汽車整車車門電子控制系統(tǒng)

指導(dǎo)教師評定成績:審定成績:重慶XXXXX學(xué)現(xiàn)代汽車電控課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：汽車車門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（硬件）單位（系部）：學(xué)生姓名：專業(yè)：班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：年月目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章設(shè)計(jì)方法簡介 2\o"CurrentDocument"第二章車門ECU硬件設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"2.1整體結(jié)構(gòu)圖 3芯片TLE8201 4芯片TLE8201結(jié)構(gòu) 4\o"CurrentDocument"TLE8201應(yīng)用電路 5\o"CurrentDocument"電源 6\o"CurrentDocument"SPI 7\o"CurrentDocument"PWM輸入 7\o"CurrentDocument"2.2.6電流感應(yīng) 7\o"CurrentDocument"2.2.7輸出級 8\o"CurrentDocument"芯片BTS781及其TLE6250 82.4電路設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"第三章設(shè)計(jì)小結(jié) 9\o"CurrentDocument"3.1致謝 93.2心得體會 103.3對設(shè)計(jì)的建議及可探討問題 10\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 10【摘要】：提出了一種“總體分布、局部集中式”的轎車車門ECU設(shè)計(jì)，ECU之間以CAN總線方式通信。以英飛凌公司XC164CS微控制器和TLE8201、BTS781功率驅(qū)動芯片為核心設(shè)計(jì)了車門ECU的硬件電路；在XC164CS上移植了pC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了任務(wù)劃分和應(yīng)用軟件設(shè)計(jì),最后搭建了整個(gè)車門控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺架。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)性能。隨著科技的飛速發(fā)展，為了提高行車的舒適性，針對轎車的車門控制系統(tǒng)，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)了基于CAN、LIN等總線系統(tǒng)的完全分布式控制方案。轎車車門電子控制器是每一輛現(xiàn)代轎車都必須安裝的模塊。轎車車門的基本配置包括電動車窗和中控鎖（門鎖）、前車門后視鏡、轉(zhuǎn)向信號燈、禮貌燈等，這些功能可相對獨(dú)立配置，具有可裁剪性，可按用戶需求增減。由于電子技術(shù)的進(jìn)步和集成電路制造工藝的發(fā)展，目前車門模塊電子控制器的主流是采用高集成度的芯片控制方式。本文基于英飛凌公司生產(chǎn)的高集成度專用門控芯片TLE8201和BTS781，給出了一種新的車門控制解決方案?！娟P(guān)鍵字】：車門ECU設(shè)計(jì)、硬件電路、XC164CS、TLE8201第一章設(shè)計(jì)方法簡介目前流行兩款車門ECU方案，即集中式控制方案和分布式控制方案。其中，集中式控制是將電動車窗、后視鏡、門鎖等負(fù)載的控制集中由車身中央控制器完成，這樣可降低整體成本，但增加了控制器的復(fù)雜性；而且控制過于集中、尺寸偏大，不利于安裝、布線和散熱。而分布式控制方案為奧迪、大眾等汽車公司所采用，每個(gè)車門內(nèi)的負(fù)載由各自的ECU模塊單獨(dú)控制，也可由駕駛員側(cè)ECU通過CAN總線控制。