CN103032245B - 汽车起动控制电路及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种汽车起动控制电路，包括依次相连的点火开关、MCU、闩锁电路、驱动芯片、继电器和起动电机。MCU由电源电压供电；当MCU重启时，其输出端呈现为高阻态；在MCU重启后的初始化阶段，其将输出端设置为高阻态；直至MCU检测到电源电压回到正常供电范围，才将输出端退出高阻态。当MCU的输出端为高阻态时，闩锁电路将MCU的输出端保持电平状态；否则，闩锁电路不起作用。当MCU的输出端为第一电平时，驱动芯片导通，继电器闭合，起动电机连接上电源电压而转动；当MCU的输出端为第二电平时，驱动芯片断开，继电器断开，起动电机失去电源电压的供电而停止转动。本申请可以使得汽车的起动过程不会因为MCU可能发生的重启而失败。

Description

汽车起动控制电路及其实现方法
技术领域
本申请涉及一种汽车的车身控制器(BCM，Body Control Module)，特别是涉及其中的起动控制电路。
背景技术
请参阅图1a，这是一种现有的汽车起动控制电路，包括：
——点火开关10，具有闭合和断开两种状态。点火开关10连接到MCU20的输入端。
——MCU(微控制器)20，由蓄电池的输出电压VBATT供电。MCU20的输出端A连接驱动芯片30的输入端。
——驱动芯片30，相当于一个开关。当MCU20输出起动信号时，该开关导通；否则该开关断开。驱动芯片30的输出端连接继电器40的输入端。
——继电器40，也由蓄电池的输出电压VBATT供电。受驱动芯片30的导通与否的控制，继电器40相应地闭合或断开。继电器40的输出端连接起动电机50。
——起动电机50，受继电器40闭合与否的控制，而相应地与蓄电池的输出电压VBATT相连接或断开。
图1a中，虚线表示电源线，实线表示信号线。上述汽车起动控制电路的工作过程如下：MCU20采集到点火开关10处于闭合状态、且完成钥匙认证后，向驱动芯片30发出起动信号。驱动芯片30在收到起动信号后导通，这使得继电器40闭合。继电器40闭合后，蓄电池的输出电压VBATT输出给起动电机50作为电源。起动电机50具有电源后开始转动，并通过同步机械传动使发动机转动。
请参阅图1b，这是另一种现有的汽车起动控制电路。图1a中，继电器40始终连接到电源电压VBATT；当驱动芯片30导通时，继电器40因连接到地而闭合，这被称为低边驱动(LSD)继电器。图1b中，继电器40始终连接到地；当驱动芯片30导通时，继电器40因连接到电源电压VBATT而闭合，这被称为高边驱动(HSD)继电器。
上述两种汽车起动控制电路中，电源电压VBATT的波形均如图2所示。电源电压VBATT的最大值为UA。在t1时刻，起动电机50连接上电源电压VBATT后开始转动，则电源电压VBATT会瞬间下降到最小值UB。在t3时刻，起动电机50转动稳定后，电源电压VBATT会上升到正常值UC。在t5时刻，汽车起动完成后，起动电机50停止转动，电源电压VBATT再回到最大值UA。其中，t1到t3的时间段通常只有几十微秒，这段时间内的电源电压VBATT的最小值UB有可能超出了MCU20的正常供电范围，而使得MCU20重新启动。而一旦MCU20重启，则会使得汽车的起动过程中断，这样的恶性循环将导致无法正常起动车辆。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种汽车起动控制电路，在起动过程中即便发生MCU重启的情况，也仍能使起动过程继续，从而保证车辆的成功起动。
为解决上述技术问题，本申请汽车起动控制电路包括依次相连的点火开关、MCU、闩锁电路、驱动芯片、继电器和起动电机；
所述MCU由电源电压供电；当MCU重启时，其输出端呈现为高阻态；在MCU重启后的初始化阶段，其将输出端设置为高阻态；直至MCU检测到电源电压回到正常供电范围，才将输出端退出高阻态而输出表示起动信号有效的第一电平或表示起动信号无效的第二电平；
当MCU的输出端为高阻态时，所述闩锁电路将MCU的输出端保持为高阻态之前的电平状态；当MCU的输出端输出第一电平或第二电平时，所述闩锁电路不起作用；
当MCU的输出端为第一电平时，所述驱动芯片导通，继电器闭合，起动电机连接上电源电压而转动；当MCU的输出端为第二电平时，所述驱动芯片断开，继电器断开，起动电机失去电源电压的供电而停止转动。
所述汽车起动控制电路的实现方法是：当MCU采集到点火开关处于闭合状态、且完成钥匙认证后，MCU的输出端输出起动信号；驱动芯片在收到起动信号后导通，这使得继电器闭合，还使得起动电机连接上电源电压后开始转动；
在起动电机开始转动的瞬间，电源电压会瞬间下降至最小值；一旦该最小值低于MCU所允许的正常电源范围，则MCU重新启动；
