，BTS7960的芯片內(nèi)部為一個半橋。INH引腳為高電平，使能BTS7960。IN引腳用于確定哪個MOSFET導(dǎo)通。IN=1且 INH=1時，高邊MOSFET導(dǎo)通，OUT引腳輸出高電平；IN=0且INH=1時，低邊MOSFET導(dǎo)通，OUT引腳輸出低電平。SR引腳外接電阻的大小，可以調(diào)節(jié)MOS管導(dǎo)通和關(guān)斷的時間，具有防電磁干擾的功能。IS引腳是電流檢測輸出引腳。

　　圖3 全橋驅(qū)動電路示意圖

　　BTS7960的引腳IS具有電流檢測功能。正常模式下，從IS引腳流出的電流與流經(jīng)高邊MOS管的電流成正比，若RIS=1kΩ，則V IS=I load/8.5；在故障條件下，從IS引腳流出的電流等于I IS（lim） （約4.5mA），最后的效果是IS為高電平。如圖4所示，圖（a）為正常模式下IS引腳電流輸出，圖（b）為故障條件下IS引腳上的電流輸出。

　　BTS7960短路故障實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件如下：+12.45V電池電壓，+5V電源供電，2.0m短路導(dǎo)線（R=0.2Ω），橫截面積為0.75 mm，連接1kΩ電阻和一個發(fā)光二極管。V S與電池正極間導(dǎo)線長1.5m（R=0.15Ω）。如圖5所示，其中V IS是IS引腳對地的電壓、V L是OUT引腳對地電壓，I L為發(fā)生對地短路故障時，流過BTS7960的短路電流。

　　（a） （b）

　　圖4 BTS7960電流檢測引腳IS的工作原理圖

　　3、 汽車門鎖控制電路特點(diǎn)

　　現(xiàn)代轎車都裝有門鎖裝置，一般有解鎖、鎖止兩種狀態(tài)，鎖止時通過內(nèi)外把手均無法打開車門。傳統(tǒng)的汽 車門鎖電路工作原理圖如圖1所示：當(dāng)旋轉(zhuǎn)車鑰匙或按下門提手會帶動鎖止機(jī)構(gòu)運(yùn)動，帶動狀態(tài)開關(guān)K1和K2動作，電容C1（或C2）放電，繼電器J1（或 J2）吸和，執(zhí)行電動機(jī)M1（或M2）通電帶動鎖止機(jī)構(gòu)動作。放完電后繼電器釋放，電動機(jī)停止，解鎖過程自動完成。

　　
圖5 門鎖控制裝置原理圖

　　在這個過程中若駕駛員忘記拔鑰匙，就按下門提手鎖止車門，會把車鑰匙遺留在點(diǎn)火開關(guān)鑰匙孔內(nèi)，造成 很大麻煩。因此，為了避免上述情況發(fā)生，專門設(shè)計(jì)了門鎖控制電路。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是當(dāng)駕駛員將鑰匙遺忘在點(diǎn)火開關(guān)內(nèi)時，將向駕駛員提供一個車門處于解鎖狀態(tài) 的信號，這樣駕駛員就要檢查鑰匙是不是沒有拔出；再有就是拔出鑰匙關(guān)車門準(zhǔn)備鎖車時，若車門沒有關(guān)好，也會向駕駛員提供一個解鎖狀態(tài)的信號，提醒駕駛員檢 查車門，防止出現(xiàn)車門未被徹底鎖止的現(xiàn)象發(fā)生，以免造成不必要的人身和財(cái)產(chǎn)損失。

　　隨著轎車對乘用舒適性、操縱方便性、使用安全性的要求，現(xiàn)在的轎車都采用了電控門鎖系統(tǒng)如圖2所 示，并使用了電子技術(shù)和無線電技術(shù)，有的還接入汽車中央微電腦控制系統(tǒng)，并與啟動、點(diǎn)火系統(tǒng)相連接進(jìn)行防盜控制。本設(shè)計(jì)中的汽車門鎖控制電路主要指數(shù)字電 路設(shè)計(jì)部分，即圖2中92處的電控單元。

　　汽車門鎖控制電路分析

　　根據(jù)汽車門鎖控制電路的控制要求，在正常情況下，當(dāng)駕駛員拔出發(fā)動機(jī)鑰匙，準(zhǔn)備鎖車時，則鑰匙位置 檢測開關(guān)狀態(tài)為1；接著進(jìn)行車門狀態(tài)檢測，4個車門均關(guān)好，則車門狀態(tài)檢測開關(guān)也為1，此時可以發(fā)出解鎖信號且輸出為0，而鎖止信號則由車門鎖或車內(nèi)門鎖 控制開關(guān)的狀態(tài)決定，當(dāng)這兩組開關(guān)中有一組為鎖止?fàn)顟B(tài)，則發(fā)出鎖止信號且輸出為1。

　　當(dāng)鑰匙遺忘在點(diǎn)火開關(guān)內(nèi)時，即鑰匙位置檢測開關(guān)狀態(tài)為0，則發(fā)出解鎖信號且輸出為1，而鎖止信號輸出為0，即車門不能鎖止，即提醒駕駛員鑰匙遺忘車內(nèi)。

　　當(dāng)車門未關(guān)好時，即4個車門中只要有一個沒關(guān)好，則車門狀態(tài)檢測開關(guān)為0，發(fā)出解鎖信號且輸出為1，而鎖止信號輸出為0，使得車門無法鎖止，提醒駕駛員車門未關(guān)好。

　　編輯點(diǎn)評：本文結(jié)合汽車車門控制模塊設(shè)計(jì)的項(xiàng)目實(shí)踐，重點(diǎn)介紹了電動車窗部分的硬件和汽車門鎖的電路設(shè)計(jì)。對智能功率芯片BTS7960在正常運(yùn)行時的啟動特性及故障檢測特性進(jìn)行了研究與分析，并給出了試驗(yàn)結(jié)果。
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