在這種方案中，兩個(gè)前門ECU連接到CAN總線網(wǎng)絡(luò)，后面兩個(gè)車門的ECU可通過CAN總線或LIN總線方式相互通信，或直接由車身中央控制器模塊驅(qū)動。分布式方案控制簡單，但成本偏高。本課題組設(shè)計(jì)了一種“總體分布，局部集中式”的控制方案，其框圖如圖1所示，即將左側(cè)前后兩個(gè)車門的控制作為一個(gè)ECU模塊，右側(cè)前后兩個(gè)車門的控制作為另一個(gè)ECU模塊，兩個(gè)模塊之間以及模塊與中央控制器之間均以CAN總線方式連接。圖1車門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖本設(shè)計(jì)方案成本適中，易于布線和控制，是基于集中式和分布式控制優(yōu)勢的一種折中。本設(shè)計(jì)中的中央控制器模塊可模擬特殊的診斷或信息顯示功能等，并可用于驗(yàn)證所做設(shè)計(jì)的正確性，實(shí)際的車門控制節(jié)點(diǎn)并不包含此模塊。第二章車門ECU硬件設(shè)計(jì)2.1整體結(jié)構(gòu)圖本車門控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。本系統(tǒng)選用的微控制器為英飛凌公司生產(chǎn)的XC164CS，其MAC單元增加了DSP功能來處理數(shù)字濾波算法，從而大大縮短了乘除運(yùn)算的時(shí)間；五級流水線結(jié)構(gòu)、大多數(shù)的單周期指令、可遍尋地址空間的PEC傳送提高了系統(tǒng)性能。片上調(diào)試系統(tǒng)（OCDS）支持對目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。XC164CS出色的性能還適合于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的移植。后視鏡折疊后視鏡位置后視鏡加熱門鎖車窗電機(jī)CNAXC164CS?SP1-<r>TLE8201TLE7469GV52—BTS781TLE6250圖2車門控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.2芯片TLE82012.2.1芯片TLE8201結(jié)構(gòu)TLE8201是英飛凌公司新推出的專用于車門控制的一款高集成度芯片（如圖3所示），它是一種用于車門模塊的高度集成功率ASSP（專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品）。其中包括用于驅(qū)動典型前車門應(yīng)用中負(fù)載所必需的功率級，這些負(fù)載包括中央門鎖、死鎖或后視鏡折疊、后視鏡定位、后視鏡加熱，以及5W或10W車燈或LED（如轉(zhuǎn)向信號燈、門控車室照明燈/安全警報(bào)燈或控制面板照明燈）等。TLE8201具有符合汽車應(yīng)用安全規(guī)范的短路與超溫保護(hù)功能和完備的診斷功能。而電流感應(yīng)輸出則能提升系統(tǒng)的整體性能。標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口不但能減少微控制器I/O線路的長度，而且還可靈活控制功率級，并提供完備的診斷功能。TLE8201擁有兩個(gè)PWM輸入端，均為直接功率級控制輸入端，可增強(qiáng)PWM映射的靈活性。SPI寄存器中的信息定義將由PWM輸入端控制的功率級?？蓪WM功能進(jìn)行配置，最多可支持八個(gè)功率晶體管。該器件采用Power-SO封裝，配有一個(gè)大型散熱塊，因此具有良好的熱阻性能。引腳經(jīng)過優(yōu)化處理，可實(shí)現(xiàn)高效的PCB設(shè)計(jì)。TLE8201的應(yīng)用不但有利于節(jié)省PCB面積和節(jié)省成本，而且能增強(qiáng)系統(tǒng)質(zhì)量，并提高產(chǎn)量

