CN111381527A - 车辆负载控制电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆负载控制电路及方法，该电路包括至少一负载、用于采集所述负载状态的模拟输入开关和车身控制器，所述车身控制器通过一根分时复用的单线束分别与所述负载和模拟输入开关连接。该方法包括车身控制器通过一根单线束的分时复用，或者采集模拟输入开关的输入状态，或者输出驱动信号控制负载。本发明能够减少线束、降低线束短路风险、降低成本、降低线束占有空间和克服了线路布局困扰。

Description

车辆负载控制电路及方法
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，特别涉及一种车辆负载控制电路及方法。
背景技术
车身控制器(Body Control Module，简称BCM)，在汽车工程中是指用于控制车身电器系统的电子控制单元(ECU)，是汽车的重要组成部分之一。车身控制器常见的功能包括控制电动车窗、电动后视镜、空调、大灯、转向灯、防盗锁系统、中控锁、除霜装置、危险报警灯、室内阅读灯和巡航等负载。车身控制器可以通过总线与其他车载ECU相连。车身控制器输出脉宽调制(PWM)信号，用于控制是否接通负载。但是PWM信号的输出与否，需要通过与相应负载连接的模拟输入开关的输入信号状态来决定。例如，室内阅读灯的正常工作，BCM需要一路管脚专门采集模拟输入开关的模数(AD)信号，另一路管脚完成PWM信号的输出功能以对负载进行控制，换言之，此设计理念需要两根线束连接BCM与负载，请参考图1，现有技术中的车辆负载控制电路包括车身控制器10以及与车身控制器10连接的负载20，其中车身控制器10可以为单片机(MCU)等微处理器11，其中负载20可以为电动车窗、电动后视镜、空调、大灯、转向灯、防盗锁系统、中控锁、除霜装置、危险报警灯、室内阅读灯和巡航等。由于车辆电器等负载的数量很多，对于现有技术而言，每个负载均需要两根线束与BCM连接，不仅提高了线束的成本，而且每个电器的两根线束的总量产生的大量的线束，从而为车辆负载控制电路的线路布局造成了困扰，甚至可能由于线束过多，而造成预留空间不足隐藏线束或装配不良的缺陷，并且提高了线束短路、老化对相应负载功能造成的功能故障风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆负载控制电路及方法，以减少线束、降低线束短路风险、降低成本、降低线束占有空间和克服了线路布局困扰。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种车辆负载控制电路，包括至少一负载、用于采集所述负载状态的模拟输入开关和车身控制器，所述车身控制器通过一根分时复用的单线束分别与所述负载和模拟输入开关连接。
进一步的，本发明提供的车辆负载控制电路，所述车身控制器包括微处理器、驱动模块和分压电路；所述分压电路包括依次由脉宽调制电源、第一电阻、正向连接的第一二极管、第二电阻、第三电阻和地构成的串联电路；所述微处理器的其中一个IO端口与所述分压电路中的第二电阻与第三电阻的公共交点连接；所述微处理器的另一个IO端口通过驱动模块连接所述分压电路中的第一二极管与第二电阻的公共交点，所述第一二极管、第二电阻和驱动模块的公共交点为所述车身控制器的接口。
进一步的，本发明提供的车辆负载控制电路，所述模拟输入开关包括由复位按键和第四电阻构成的串联支路，所述复位按键的另一端接地，所述第四电阻的另一端为所述模拟输入开关的接口。
进一步的，本发明提供的车辆负载控制电路，所述模拟输入开关还包括并接在所述串联支路之间的指示电路。
进一步的，本发明提供的车辆负载控制电路，所述指示电路包括由第五电阻和发光二极管构成的串联支路，所述第五电阻的另一端与所述第四电阻的另一端连接，所述发光二极管的阴极与复位按键的另一端连接。
进一步的，本发明提供的车辆负载控制电路，所述指示电路还包括并联在所述发光二极管两端的第六电阻、第一电容和/或第二二极管，其中所述第二二极管的阳极与所述发光二极管的阴极连接。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种车辆负载控制方法，车身控制器通过一根单线束的分时复用，或者采集模拟输入开关的输入状态，或者输出驱动信号控制负载。
