CN108749800B - 一种汽车主动制动控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车主动制动控制电路，包括单片机和比例电磁阀，还包括低边开关、高边控制电路、高边开关、低边反馈电路和高边反馈电路；单片机通过以闭环方式控制低边开关和高边开关，实现对比例电磁阀的控制。本发明的汽车主动制动控制电路通过高边开关和低边开关的组合控制，避免控制失效，保证比例电磁阀控制的可靠性和稳定性。

Description

一种汽车主动制动控制电路
技术领域
本发明涉及汽车制动控制电路领域，尤其涉及一种汽车主动制动控制电路。
背景技术
在商用车的AEBS(预先紧急制动体系)中，会涉及到商用车的主动制动这块，如何使主动制动能够更安全、更可靠，这就需要一个稳定可靠的控制电路来保证。一般在主动制动中，都会涉及电磁阀的控制，通过控制电磁阀来控制刹车气路的通断，而电磁阀包括两种：比例电磁阀和开关电磁阀。
一般的主动制动都是通过高边或低边开关去控制比例电磁阀的通断或气路的开口大小，在车上电磁干扰较严重的情况下，这样的单边控制会存在控制失效的隐患。如有干扰信号将高边开关触发的话，行驶的汽车就会紧急刹车；或者由于是开环控制，无法判断比例电磁阀是否正常工作，而在进行主动制动时，却刹车失效，这些都会造成非常严重的后果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车主动制动控制电路，通过高边开关和低边开关的组合控制，避免控制失效，以保证比例电磁阀控制的可靠性和稳定性。
实现本发明目的技术解决方案为：
一种汽车主动制动控制电路，包括单片机和比例电磁阀，还包括低边开关、高边控制电路、高边开关、低边反馈电路和高边反馈电路；
所述单片机设有第一高边控制端、第二高边控制端、高边检测端、低边控制端、和低边检测端；第一高边控制端和第二高边控制端通过高边控制电路与高边开关的输入端连通，高边开关的输出端和高边连接器连通；低边控制端和低边开关的控制端连通，低边开关的源极接地，低边开关的漏极和低边连接器连通，所述高边连接器和低边连接器之间连接有比例电磁阀；高边开关的电流反馈端通过高边反馈电路与所述单片机的高边检测端连通，低边开关的漏极通过低边反馈电路与单片机的低边检测端连通；
所述单片机的工作电源为第一电源，所述高边开关和所述低边开关的工作电源为第二电源。
进一步的，所述高边控制电路包括单稳态多谐振荡器、功率开关管，整形电路和高边开关；单片机的第一高边控制端和单稳态多谐振荡器的输入端连通，单稳态多谐振荡器的输出端和功率开关管的控制端连通，第一电源通过功率开关管和整形电路的电源端连通；第二高边控制端和整形电路的输入端连通，整形电路的输出端和高边开关的输入端连通，高边开关的输出端与高边连接器连通。
进一步的，所述功率开关管是功率三极管或功率MOS管。
进一步的，所述单片机的第一高边控制端输出高边PWM信号，所述高边PWM信号的周期是100ms～200ms。
进一步的，所述高边反馈电路包括第三电阻、第四电阻和第一电容；高边开关的电流反馈输出端通过第四电阻接地，同时通过第三电阻和第一电容组成的低通滤波器输入到单片机的高边检测端。
进一步的，所述低边反馈电路为一电阻分压电路，由第七电阻和第八电阻组成，低边开关的漏极通过第七电阻连通到单片机的低边反馈端，低边反馈端通过第八电阻接地。
进一步的，所述单片机的低边控制端输出低边PWM控制信号，所述低边PWM控制信号的频率是50Hz～200Hz，占空比是20％～100％。
进一步的，所述高边开关的输出端连接由第一二极管和第二稳压管的构成的串联电路到地。
进一步的，所述低边开关的漏极连接有第六电阻、第二二极管和第三二极管，第六电阻和第二二极管上拉到第二电源，第三二极管接地。
进一步的，所述第一电源的电压为3.3V或5V，所述第二电源的电压为12V、24V或48V。
本发明的优点：