TLE8201GjncnL時(shí)rwR?vEJc1MOS1：伽MraukOeffKtAPg/LogicL&flirandLatch□imOUTS0IJT4OUT?Lamp15W/□1170Lamp25W/amidirZfLamp35W/TLE8201GjncnL時(shí)rwR?vEJc1MOS1：伽MraukOeffKtAPg/LogicL&flirandLatch□imOUTS0IJT4OUT?Lamp15W/□1170Lamp25W/amidirZfLamp35W/flirTu.Lamp45W/MirrorX1.25AMirrorY1.25ADCOrLock&AMirrorFoM3AQUT4MirrorHeating

G^2SA10W10W10W10W圖3TLE8201方框圖2.2.2TLE8201應(yīng)用電路圖4為車門控制模塊中的TLE8201應(yīng)用電路。

0圖4應(yīng)用電路2.2.3電源TLE8201擁有兩個(gè)電源輸入端：所有功率驅(qū)動器均與連接全汽車12V電源線的供電電壓Vs引腳相連。內(nèi)部邏輯電路部分則由一個(gè)獨(dú)立的5VVcc電壓供電。這樣，即使Vs發(fā)生短時(shí)停電，也可確保存儲于邏輯電路中的信息不受影響。TLE8201要求配備外部反極性保護(hù)，它配有一個(gè)電荷泵輸出端，用于連接外部n通道邏輯電平MOSFET。該保護(hù)電路的連接方法如圖4所示，柵極電壓由引腳GO提供。通過把1陽輸入設(shè)置為“低”，可將TLE8201置于低能耗模式。在休眠模式下，所有輸出晶體管均被關(guān)閉，SPI停止工作。在此模式下，總靜態(tài)電流的最大值僅為6〃A（Vs和Vcc）。2.2.4SPISPI用于實(shí)現(xiàn)與控制單元的雙向通訊。當(dāng)通過CSN（chip-select-not）輸入（H至L）模式選擇芯片時(shí)，則會啟動傳輸周期。16-位控制字通過DI串行數(shù)據(jù)輸入端讀取。狀態(tài)字則同步顯示于DO串行數(shù)據(jù)輸出端。同步通訊通過串行時(shí)鐘輸入端CLK實(shí)現(xiàn)。如圖5所示，16位SPI框架由一個(gè)可尋址塊、一個(gè)地址獨(dú)立塊和一個(gè)2位地址構(gòu)成，包括兩個(gè)控制寄存器和兩個(gè)診斷寄存器。地址獨(dú)立輸入部分用于一般性設(shè)置，地址獨(dú)立輸出部分則用來標(biāo)記錯誤和記錄溫度信息。CSN圖5SPI結(jié)構(gòu)2.2.5PWM輸入PWM-ing是TLE8201提供的一種非常靈活的功能?？赏ㄟ^兩種PWM模式配置對所需功率級進(jìn)行控制：將PWM1和PWM2引腳與微控制器的計(jì)時(shí)器通道相連，然后選擇所需HSsel位，以激活PWM功能。建議將PWM頻率設(shè)置為200Hz以下，以最大限度地減少開關(guān)損耗導(dǎo)致的功率消耗。2.2.6電流感應(yīng)ISO（感應(yīng)輸出）引腳提供與所選功率輸出端流向GND的輸出電流成比例的電流。輸出端選擇通過SPI實(shí)現(xiàn)。而感應(yīng)電流則由外部感應(yīng)電阻器R43轉(zhuǎn)換成電壓，并送至A/D變流器輸入端。2.2.7輸出級輸出1-6為半橋，輸出7-11則是高邊開關(guān)。閂鎖電機(jī)和后視鏡折疊電機(jī)均可連接至輸出1、輸出2和輸出3。輸出2是兩個(gè)電機(jī)電流之和。兩個(gè)后視鏡定位電機(jī)連接至輸出4、輸出5和輸出6。高邊驅(qū)動器輸出7用于驅(qū)動后視鏡加熱器。輸出8和輸出9用于驅(qū)動5W車燈。輸出10可與輸出11相連，共同驅(qū)動10W車燈。2.3芯片BTS781及其TLE6250功率驅(qū)動芯片BTS781完成電動車窗的升降驅(qū)動控制。BTS781的4個(gè)MOS管構(gòu)成H橋電路，可方便實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制，并具有完善的保護(hù)和故障診斷功能。這些特點(diǎn)可保證車窗電機(jī)控制的可靠性。TLE6250是CAN收發(fā)器，是ECU之間的CAN通信接口。