CN2905992Y - 用于控制电动车门的电路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于控制电动车门的电路系统，包括主控单元，电源单元，电机驱动单元，电机电流采样单元。所述电机电流采样单元的输出端与所述主控单元的采样端口连接，用于采集电机的电流信号；所述主控单元，用于由所述电机电流采样单元采集电机的电流信号，根据所述电流值判断电动门窗的状态，通过所述电机驱动单元实现门窗的控制；所述电机驱动单元与所述主控单元的输出端连接，用于驱动所述电机单元。本实用新型提供一种用于控制电动车门的电路系统以解决现有技术控制准确性不高的问题和外围器件负载等问题。

Description

用于控制电动车门的电路系统

技术领域

本实用新型涉及一种控制电动车门的电路系统。

背景技术

目前，现有技术的电动车门的玻璃升降控制器，可以根据接收到的开关控制信号来控制升降控制器电机实现电动车门玻璃升降、过载保护、集中关窗、后窗禁止等功能。

如图1所示，现有技术电动车门的玻璃升降控制器的一种控制电路图。其中，U2为继电器驱动IC，由单片机(图中未示出)根据控制开关进行控制。当RELAY(继电器)的2为高电平时，RELAY的上触点与4连接；当RELAY(继电器)的2为低电平时，RELAY的上触点由4切换到3。当RELAY(继电器)的7为高电平时，RELAY的下触点与9连接；当RELAY(继电器)的7为低电平时，RELAY的下触点由9切换到8。假如RELAY的5与Vbat连接时电机顺时针旋转，RELAY的10与Vbat连接时电机逆时针旋转，可以按照如下方式控制电机的转向，从而控制玻璃的上升与下降。

继电器的2低电平，7为高电平，电机顺时针旋转；

电流由Vbat经继电器RELAY的3到5，然后经过电机线圈到继电器的10，经过9之后，通过电阻R2到地。

RELAY的7低电平，2为高电平，电机逆时针旋转；

电流由Vbat经继电器RELAY的8到10，然后经过电机线圈到继电器的5，经过4之后，通过电阻R2到地。

放大器U3B与周围的电阻一起组成放大电路，电阻R2为采样电阻，该放大电路对采样电阻的电压进行放大，通过计算R2的电压进行判断电机是否堵转。

现有技术方案虽然可以驱动玻璃升降，也存有一定的智能化功能，但还存在以下问题：

1.可靠性不能保证。

电机的驱动是通过继电器进行的，电机转向的更改是靠继电器的触点切换实现的。由于继电器的机械结构，限制了现有技术电动车门的玻璃升降控制器的可靠性和使用寿命。

2.控制精度不高。

由于采用了继电器，同时又有很多辅助器件，系统集成度差，这有进一步降低了系统的可靠性；复杂的反馈电路，使得对采样电压的计算与判断的准确性大打折扣。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于控制电动车门的电路系统，以解决现有技术中的可靠性和控制精度不能保证的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于控制电动车门的电路系统，包括主控单元，电源单元，电机单元，电机驱动单元；还包括电机电流采样单元；

所述电机电流采样单元的输出端与所述主控单元的采样端口连接，用于采集电机的电流信号；

所述主控单元，用于由所述电机电流采样单元采集电机的电流信号，根据所述电流值判断电动门窗的状态，通过所述电机驱动单元实现门窗的控制；

所述电机驱动单元与所述主控单元的输出端连接，用于驱动所述电机单元。

所述门窗的控制包括，控制门窗的上升、上升防夹、上升堵转确认、上升短路保护、上升开路保护以及自动上升到顶；门窗的下降、下降堵转确认、下降短路保护、下降开路保护以及自动下降到底。

所述控制上升防夹具体为，电机电流采样单元采集电机的电流信号，所述电流的变化值达到预定的电流值，所述主控单元控制电机驱动单元驱动电机向下运行，实现门窗的上升防夹功能。

与主控单元的串口收发连接的LIN驱动单元，用于进行网络连接实现LIN网络通讯。

电源模块为主控单元、电机驱动单元和LIN驱动单元供电；具有电源调节功能，过压保护功能以及欠压包含功能。

主控单元具有休眠唤醒功能。

主控单元采用单片机。

主控单元采用的单片机为MC68HC908GR16。

所述的电路系统，还包括，电源监测单元：与所述电源单元相连，用于检测电源单元的供电电压。

电源单元采用TLE4267芯片。

电机电流采样单元由采样电阻R30，采样通道保护电阻R27和稳压管D11组成及单片机的采样通道PTB2组成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、增加了可靠性。