1.本发明中，单片机同时控制比例电磁阀的高边开关和低边开关，并接收高边开关和低边开关的反馈信号来检测驱动比例电磁阀的高边开关和低边开关的工作状态正常与否，以此来确保比例电磁阀控制的可靠性和稳定性。
2.本发明中，单片机第二高边控制端输出控制高边输出端的通路，当单片机异常时，确保高边开关的输入处于关断状态。
3.本发明中，可以对比例电磁阀工作时的电流进行采样，这样就可以判断比例电磁阀是否故障。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的原理框图；
图2是本发明的一个较佳实施例电路图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的汽车主动制动控制电路的电路结构：
如图1和图2所示，本发明的汽车主动制动控制电路，包括单片机1、比例电磁阀2、低边开关3、高边控制电路、高边开关7、低边反馈电路8和高边反馈电路9，其中高边控制电路包括单稳态多谐振荡器4、功率开关管5和整形电路6。在本实施例中，单片机1和高边控制电路的工作电压为第一电源VCC，低边开关3、高边开关7和比例电磁阀2的工作电压为第二电源VCCH。第一电源VCC为高边控制电路的工作电源，在本应用中优选为5V，具有更强的抗干扰能力，单片机1的工作电源一般为3.3V或5V，其输出信号的电平和高边控制电路的电平能良好匹配；第二电源VCCH为汽车系统电压，根据车型大小优选为12V和24V，新能源汽车的系统电压可高达48V。
单片机1设有第一高边控制端P1-1、第二高边控制端P1-2、高边检测端P1-3、低边控制端P1-4、和低边检测端P1-5；第一高边控制端P1-1和第二高边控制端P1-2通过高边控制电路与高边开关7的输入端连通，高边开关7的输出端和高边连接器P2-1连通；低边控制端P1-4和低边开关3的控制端连通，低边开关3的源极接地，低边开关3的漏极和低边连接器P2-2连通，所述高边连接器P2-1和低边连接器P2-2之间装有比例电磁阀2；高边开关7的电流反馈端通过高边反馈电路9与所述单片机1的高边检测端P1-3连通，低边开关3的漏极通过低边反馈电路8与单片机1的低边检测端P1-5连通。
高边反馈电路9包括第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1。高边开关7的电流反馈输出端通过第四电阻R4接地，将高边开关7的电流反馈输出端的高边反馈电流信号转换成电压型的高边反馈信号，高边反馈信号通过第三电阻R3和第一电容C1组成的低通滤波器输入到单片机1的高边检测端P1-3，单片机1检测高边检测端P1-3的输入电压，高边开关7的电流反馈输出端的电流和高边开关7的输出端的电流(即通过电磁阀2的工作电流)成固定比例，并依此确定通过比例电磁阀2的工作电流。
高边控制电路包括单稳态多谐振荡器4、功率开关管5，整形电路6和高边开关7。单片机1的第一高边控制端P1-1和单稳态多谐振荡器4的输入端/B连通，单稳态多谐振荡器4的输出端/Q和功率开关管5的控制端连通，第一电源VCC通过功率开关管5和整形电路6的电源端连通。第二高边控制端P1-2和整形电路6的输入端连通，整形电路6的输出端和高边开关7的输入端连通，高边开关7的输出端与高边连接器P2-1连通。功率开关管5可以是功率三极管或功率MOS管。
本发明的汽车主动制动控制电路还具有的其它电路：
在高边开关7的输出端连接第一二极管D1和第二稳压管Z2的构成的串联电路到地，比例电磁阀2是感性负载，该电路可对电磁阀进行钳位消磁。
在低边开关3的漏极连接有第六电阻R6、第二二极管D2和第三二极管D3，第六电阻和第二二极管D2上拉到第二电源VCCH，第三二极管D3接地。通过第六电阻R6，第二电源VCCH给低边开关3供电，为低边开关3在高边开关7未打开时提供工作电流。第二二极管D2和第三二极管D3为低边输出端提供钳压保护。
