本文比较了国内和国际轿车舒适性方面的功能和应用技术,指出了CAN/LIN Bus和智能功率IC给舒适系统带来的优点。最后介绍了Infineon Technologies公司的智能化CAN Bus电子门控方案。
随着现代汽车技术的发展,驾乘人员安全、舒适、方便性要求越来越高,新的控制功能随汽车级别提升不断增加,如中央门锁、灯光控制、玻璃升降、后视镜调节、天窗控制、座椅调节、点火延时控制等。传统的继电器控制手段和独立控制模式意味着复杂的线束、整车重量增加,也给装配和维护带来很多问题。而汽车电子技术的发展和CAN/LIN总线技术的应用,适应了汽车智能化和人性化的发展趋势,使汽车的性价比不断提高。
VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图1:基于CANBus的门模块功能框图。">
目前,国内大多数轿车车身的主要控制模式为中央集中门控独立的玻璃升降控制、继电器X/Y轴控制相结合,主要执行机构为直流电机,而功率控制的开关往往为继电器。这类系统一般存在以下不足:
1. 功率继电器励磁线圈驱动电流较大,接口电路复杂；
2. 继电器控制开关频率相对较低,触点容易抖动,影响其寿命,且EMI严重；
3. 难以有效实现对电机的过热、过压、短路保护和系统诊断；
4. 太多的继电器使控制器体积大、重量增加；
5. 不同电子模块控制功能相对独立,线束增多,系统成本增加,功耗增加。
相比而言,国际上主流的轿车门控舒适系统都采用了125KHz 波特率的CAN Bus 或20KHz 波特率的LIN Bus进行信号控制和系统诊断,使系统线束简单很多；同时采用智能功率IC替代传统的继电器和保险丝,大大提高了系统的可靠性和功能拓展,如图1。其主要优势体现在:1)可以灵活配置网络节点,满足不同级别轿车的功能需求；2)可以实现系统休眠和唤醒功能,大大降低系统功耗；3)智能功率IC具有完整的过压、欠压、过温和短路保护,以及负载开路和器件故障检测、电流传感等功能,使控制简单、灵活；4)通过PWM可以实现软调节,延长负载或执行机构的寿命。
现在很多设计公司或汽车零部件供应商对车身的CAN/LIN Bus技术表现出很高的产品兴趣,可以肯定该技术将在今后5年内成为主要的门模块控制方案。下面介绍英飞凌公司(Infineon Technologies)基于C164 MCU的CAN Bus门控电子模块方案,如图2。该方案的应用功能和结构具有广泛的代表性。
模块的主要功能为:1)中央门锁和安全锁控制、门灯控制；2)后视镜X/Y轴调节、折叠和除霜加热；3)电动玻璃升降和堵转检测；4)完整的保护和诊断功能:蓄电池反接保护、过压、欠压、过热、短路保护和相关故障状态反馈、负载电流检测、负载开路检测；5)系统具有休眠和总线、外部唤醒功能；
电子模块的主要汽车级元器件来自英飞凌,各器件的主要应用功能描述如下:
C164CH主要应用于对功率部分的控制和诊断、与PC机虚拟面板通讯以及CAN通讯
TLE6263G主要提供门模块工作电源,监控CAB Bus失效和唤醒事件、Watchdog和综合电源管理。
TLE7201R主要提供门锁、镜子和灯的功率驱动、综合控制和保护
BTS781GP主要应用于电动玻璃升降控制,高端接MCU I/O,低端需接驱动接口电路
BTS6144B主要应用于电动玻璃堵转电流检测
TLE4240G主要应用于门转向灯控制。
SPD50N03S2L-06主要应用于蓄电池反接保护。
VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图2: Infineon CAN Bus 门控电子模块方案。">
为了最大利用资源,结合器件特点和应用需要,系统程序实施了以下有效控制:1)在电机驱动电路中,利用高端开关进行续流,续流时间可调节；2)通过检测电枢电流,对电机堵停进行判断；3)为了保证TLE7201R可靠工作,在镜子折叠时,门锁和镜子X/Y轴输出无效,而且折叠时间可调；4)对BTS781GP的低端开关实施20kHz的PWM控制,达到软启动电动玻璃升降功能；5)开锁和关锁控制最小间隔0.5S；6)镜子加热10S后,转为10Hz的PWM控制,占空比为33%；门锁控制时,加热停止。
系统开发过程中的有关软件工具有:1)英飞凌Memtool 3.0 版本,主要用来对C164CH片内Flash 编程；2)集成开发环境Tasking Tools for C166/ST10-7.5R2 版本,主要对应用程序进行编译、连接和调试。
毫无疑问, 英飞凌公司CAN Bus和汽车专用智能功率IC保证了整个门模块的控制和诊断的完备性,整个模块的设计如图五。在此基础上,用户可以根据车厂的配置需求优化设计出用户化的门控模块,满足市场对产品的高性价比需求。
作者: 刘为文
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