进一步的，本发明提供的车辆负载控制方法，采用上述的车身控制器和模拟输入开关，所述车身控制器的接口通过一根单线束分别与所述模拟输入开关的接口和负载连接；初始状态时，微处理器处于采集状态，当复位按键未接通时，微处理器根据采集由脉宽调制电源、第一电阻、第一二极管、第二二极管、第二电阻、第三电阻和地构成的分压电路中第二电阻与第三电阻公共交点之间的第一电压信号控制驱动模块不输出脉宽调制信号；当复位按键在奇数次或偶数次接通时，模拟输入开关与车身控制器通过单线束处于接通状态，微处理器通过第二电阻采集由脉宽调制电源通过第一电阻、第一二极管、单线束、第四电阻、复位按键和地构成的回路中第一二极管与第二电阻公共交点的第二电压信号，所述微处理器根据采集的第二电压信号控制驱动模块输出脉宽调制信号通过单线束的分时复用控制负载；当复位按键在偶数次或者奇数次接通时，模拟输入开关与车身控制器通过单线束处于接通状态，微处理器通过第二电阻采集由脉宽调制电源通过第一电阻、第一二极管、单线束、第四电阻、复位按键和地构成的回路中第一二极管与第二电阻公共交点的第二电压信号，所述微处理器根据采集的第二电压信号控制驱动模块不输出脉宽调制信号，微处理器恢复为初始状态。
进一步的，本发明提供的车辆负载控制方法，采用上述的指示电路，当驱动模块输出脉宽调制信号时，所述驱动模块通过单线束控制所述指示电路中的发光二极管点亮；当驱动模块不输出脉宽调制信号时，所述驱动模块通过单线束控制所述指示电路中的发光二极管熄灭。
进一步的，本发明提供的车辆负载控制方法，采用上述的第二二极管，当驱动模块通过单线束接通指示电路时，所述第二二极管能够使发光二极管的发光效率保持稳定。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的车辆负载控制电路及方法，车身控制器对一根单线束的分时复用，以采集模拟输入开关的输入信号或者输出驱动信号控制负载，无需模拟输入开关和负载分别通过一根单线束与车身控制器连接，从而减少了线束。由于本发明采用一根单线束替代了传统车辆负载控制电路的两根线束的方式，一根单线束不仅降低了线束短路风险，还降低了材料成本，而且单线束在线路布局时占用空间小，克服了线路布局的困扰。
附图说明
图1是现有技术的车辆负载控制电路的方框图；
图2是本发明实施例的车辆负载控制电路的方框图；
图3是本发明实施例的车辆负载控制电路的原理图；
图4是本发明实施例的复位按键未接通时微处理器采集的第一电压信号的波形图；
图5是本发明实施例的复位按键接通时微处理器采集的第二电压信号的波形图；
图6是本发明实施例的驱动模块输出脉宽调制信号的波形图；
图7是本发明实施例的单线束上的波形变化状态过程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
请参考图2，本发明实施例提供一种车辆负载控制电路100，包括至少一负载120、用于采集所述负载120状态的模拟输入开关130和车身控制器110，所述车身控制器110通过一根分时复用的单线束140分别与所述负载120和模拟输入开关130连接。
请参考图3，本发明实施例提供的车辆负载控制电路100，所述车身控制器110包括微处理器111、驱动模块112和分压电路；所述分压电路包括依次由脉宽调制电源VPUP2、第一电阻R1、正向连接的第一二极管D1、第二电阻R2、第三电阻R3和地GND构成的串联电路；所述微处理器111的其中一个IO端口与所述分压电路中的第二电阻R2与第三电阻R3的公共交点连接；所述微处理器111的另一个IO端口通过驱动模块112连接所述分压电路中的第一二极管D1与第二电阻R2的公共交点，所述第一二极管D1、第二电阻R2和驱动模块112的公共交点为所述车身控制器110的接口。其中脉宽调制电源VPUP2为12V。微处理器111可接收的电源电压为3.0V至5V的脉宽调制信号，因此，使用了上述的分压电路，以使微处理器111采集可识别的电压信号。微处理器111例如为单片机(MCU)、数字信号处理器(DSP)、复杂可编辑逻辑控制器(CPLD)和现场可编程逻辑控制器(FPGA)等。
