车门控制模块的电动车窗的设计

1、车门控制模块的电动车窗的设计以前曾用机械办法控制的车门系统现在逐渐改成控制，越来越多的低端汽车也开头采纳电子控制的车门控制系统，利用can或者lin通信技术实现四个车门之间的通信。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，能够准时识别出短路、断路、过热、过载等故障。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软件设计。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举行了讨论与分析，并给出了实验结果。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用于控制全部功率器件的开关动作，同时对系统状态举行定时

2、监控，接收合适的故障反馈信号，并通过车载网络（如）实现与中心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，从而准时在用户界面上显示故障内容并对车门举行实时控制，确保了行车平安。图1 门控模块整体原理框图16位微控制器xc164cs基于增加 c166s v2结构，结合了risc和cisc处理器的优点，并且通过mac单元的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，使得衔接变得十分有效和便利。电动车窗采纳两个半桥智能功率驱动芯片bts7960b组合成一个h桥驱动，中心门锁、后视镜和加热器的驱动芯片分离采纳tle6208-3

3、g、 bts7741g和bsp752r，车灯的驱动芯片采纳bts724。这些器件已提供了完美的故障检测及庇护功能，因而避开了采纳过多的分立元件，大大减小了模块体积，并提高了模块的（电磁兼容）特性。车门控制模块的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、中心门锁驱动电路、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1 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2所示。图中的引脚7960inh1、 7960in1、7960is1、7960inh2、7960in2和7

4、960is2分离衔接到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半桥高集成芯片，它带有一个p沟道的高边、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具有规律电平输入、电流诊断、斜率调整、死区时光产生和过温、过压、欠压、过流及短路庇护的功能。bts7960通态典型值为16m，驱动电流可达43a。因此即使在北方严寒的冬天，仍能保证车窗的平安启动。3所示，两片bts7960构成全桥驱动车窗升高或下降。t1和t4导通时，车窗

5、升高；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。为了避开车窗电机启动眨眼浮现电流尖峰，通过对下桥臂开关管举行频率为20khz的信号控制，实现软启动功能。2 bts7960故障检测特性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，

6、可以调整mos管导通和关断的时光，具有防电磁干扰的功能。is引脚是电流检测输出引脚。图3 全桥驱动电路暗示图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=1k,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。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短路故障试验的试验条件如下：+12.45v电池，+5v电源供电，2.0m短路导线（r=0.2），横截面积为0.75 mm，衔接1k电

7、阻和一个。v s与电池正极间导线长1.5m（r=0.15）。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的工作原理图无论是先上电后短路还是先短路后上电，bts7960都展现出相同的庇护特性，所以下文将只就其一举行叙述。图5 bts7960的对地短路试验图6和图7分离为bts7960先短路后上电短路试验波形图的前半部分和后半部分。短路眨眼输出端电流快速升高，在80s的时光内，电流升高到峰值，可达62a左右。此时，bts7960检测出短路故障，关断mos管，输出电流下

8、降直至0a, 紫色箭头所指部分有显然的关断，图中虚线所夹部分为mos管的关断及维持关断的过程，囫囵过程持续时光约为80s。短路导通眨眼，out引脚输出电压为 5v左右，这是短路导线与电池和地之间的总电阻的分压值；mos管关断期间，out引脚输出电压为0v。在电流急剧下降的眨眼，短路导线上感应出微弱的反向电动势，所以out引脚输出电压会展现出短时光负电压。状态检测引脚is在5v左右上下波动，其具有随短路电流上下波动的特点。囫囵短路过程中， bts7960周期性的关断mos管，防止短路电流使芯片持续升温，导致芯片过热烧毁，从而有效地庇护了芯片。最后，bts7960彻低关断mos管，短路电流缓降为0

9、a，is管脚在mos管彻低关断后约500s由自身的冷却复原至正常电平。图2 bts7960短路试验波形图前半部分图7 bts7960短路试验波形后半部分电动车窗的软件设计1 驱动芯片bts7960的软件设计电动车窗部分，在硬件上通过bts7960驱动直流电机转动，使窗升高或下降。采纳两片bts7960b构成全桥工作。bts7960与微控制器的接口信号包括in1、in2、inh1和inh2；is1和is2是电流检测信号。车窗升高：in1=1，in2=0，inh1/2=1；车窗下降：in1=0，in2=1，inh1/2=1。囫囵驱动过程可分为软启动、满pwm输出、续流和停止四个阶段。车窗升降过程通

10、过对下桥臂开关管举行pwm控制实现软启动功能，pwm频率为20khz，软启动持续200ms，在这一过程中，占空比逐渐增大，从0%增强到100%，分成10段，每段持续时光为20ms。pwm信号是施加在下管所在桥臂的 inh引脚上，该桥臂关断（inh=0）时电流通过上管的反并二极管续流。经pwm信号实现软启动后，电动车窗启动时的电流波形8所示。从图中可以看出，电流尖峰被有效抑制。本系统没有主动制动过程，车窗移好之后，开关管还会工作大约250ms，这是续流过程，这期间，上管触发信号停，通过该桥臂下管反并联二极管续流（这时需继续给本来另一桥臂的下管触发信号，如正续流时：in1=1，inh1=0，in2

11、=0，inh2=1），直到电流为0。但是假如浮现过热，这种续流过程就不需要了。电机堵转是不允许的，由于这样会浮现过流。bts7960自身可以检测开关管的电流，通过2.2k的采样电阻电流举行电流 /电压转换，采样电压经过容易的rc滤波网络，经过一个庇护电阻（未加入）送到an0/an1举行模数转换。当检测到电流大于15a时，就可以推断出电机正处于堵转状态，此时微控制器停止触发电机（仍需续流），用户可以重新启动车窗。车窗部分要检测的故障有上桥臂的两个开关管过热和负载开路。检测办法一是通过bts7960内置的温度检测功能来检测上管的过热，发生过热时器件自动关断全部输出电路，且is引脚输出电平为高；二是需要辅助晶体管检测开路，通过检测is引脚电流值可以实现，需要微控制器提供ctrlwin信号。图8 电动车窗软启动电流波形2 电动车窗主程序的软件设计本电动车窗控制系统的软件控制是基于状态的转换。通过比较系统状态与控制指令做出推断，确定出目前系统应当执行的动作。程序中将电动车窗的运行状态做了如下划分：window_off、window_up_pwm、window_up、window_up_free、window_up_stop、 window_down_pwm、window_down、window_down_free和window_down_stop。当电动