2.4電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)中主要以TLE8201和BTS781芯片為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，以配合軟件完成相應(yīng)的負(fù)載驅(qū)動功能。其中以TLE8201為核心的電路設(shè)計(jì)如圖7所示（每個(gè)ECU由兩個(gè)TLE8201分別控制前、后門的門鎖、后視鏡和燈），以BTS781為核心的電路設(shè)計(jì)如圖8所示（每個(gè)ECU由2個(gè)BTS781分別控制前、后門的車窗升降）。由圖7可見，以TLE8201為核心的門鎖、后視鏡、燈控制電路非常簡潔，減小了電路板面積，提高了可靠性。以BTS781為核心的車窗升降控制電路通過對車窗電機(jī)電流的檢測和濾波放大，在軟件配合下可實(shí)現(xiàn)車窗防夾功能。右側(cè)ECU單元與左側(cè)ECU單元設(shè)計(jì)類似。

161720Ulj-rtDOORLOCKDLTLEEUOIDTHdr:ll2l2-WUT1UT1UT2UT2U12-3I任ST近K無忌罰1」CS|MtsrDOCLKCSNDIoooO2234U19-4UI2-IUI2-9U12-7IiWLLiR_FLiLDMIRR匚心MIRRiQlCvMREQE「HEaTDCDOH.E8201TLE8201PWWPWWPV-Hitl 0TJT'_2PV-Hit! OUT-1TJ12-5CTiRHERLIGHTUlj-SFOOTOJELLLAIi任R16700底圖廠車門電路設(shè)十瓦攵底頃11_早匚|161720Ulj-rtDOORLOCKDLTLEEUOIDTHdr:ll2l2-WUT1UT1UT2UT2U12-3I任ST近K無忌罰1」CS|MtsrDOCLKCSNDIoooO2234U19-4UI2-IUI2-9U12-7IiWLLiR_FLiLDMIRR匚心MIRRiQlCvMREQE「HEaTDCDOH.E8201TLE8201PWWPWWPV-Hitl 0TJT'_2PV-Hit! OUT-1TJ12-5CTiRHERLIGHTUlj-SFOOTOJELLLAIi任R16700底圖廠車門電路設(shè)十瓦攵底頃11_早匚|GiE：'115ll/BlLM29LM04Kjl560DI_D<DI.DI.DI_D?DI.ISOOUTE：OUT?GHBOUTlLiGHB0UT11GHBNCSTIST2DHVSODHVS1l：l15L4IH1IH2IL1IL2NC3NC2NCISH2SHIDL11216圖8車窗升降及防夾電路圖第三章設(shè)計(jì)小結(jié)3.1致謝很感謝這次的課程設(shè)計(jì)給我鍛煉的機(jī)會，特別感謝同學(xué)給我的耐心的輔導(dǎo)、

細(xì)心的講解以及這學(xué)期里用心的為我們上課，才使我們能做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)。同時(shí)還要謝謝同學(xué)們給我的支持，和幫助，我才能更快的完成課程設(shè)計(jì)！3.2心得體會這次課程設(shè)計(jì)使我更加深刻地體會到了多看專業(yè)書的重要性，只有掌握了一定量的專業(yè)知識才能得心應(yīng)于地解決諸多問題；另U外，做任何事都要有耐心不能一遇到困難就退縮；在學(xué)習(xí)和工作中要時(shí)刻謹(jǐn)記“團(tuán)結(jié)”二字，它好比通向成功的鋪路石，不可缺少，3.3對設(shè)計(jì)的建議及可探討問題由于電子技術(shù)的進(jìn)步和集成電路制造工藝的發(fā)展，目前車門模塊電子控制器的主流是采用高集成度的芯片控制方式。本文基于英飛凌公司生產(chǎn)的高集成度專用門控芯片TLE8201和BTS781，給出了一種新的車門控制解決方案。隨著科技的飛速發(fā)展，為了提高行車的舒適性，針對轎車的車門控制系統(tǒng)，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)了基于CAN、LIN等總線系統(tǒng)的完全分布式控制方案。轎車車門電子控制器是每一輛現(xiàn)代轎車都必須安裝的模塊。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)