本实用新型通过电机电流的采集，准确的判断电动车门的各个工作状态，提高了操作的可靠性。

2、控制准确。

本实用新型采用单片机和控制芯片，使控制数字化，提供了控制的准确性。

附图说明

图1为现有技术电动车门的玻璃升降控制器的一种控制电路图；

图2为本实用新型控制电路结构图；

图3为门窗电机驱动原理图；

图4为电源单元电路图；

图5为LIN(局域互连网络)总线接口电路原理图；

图6为电源监测单元电路图；

图7为IO端口单元电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做进一步说明。

参见图2，该图为本实用新型控制电路结构图。

本实用新型汽车电动车门控制电路系统，包括，主控单元11、电源单元15、电机电流采样单元12、电机单元17、电机驱动单元14、LIN驱动单元13以及IO接口单元16。

电机电流采样单元12的输出端与主控单元11的采样端口连接，用于采集电机的电流信号。

主控单元11，用于根据电机电流采样单元12采集电机的电流信号，通过电机驱动单元14实现门窗的控制。主控单元11实现门窗的上升功能、上升防夹功能、上升堵转确认功能、上升短路保护功能、上升开路保护功能以及自动上升到顶功能；门窗的下降功能、下降堵转确认功能、下降短路保护功能、下降开路保护功能以及自动下降到底功能，还具有休眠唤醒功能，以节省功耗。

电机驱动单元14与主控单元11的输出端连接，用于驱动电机单元17。

电源单元15具有电源调节功能，过压保护功能以及欠压包含功能，该电源模块为主控单元11、电机驱动单元14和LIN驱动单元16供电。

LIN驱动单元16，用于进行网络连接，实现LIN网络通讯。

IO端口单元16的输入端与主控单元11的输出端连接。

LIN驱动单元13与主控单元11的串口收发连接。

汽车电动门窗控制系统控制过程：

直流电源经过电源单元15，分别为主控单元11、电机驱动单元14和LIN驱动单元13供电；

当供电电压符合工作条件时，有向上的控制命令(本地开关信号或远程控制命令)时，主控单元11控制电机驱动单元14，使门窗向上运行；当用户选择自动上升到顶或通过中控锁发出锁门命令时，门窗向上自动运行到顶。向上运行过程中实时根据电流反馈进行判断，当有异物时电机驱动单元向下运行1s；当运行到顶时会关闭电机驱动单元14；当电机驱动单元14的负载发生短路故障，即对地短接时，实时关闭电机驱动单元14；当电机驱动单元14发生开路故障，即电机没有接通时，实时关闭电机驱动单元14；当用户选择进入堵转冲击模式，即对于处于磨合或由于碰撞所产生的变形导致驱动系统误检测到堵转，而实际并没有进入真正的堵装状态时，为使用人员提供门窗磨合的便利，在5s时间内放弃堵转的检测。

当电流反馈值大于所设定的堵转标准值时，进行堵转检测。

当供电电压符合工作条件时，有向下的控制命令(本地开关信号或远程控制命令)时，主控单元11控制电机驱动单元14，使门窗向下运行；当用户选择自动下降到底，门窗向下自动运行到底；向下运行过程中实时根据电流反馈进行判断，当运行到底即发生堵转时关闭电机驱动单元14；当驱动部件发生短路故障时，实时关闭电机驱动单元14；当驱动部件发生开路故障时，实时关闭电机驱动单元14；当用户选择进入堵转冲击模式时，在5s时间内放弃堵转的检测。

合适的滤波函数，将AD采样出来的值通过该函数进行处理，对门窗电机运行过程中的干扰和启动机进行合理的处理，滤掉启动冲击或运行过程中的干扰，从而保证控制的精确性。

本使用新型控制电动车门的电路系统，作为车身网络控制的一部分，可以通过特定的协议进行休眠，也可以通过网络信号或开关信号唤醒，从而降低功耗。

根据电动门窗的运行过程，将经历如上所描述的五个状态：

静止状态：门窗处于不运行状态；

正常运行状态：门窗处于正常的运行状态；

堵转运行状态：门窗运行到顶或底部时所处的状态；

堵转冲击状态：当电流反馈值大于所设定的堵转标准值时，门窗未磨合好或变形，不进行堵转检测的状态；

防夹运行状态：出于安全因素考虑，当电流反馈值在正常运行标准值和堵转标准值之间表示有异物在门窗上，进行安全处理的状态。

电动门窗机械参数：

Fa＝Fg+Ff+Fd+Fo

其中：Fa执行器输出力；Fg重力；Ff磨擦力；Fd干扰(不平路面)；Fo障碍物阻力(夹力)。

汽车电动门窗开关要在克服重力、磨擦力、各种干扰以及综合考虑门窗电机驱动特性后才能进行防夹，而且在不同的允许工作电压下对防夹也有特定的影响。防夹受这些参数的影响，当这些值发生变化时需要调整相应的防夹标准。综合考虑这些因素，汽车电动门窗防夹要经过无数次计算和反复实验，得出准确数据。本发明主要根据下文描述的电流反馈控制门窗的运行，因此门窗电机的驱动力Fa都通过电流反馈得以体现。