请参考图3，本发明实施例提供的车辆负载控制电路100，所述模拟输入开关130包括由复位按键K1和第四电阻R4构成的串联支路，所述复位按键K1的另一端接地GND，所述第四电阻R4的另一端为所述模拟输入开关130的接口。所述车身控制器110的接口通过单线束140分别与负载120和模拟输入开关130的接口连接。其中所述模拟输入开关130还可以包括并接在所述串联支路之间的指示电路。所述指示电路包括由第五电阻R5和发光二极管L1构成的串联支路，所述第五电阻R5的另一端与所述第四电阻R4的另一端连接，所述发光二极管L1的阴极与复位按键K1的另一端连接。所述指示电路还可以包括并联在所述发光二极管L1两端的第六电阻R6、第一电容C1和/或第二二极管D2，其中所述第二二极管D2的阳极与所述发光二极管L1的阴极连接。
请参考图3，本发明实施例提供的车辆负载控制电路100，所述负载120通过所述单线束140连接模拟输入开关130的接口。当然作为等效电路，负载120也可以连接在车身控制器110的接口，此时车身控制器110与负载120的连接点可以等效为单线束。其中负载120可以是电动车窗、电动后视镜、空调、大灯、转向灯、防盗锁系统、中控锁、除霜装置、危险报警灯、室内阅读灯和巡航开关等。本发明实施例特别适用于危险报警灯、室内阅读灯和巡航开关等小功率负载。当负载为电动车窗、电动后视镜、空调、大灯、转向灯、防盗锁系统、中控锁、除霜装置等较大功率负载时，可以在该较大负载的前级增加电机、继电器、驱动电路等间接负载，以实现对较大功率负载的控制。
本发明实施例还提供了一种基于上述车辆负载控制电路100的车辆负载控制方法，车身控制器110通过一根单线束140的分时复用，或者采集模拟输入开关130的输入状态，或者输出驱动信号控制负载120。其中采集模块输入开关130的输入状态包括断开状态和接通状态。
具体如下：
请参考图3，本发明实施例提供的车辆负载控制方法，采用上述车辆负载控制电路100，所述车身控制器110通过与其接口连接的一根单线束140分别与所述负载120和模拟输入开关130的一个接口连接。请参考图3和图4，初始状态时，微处理器111处于采集状态，当复位按键K1未接通时，微处理器111根据采集由脉宽调制电源VPUP2、第一电阻R1、第一二极管D1、第二二极管D2、第二电阻R2、第三电阻R3和地GND构成的分压电路中第二电阻R2与第三电阻R3公共交点之间的第一电压信号V1控制驱动模块112不输出脉宽调制信号；请参考图3至图6，当复位按键K1在奇数次或偶数次接通时，模拟输入开关130与车身控制器110通过单线束140处于接通状态，此时车身控制器110通过单线束140控制模拟输入开关130为输入状态，具体为微处理器111通过第二电阻R2采集由脉宽调制电源VPUP2通过第一电阻R1、第一二极管D1、单线束140、第四电阻R4、复位按键K1和地GND构成的回路中第一二极管D1与第二电阻R2公共交点的第二电压信号V2，请参考图4和图5，第二电压信号V2的幅值小于第一电压信号V1的幅值，请参考图6，此时微处理器111根据第二电压信号V2控制驱动模块112输出脉宽调制信号Q112并通过单线束140的分时复用控制负载120。请参考图4，当复位按键K1在偶数次或者奇数次接通时，此时车身控制器110通过单线束140控制模拟输入开关130为输入状态，具体为微处理器111通过第二电阻R2采集由脉宽调制电源VPUP2通过第一电阻R1、第一二极管D1、单线束140、第四电阻R4、复位按键K1和地GND构成的回路中第一二极管D1与第二电阻R2公共交点的第二电压信号V2，此时微处理器111根据第二电压信号V2控制驱动模块112不输出脉宽调制信号，微处理器111恢复为初始状态。
请参考图4，复位按键K1在未接通时，微处理器111采集的第一电压信号V1是在脉宽调制电源VPUP2的高电平时进行的。
请参考图5，复位按键K1未接通时，微处理器111采集的第二电压信号V2是在脉宽调制电源VPUP2的高电平时进行的。其中，第一电压信号V1大于第二电压信号V2。例如第一电压信号V1为1.86V，第二电压信号V2为0.873V。
请参考图6，当驱动模块112输出脉宽调制信号Q112时，其是在脉宽调制电源VPUP2的低电平时进行的。因此，脉宽调制信号Q112的极性与脉宽调制电源VPUP2的极性相反。由此可知，单线束140的波形信号以脉宽调制电源VPUP2的波形信号为基准进行分时复用。