低边反馈电路8为一电阻分压电路，由第七电阻R7和第八电阻R8组成，低边开关3的漏极通过第七电阻R7连通到单片机1的低边反馈端P1-5，低边反馈端P1-5通过第八电阻R8接地。低边开关3的漏极的输出电压为Uo，单片机1的低边反馈端P1-5的输入电压Ui＝R8*Uo/(R7+R8)。该分压电路将低边开关3输出的24V高电平信号转换成单片机1的低边反馈端P1-5输入的5V低电平信号。
应用于汽车刹车控制的比例电磁阀2为成对使用，前轮控制和后轮控制各设一组汽车主动控制电路用于控制左右车轮。在本实施例中，仅公开比例电磁阀2的主动控制电路中的一路控制信号，主动控制电路所涉及的关键器件型号：
单稳态多谐振荡器4采用的型号为CD74HC4538,为高速CMOS逻辑双路可重触发精密单稳态多谐振荡器。
高边开关7采用的型号是ST的VND5T100AJ，该高边开关7具有双通道高边驱动器与模拟电流感应功能。
低边开关3采用的型号是FAIRCHILD的FDS89161，具有双通道的高速MOS管。
单片机1采用的型号是ST的SPC56EL60，双核控制器；单片机1的工作电压为3.3V。
整形电路6采用的型号是74HCT2G14。
本发明的汽车主动制动控制电路的工作原理：
当系统需要比例电磁阀2工作时，需先打开低边开关3。单片机1的低边控制端P1-4输出低边PWM控制信号给低边开关3，将低边开关3的漏极将产生相同频率的PWM信号，低边开关3的漏极的PWM信号通过低边反馈电路8形成低边PWM反馈信号输入给单片机1的低边检测端P1-5，单片机1采集并确认低边PWM反馈信号和低边PWM控制信号是否同步，由此确认从单片机1到比例电磁阀2之间的电路是否正常。当低边开关3异常、低边开关3的漏极和低边连接器P2-2之间的连接线接地导通，或低边反馈电路8的阻值异常，均会导致低边PWM反馈信号异常。当低边开关3的漏极和低边连接器P2-2之间的连接线的绝缘皮出现破损并与车辆的机壳接触时，就可能接地导通。如有异常，就会报警，避免行车事故。
在确认比例电磁阀2的低边线路正常后，单片机1打开比例电磁阀2的高边线路并予以控制。
单片机1的第一高边控制端P1-1输出高边PWM信号到单稳态多谐振荡器4的输入端/B，当高边PWM信号的周期小于300ms时，在单稳态多谐振荡器4的输出端/Q产生一个连续的低电平，该低电平将功率开关管5打开，整形电路6的电源接通第一电源VCC，整形电路6可以工作。优选的，高边PWM信号是个连续信号，其周期为100ms～200ms，该信号对占空比无明确要求，优选的占空比为50％。
单片机1的第二高边控制端P1-2输出高边控制信号，经整形电路6整形给发送给高边开关7的输入端，当高边控制信号为高电平时，将高边开关7打开，同时单片机1的高边检测端P1-3通过高边反馈电路9采集高边反馈信号，这样就可以判断比例电磁阀2是否故障。具体的，在比例电磁阀2工作时，工作电流从高边开关7到比例电磁阀2，再从低边开关3到地，形成回路，高边开关7中的电流互感器会对流经高边开关7的电流进行感应，会按照固定的比例系数从电流反馈输出端输出电流值，这样单片机1就可以对比例电磁阀2的工作电流进行采样，来判断比例电磁阀2是否故障，特别是在汽车刚上电的时候，就可以对比例电磁阀2进行通电，对比例电磁阀2进行检查是否损坏，如有损坏，就会报警，避免行车事故。
在比例电磁阀2工作时，通过调节低边PWM控制信号的占空比，可调节通过比例电磁阀2的工作电流的大小，从而调节比例电磁阀2的开度。低边PWM控制信号的频率为50～200Hz，优选为100Hz，低边PWM控制信号的可调节的占空比范围为20％～100％，低边PWM控制信号的占空比和比例电磁阀2的开度成正比关系。