在MCU重启时，其输出端为高阻态；在MCU重启后的初始化阶段，MCU将输出端设定为高阻态；直至MCU检测到电源电压恢复至正常供电范围内，MCU才将输出端退出高阻态而输出表示起动信号有效的第一电平或表示起动信号无效的第二电平；
在MCU的输出端为高阻态时，闩锁电路维持MCU的输出端的表示起动信号有效的第一电平不变，而使得汽车的起动过程继续进行；在MCU的输出端输出第一电平或第二电平时，闩锁电路不起作用。
本申请在汽车起动控制电路中新增了闩锁电路，并为MCU的输出端新增了第三种状态——高阻态。由于闩锁电路的信号维持功能，MCU的输出端只具有两种输出——第一电平或第二电平，这而使得汽车的起动过程不会因为MCU可能发生的重启而失败。
附图说明
图1a、图1b是两种现有的汽车起动控制电路的结构示意图；
图2是现有的汽车起动控制电路中的电源电压的波形图；
图3a、图3b是本申请的汽车起动控制电路的两个实施例的结构示意图；
图3c是本申请所增加的闩锁电路的结构示意图；
图4是本申请的汽车起动控制电路的实现方法的流程图。
图中附图标记说明：
10为点火开关；20为MCU；30为驱动芯片；40为继电器；50为起动电机；60为闩锁电路；61为电阻一；62为电容；63为三极管一；64为三极管二；65为电阻二。
具体实施方式
请参阅图3a，这是本申请的汽车起动控制电路的第一实施例，包括：
——点火开关10，具有闭合和断开两种状态。点火开关10连接到MCU20的输入端。
——MCU20，由蓄电池的输出电压VBATT供电。MCU20的输出端A连接闩锁电路60。当MCU20重启时，其输出端A自然呈现为高阻态。当MCU20重启后的初始化阶段，其将输出端A设置为高阻态；直至MCU20检测到电源电压VBATT回到正常供电范围，MCU20将输出端A退出高阻态。
所述MCU20的输出端A共有三种状态：高阻态、输出高电平、输出低电平。其中第一电平(例如高电平)表示起动信号有效，第二电平(例如低电平)表示起动信号无效。
——闩锁电路60，当MCU20的输出端A为高阻态时，闩锁电路60将MCU20的输出端A保持为高阻态之前输出的电平。当MCU20的输出端A输出高电平或低电平时，闩锁电路60不起作用。闩锁电路60还连接驱动芯片30的输入端。
由于闩锁电路60的作用，所述MCU20的输出端A或者输出第一电平、或者输出第二电平。
——驱动芯片30，相当于一个开关。当MCU20的输出端A为第一电平时，驱动芯片30导通，相当于一个闭合的开关；当MCU20的输出端A为第二电平时，驱动芯片30断开，相当于一个断开的开关。驱动芯片30的输出端连接继电器40的输入端。
——继电器40，也由蓄电池的输出电压VBATT供电。受驱动芯片30的导通与否的控制，继电器40相应地闭合或断开。继电器40的输出端连接起动电机50。
——起动电机50，受继电器40闭合与否的控制，而相应地与蓄电池的输出电压VBATT相连接或断开。
请参阅图3b，这是本申请的汽车起动控制电路的第二实施例，与图3a所示的第一实施例的区别仅在于以高边驱动继电器取代了低边驱动继电器。
上述两个实施例中，驱动芯片30例如为一个NMOS管。该NMOS管的栅极作为输入端，漏极直接或通过继电器40连接电源电压VBATT，源极直接或通过继电器40接地，衬底与源极相连。该NMOS管连接继电器40的电极作为输出端。在该NMOS管的源极和漏极之间正向连接一个二极管。
图3a和图3b中，虚线表示电源线，实线表示信号线。与图1a和图1b相比，本申请仅在MCU20的输出端A和驱动芯片30的输入端之间新增了闩锁电路60。为实现信号保持功能的闩锁电路60可能具有多种实现方法，本申请仅示例性地给出一种。
请参阅图3c，这是本申请新增的闩锁电路60，包括：
——电阻一61，一端连接MCU20的输出端A，另一端连接三极管一63的基极。
——电容62，一端连接MCU20的输出端A，另一端连接三极管一63的基极。
——三极管一63，为NPN型双极晶体管。其发射极接地，集电极连接三极管二64的基极。
——三极管二64，为PNP型双极晶体管。其发射极连接工作电压Vcc作为闩锁电路60的电源。
——电阻二65，一端连接三极管二64的集电极，另一端连接MCU20的输出端A。MCU20的输出端A还短接到驱动芯片30的输入端。
如果MCU20重启前输出第一电平，即A点输出第一电平而使继电器40闭合。当MCU20重启时以及重启后的初始化阶段，由于A点为高阻态，B点与C点均能保持第一电平，即仍能驱动继电器40为吸合状态，保持起动电机50转动。
如果MCU20重启前输出第二电平，即A点输出为第二电平而使继电器40断开。当MCU20重启时以及重启后的初始化阶段，由于A点为高阻态，B点与C点均能保持第二电平，即仍能驱动继电器40为断开状态，保持起动电机50不转动。