请参考图3，本发明实施例中，驱动模块112的作用是对微处理器111通过IO端口输出较小幅度的脉宽调制信号进行增强放大，以产生较大幅度的脉宽调制信号用于控制负载。驱动模块112例如为高边驱动芯片，驱动模块112可以接电机或者继电器，此时电机或者继电器为间接负载，然后通过电机或者继电器连接终端负载。本发明实施例中，与第二电阻R2连接的微处理器111的IO端口为输入端口，与驱动模块112连接的微处理器111的IO端口为输出端口。即驱动模块112的输入端与微处理器111其中的一个IO端口连接，驱动模块112的输出端与分压电路中的第一二极管D1与第二电阻R2的公共交点连接。
请参考图4和图7，车身控制器110上电后，当复位按键K1未接通时，微处理器111检测到模拟输入开关130与车身控制器为未连接状态，即断开状态，微处理器111采集分压电路中的第二电阻R2与第三电阻R3的公共交点的第一电压信号V1，单线束140的波形保持在第一电压信号V1状态，即微处理器111为仅输入不输出。
请结合图5继续参考图7，当复位按键K1在奇数次或者偶数次接通时，微处理器111检测到模拟输入开关130与车身控制器110为连接状态，此时微处理器控制单线束140为仅输入不输出，微处理器111通过第二电阻R2采集第一二极管D1与第四电阻R4的公共交点的第二电压信号V2，此时，第二电阻R2可作为微处理器111的限流电阻。单线束140的波形由第一电压信号V1跳变为第二电压信号V2状态，然后微处理器111根据有效的第二电压信号V2控制驱动模块112输出脉宽调制信号Q112，微处理器111通过脉宽调制信号Q112控制负载，此时微处理器控制单线束140为仅输出不输入。在此过程中，第一二极管D1的作用是：当微处理器111控制驱动模块112输出脉宽调制信号Q112时，防止该脉宽调制信号Q112回流灌入到脉宽调制电源VPUP2中，从而提高了电路的稳定性，避免产生干扰。此时，由于微处理器的IO端口为高阻态，因此脉宽调制信号Q112不会到微处理器111造成干扰。
请结合图6继续参考图7，当复位按键K1在偶数次或者奇数次再次接通时，微处理器111检测到模拟输入开关130与车身控制器110为连接状态，此时微处理器控制单线束140为仅输入不输出，单线束140的波形由脉宽调制信号Q112跳变为第二电压信号V2状态，微处理器111根据有效的第二电压信号V2控制驱动模块112不输出脉宽调制信号Q112并且恢复为采集第一电压信号V1状态，此时处理处理器111为仅输入不输出。
其中驱动模块112是否接通，由微处理器111根据复位按键K1的接通次数执行微处理器的内部算法控制。本发明实施例以复位按键K1接通的奇偶次数交替的算法，判断是否接通。例如复位按键K1在奇数次接通时，微处理器111控制驱动模块112输出脉宽调制信号Q112，复位按键K1在偶数次接通时，微处理器111断开与驱动模块112的输出，执行模拟输入开关130的输入信号的采集状态。当然也可以将奇数次和偶数次接通的执行操作进行替换。复位按键K1也可以根据上一次和下一次接通执行微处理器的内部算法执行是否控制驱动模块是否输出。即复位按键K1的上一次和下一次的接通替代奇数次和偶数次的执行操作控制。
为了保证驱动模块112输出的脉宽调制信号Q112与脉宽调制VPUP2保持同步，微处理器111内设置有同步跟踪模块(Tracking Area Update，TAU)。
请参考图3，本发明实施例提供的车辆负载控制方法，采用上述的指示电路，当驱动模块112输出脉宽调制信号Q112时，所述驱动模块112通过单线束140接通所述指示电路，所述发光二极管L1点亮，即驱动模块112输出脉宽调制信号Q112经单线束140、第五电阻R5和发光二极管L1，使L1处于导通状态，从而使发光二极管L1点亮；当驱动模块112不输出脉宽调制信号时，所述驱动模块112断开与指示电路的通路，所述发光二极管L1熄灭。其中第五电阻R5作为发光二极管L1的限流电阻，一方面保证了发光二极管L1的发光亮度，另一方面防止发光二极管L1被击穿的风险。另外，与发光二极管L1两端并接的第二二极管D2，当驱动模块112通过单线束140接通指示电路时，所述第二二极管D2的阴极将驱动模块112输出的脉宽调制信号嵌位在某一定值，以保证发光二极管L1两端的电压存在某一定值的压差，从而使发光二极管L1的发光效率保持稳定。当微处理器111处于采集状态时，发光二极管L1是不需要亮的，与发光二极管L1两端并联的第六电阻R6的作用是为了使发光二极管L1两端的电压小于发光的阈值电压，使其不亮。与发光二极管L1并接的第一电容C1的起到了静电保护的作用。