当高边PWM信号异常时，如单片机1异常，高边PWM信号输出为全0或全1信号，此时单稳态多谐振荡器4的输出端/Q将产生持续的高电平，使得功率开关管5处于关断状态，整形电路6的电源断开，高边开关7的输入端为高阻态或低电平，高边开关7处于关断状态，通过比例电磁阀2的工作电流为0。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种汽车主动制动控制电路，包括单片机(1)和比例电磁阀(2)，其特征在于：还包括低边开关(3)、高边控制电路、高边开关(7)、低边反馈电路(8)和高边反馈电路(9)；
所述单片机(1)设有第一高边控制端(P1-1)、第二高边控制端(P1-2)、高边检测端(P1-3)、低边控制端(P1-4)、和低边检测端(P1-5)；第一高边控制端(P1-1)和第二高边控制端(P1-2)通过高边控制电路与高边开关(7)的输入端连通，高边开关(7)的输出端和高边连接器(P2-1)连通；低边控制端(P1-4)和低边开关(3)的控制端连通，低边开关(3)的源极接地，低边开关(3)的漏极和低边连接器(P2-2)连通，所述高边连接器(P2-1)和低边连接器(P2-2)之间连接有比例电磁阀(2)；高边开关(7)的电流反馈端通过高边反馈电路(9)与所述单片机(1)的高边检测端(P1-3)连通，低边开关(3)的漏极通过低边反馈电路(8)与单片机(1)的低边检测端(P1-5)连通；
所述单片机(1)的工作电源为第一电源(VCC)，所述高边开关(7)和所述低边开关(3)的工作电源为第二电源(VCCH)；
所述高边控制电路包括单稳态多谐振荡器(4)、功率开关管(5)，整形电路(6)和高边开关(7)；单片机(1)的第一高边控制端(P1-1)和单稳态多谐振荡器(4)的输入端(/B)连通，单稳态多谐振荡器(4)的输出端(/Q)和功率开关管(5)的控制端连通，第一电源(VCC)通过功率开关管(5)和整形电路(6)的电源端连通；第二高边控制端(P1-2)和整形电路(6)的输入端连通，整形电路(6)的输出端和高边开关(7)的输入端连通，高边开关(7)的输出端与高边连接器(P2-1)连通。
2.如权利要求1所述的汽车主动制动控制电路，其特征在于：所述功率开关管(5)是功率三极管或功率MOS管。
3.如权利要求1所述的汽车主动制动控制电路，其特征在于：所述单片机(1)的第一高边控制端(P1-1)输出高边PWM信号，所述高边PWM信号的周期是100ms～200ms。
4.如权利要求1所述的汽车主动制动控制电路，其特征在于：所述高边反馈电路(9)包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第一电容(C1)；高边开关(7)的电流反馈输出端通过第四电阻(R4)接地，同时通过第三电阻(R3)和第一电容(C1)组成的低通滤波器输入到单片机(1)的高边检测端(P1-3)。
5.如权利要求1所述的汽车主动制动控制电路，其特征在于：所述低边反馈电路(8)为一电阻分压电路，由第七电阻(R7)和第八电阻(R8)组成，低边开关(3)的漏极通过第七电阻(R7)连通到单片机(1)的低边反馈端(P1-4)，低边反馈端(P1-4)通过第八电阻(R8)接地。
6.如权利要求1所述的汽车主动制动控制电路，其特征在于：所述单片机(1)的低边控制端(P1-4)输出低边PWM控制信号，所述低边PWM控制信号的频率是50Hz～200Hz，占空比是20％～100％。
7.如权利要求1所述的汽车主动制动控制电路，其特征在于：所述高边开关(7)的输出端连接由第一二极管(D1)和第二稳压管(Z2)的构成的串联电路到地。
8.如权利要求1所述的汽车主动制动控制电路，其特征在于：所述低边开关(3)的漏极连接有第六电阻(R6)、第二二极管(D2)和第三二极管(D3)，第六电阻和第二二极管(D2)上拉到第二电源(VCCH)，第三二极管(D3)接地。
9.如权利要求1所述的汽车主动制动控制电路，其特征在于：所述第一电源(VCC)的电压为3.3V或5V，所述第二电源(VCCH)的电压为12V、24V或48V。
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