请参阅图4，本申请的汽车起动控制电路的实现方法为：
首先，MCU20采集到点火开关10处于闭合状态、且完成钥匙认证后，MCU20的输出端A输出表示起动信号有效的第一电平。驱动芯片30在收到起动信号后导通。驱动芯片30的导通使得继电器40闭合。继电器40的闭合使得蓄电池的输出电压VBATT输出给起动电机50作为电源。起动电机50具有电源后开始转动，并通过同步机械传动使发动机转动。
在起动电机50开始转动的瞬间，电源电压VBATT会瞬间下降至最小值UB。
第一种情况下，该最小值UB在MCU20所允许的正常供电范围内，此时不进行任何操作。随着起动电机50的转动稳定，电源电压VBATT会从最小值UB上升到正常值UC。
第二种情况下，该最小值UB低于MCU20所允许的正常供电范围，则MCU20重新启动。
在MCU20重启时，其输出端A自然呈现为高阻态。在MCU20重启后的初始化阶段，MCU20将输出端A设定为高阻态。直至MCU20检测到电源电压VBATT恢复至MCU20所允许的正常供电范围内(这表明起动电机50的转动稳定了)，MCU20才将输出端A由高阻态还原为输出第一电平或第二电平，到底输出哪个电平由点火开关10的状态以及是否完成钥匙认证来决定。
在MCU20的输出端A为高阻态的时候，闩锁电路60维持MCU20的输出端A与高阻态之前的电平状态不变(此时即维持表示起动信号有效的第一电平不变)，而使得汽车的起动过程继续进行。在MCU20的输出端A输出第一电平或第二电平的时候，闩锁电路60不起作用。
实验表明，现有的汽车起动控制电路在电源电压VBATT瞬间跌落到5.5V以下时，MCU20即会重启而导致汽车起动失败。而本申请的汽车起动控制电路在电源电压VBATT瞬间跌落到3V以下时，仍可成功起动汽车。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车起动控制电路，其特征是，包括依次相连的点火开关、MCU、闩锁电路、驱动芯片、继电器和起动电机；
所述MCU由电源电压供电；当MCU重启时，其输出端呈现为高阻态；在MCU重启后的初始化阶段，其将输出端设置为高阻态；直至MCU检测到电源电压回到正常供电范围，才将输出端退出高阻态而输出表示起动信号有效的第一电平或表示起动信号无效的第二电平；
当MCU的输出端为高阻态时，所述闩锁电路将MCU的输出端保持为高阻态之前的电平状态；当MCU的输出端输出第一电平或第二电平时，所述闩锁电路不起作用；
当MCU的输出端为第一电平时，所述驱动芯片导通，继电器闭合，起动电机连接上电源电压而转动；当MCU的输出端为第二电平时，所述驱动芯片断开，继电器断开，起动电机失去电源电压的供电而停止转动。
2.根据权利要求1所述的汽车起动控制电路，其特征是，所述继电器为高边驱动继电器、或者低边驱动继电器。
3.根据权利要求1所述的汽车起动控制电路，其特征是，所述驱动芯片为一个NMOS管；该NMOS管的栅极作为输入端，漏极直接或通过所述继电器连接电源电压，源极直接或通过所述继电器接地，衬底与源极相连；该NMOS管连接所述继电器的电极作为输出端；在该NMOS管的源极和漏极之间正向连接一个二极管。
4.根据权利要求1所述的汽车起动控制电路，其特征是，所述闩锁电路包括：
——电阻一，一端连接MCU的输出端，另一端连接三极管一的基极；
——电容，一端连接MCU的输出端，另一端连接三极管一的基极；
——三极管一，为NPN型双极晶体管；其发射极接地，集电极连接三极管二的基极；
——三极管二，为PNP型双极晶体管；其发射极连接工作电压；
——电阻二，一端连接三极管二的集电极，另一端连接MCU的输出端；
MCU的输出端还短接到驱动芯片的输入端。
5.一种汽车起动控制电路的实现方法，其特征是，当MCU采集到点火开关处于闭合状态、且完成钥匙认证后，MCU的输出端输出起动信号；驱动芯片在收到起动信号后导通，这使得继电器闭合，还使得起动电机连接上电源电压后开始转动；
在起动电机开始转动的瞬间，电源电压会瞬间下降至最小值；一旦该最小值低于MCU所允许的正常电源范围，则MCU重新启动；
在MCU重启时，其输出端为高阻态；在MCU重启后的初始化阶段，MCU将输出端设定为高阻态；直至MCU检测到电源电压恢复至正常供电范围内，MCU才将输出端退出高阻态而输出表示起动信号有效的第一电平或表示起动信号无效的第二电平；
在MCU的输出端为高阻态时，闩锁电路维持MCU的输出端与高阻态之前的电平状态不变，而使得汽车的起动过程继续进行；在MCU的输出端输出第一电平或第二电平时，闩锁电路不起作用。
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