本发明实施例提供的车辆负载控制电路及其方法，车身控制器110通过一根单线束140的分时复用，或者采集模拟输入开关130的输入状态或者输出驱动信号控制负载120，无需模拟输入开关130和负载120分别通过一根单线束与车身控制器110连接，从而减少了线束的数量。由于本发明实施例采用一根单线束140替代了传统车辆负载控制电路100的两根线束的方式，一根单线束140不仅降低了线束短路风险，还降低了材料成本，而且单线束140在线路布局时占用空间小，克服了线路布局的困扰。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明实施例范围的任何限定，本领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆负载控制电路，其特征在于，包括至少一负载、用于采集所述负载状态的模拟输入开关和车身控制器，所述车身控制器通过一根分时复用的单线束分别与所述负载和模拟输入开关连接。
2.如权利要求1所述的车辆负载控制电路，其特征在于，所述车身控制器包括微处理器、驱动模块和分压电路；所述分压电路包括依次由脉宽调制电源、第一电阻、正向连接的第一二极管、第二电阻、第三电阻和地构成的串联电路；所述微处理器的其中一个IO端口与所述分压电路中的第二电阻与第三电阻的公共交点连接；所述微处理器的另一个IO端口通过驱动模块连接所述分压电路中的第一二极管与第二电阻的公共交点，所述第一二极管、第二电阻和驱动模块的公共交点为所述车身控制器的接口。
3.如权利要求1所述的车辆负载控制电路，其特征在于，所述模拟输入开关包括由复位按键和第四电阻构成的串联支路，所述复位按键的另一端接地，所述第四电阻的另一端为所述模拟输入开关的接口。
4.如权利要求3所述的车辆负载控制电路，其特征在于，所述模拟输入开关还包括并接在所述串联支路之间的指示电路。
5.如权利要求4所述的车辆负载控制电路，其特征在于，所述指示电路包括由第五电阻和发光二极管构成的串联支路，所述第五电阻的另一端与所述第四电阻的另一端连接，所述发光二极管的阴极与复位按键的另一端连接。
6.如权利要求5所述的车辆负载控制电路，其特征在于，所述指示电路还包括并联在所述发光二极管两端的第六电阻、第一电容和/或第二二极管，其中所述第二二极管的阳极与所述发光二极管的阴极连接。
7.一种车辆负载控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的车辆负载控制电路，所述车身控制器通过一根单线束的分时复用，或者采集模拟输入开关的输入状态，或者输出驱动信号控制负载。
8.如权利要求7所述的车辆负载控制方法，其特征在于，采用权利要求2中的车身控制器和权利要求3中的模拟输入开关，所述车身控制器的接口通过一根单线束分别与所述模拟输入开关的接口和负载连接；初始状态时，微处理器处于采集状态，当复位按键未接通时，微处理器根据采集由脉宽调制电源、第一电阻、第一二极管、第二二极管、第二电阻、第三电阻和地构成的分压电路中第二电阻与第三电阻公共交点之间的第一电压信号控制驱动模块不输出脉宽调制信号；当复位按键在奇数次或偶数次接通时，模拟输入开关与车身控制器通过单线束处于接通状态，微处理器通过第二电阻采集由脉宽调制电源通过第一电阻、第一二极管、单线束、第四电阻、复位按键和地构成的回路中第一二极管与第二电阻公共交点的第二电压信号，所述微处理器根据采集的第二电压信号控制驱动模块输出脉宽调制信号通过单线束的分时复用控制负载；当复位按键在偶数次或者奇数次接通时，模拟输入开关与车身控制器通过单线束处于接通状态，微处理器通过第二电阻采集由脉宽调制电源通过第一电阻、第一二极管、单线束、第四电阻、复位按键和地构成的回路中第一二极管与第二电阻公共交点的第二电压信号，所述微处理器根据采集的第二电压信号控制驱动模块不输出脉宽调制信号，微处理器恢复为初始状态。
9.如权利要求8所述的车辆负载控制方法，其特征在于，采用权利要求5中的指示电路，当驱动模块输出脉宽调制信号时，所述驱动模块通过单线束控制所述指示电路中的发光二极管点亮；当驱动模块不输出脉宽调制信号时，所述驱动模块通过单线束控制所述指示电路中的发光二极管熄灭。
10.如权利要求9所述的车辆负载控制方法，其特征在于，采用权利要求6中的第二二极管，当驱动模块通过单线束接通指示电路时，所述第二二极管能够使发光二极管的发光效率保持稳定。
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