当门窗上升过程中，遇到障碍物阻止其上升时，由于电机负载加重，所以电机的电流会有明显的增加。

利用这个电流的变化检测到防夹功能的启动，从而使门窗电机向下运行1s以实现防夹。

下面结合控制的具体情况，详细描述实现过程：

首先描述一下电流反馈的计算公式，根据电机电流采样模块，采用8位精度采样到的数据，经过如下计算即可得到驱动电流I_s值。

Vsamp：8位采样值，取值范围0至255；

I_s＝Vsamp*采样参考电压/(R30)*系数

  ＝Vsamp*比例系数(A)

  ＝0.1Vsamp

为便于描述，定义如下的相关代号：

Ioverload：驱动部件发生短路的时的反馈电流标准值；

Iopenload：驱动部件发生开路的时的反馈电流标准值；

Ipinch：进入防夹模式处理的反馈电流标准值；

Istuck：堵转状态下的反馈电流标准值；

Istatic：静止状态下的反馈电流标准值；

I_run：正常运行时的反馈电流标准值；

Irun：正常运行时的反馈电流；

Vpower：驱动的供电电压。

堵转电流值，减去最低有效工作电压的正常工作电流值，得到本驱动的最大防夹力的电流反馈约为7A左右。

当供电电压符合工作条件时，有向上的控制命令(本地开关信号或远程控制命令)时，驱动门窗电机向上运行，在运行过程中结合Vpower实时判断Irun，当Irun大于Istuck时，认为门窗运行到顶，将关闭门窗电机驱动模块；当Irun大于Ioverload时，认为门窗发生短路，将关闭门窗电机驱动模块；当Irun小于Iopenload时，认为门窗发生开路故障，将关闭门窗电机驱动模块；当Irun小于Istuck但大于I_run时，驱动系统进入防夹处理模式，将控制门窗电机反向(向下)运行1S后关闭门窗电机驱动模块；对于需要磨合的门窗当发生错误的堵转确认时，本发明提供2s内连续按下5次同一方向开关进入冲击模式，以避免使用人员频繁地启动门窗电机；其他情况按照控制命令进行正常的控制。当遥控命令发出锁门命令时，通过LIN传送该命令，门窗将自动上升到顶或在2S内按下向上的开关不变门窗也将自动上升到顶。

当供电电压符合工作条件时，有向下的控制命令(本地开关信号或远程控制命令)时，驱动门窗电机向下运行，在运行过程中结合Vpower实时判断Irun，当Irun大于Istuck时，认为门窗运行到顶底，将关闭门窗电机驱动模块；当Irun大于Ioverload时，认为门窗发生短路，将关闭门窗电机驱动模块；当Irun小于Iopenload时，认为门窗发生开路故障，将关闭门窗电机驱动模块；对于需要磨合的门窗当发生错误的堵转确认时，本发明提供2s内连续按下5次同一方向开关进入冲击模式，以避免使用人员频繁地启动门窗电机；其他情况按照控制命令进行正常的控制。在2S内按下向下的开关不变门窗将自动下降到底。

根据该函数的返回值，结合判断时间参数可以确认门窗电机的工作状态，而且利用该函数可以得到电流反馈的趋势从而为判断目前门窗是否在颠簸的道路上运行提供判断依据，进一步加强控制的精确性。

根据电动车门运行过程描述和电动车门机械参数描述可知，门窗运行过程中的各个状态会有不同的返回值，本驱动利用这些采样返回值实现对系统的控制和保护。

参见图3至图7，本实用新型具体电路图。

电源单元15，参见图4。电源单元15由滤波电容C1、C2、C4以及5V输出的滤波电容C9组成，以及电源芯片U2，和方向保护二极管D1、D2以及稳压管D4、D12组成。

主控单元11选用的是Freescale公司的MC68HC908GR16。由电源模块提供电源，由晶振、电容、电阻等组成(图中未示出)。

IO端口单元16，参见图7。IO端口单元16用于实现本地控制信号的采集，由主控单元11的输入端口PTB3和PTA4及其保护电阻R60和R48及电阻R50和R23组成。

电机驱动单元14，参见图3。电机驱动单元14由主控单元11的输出端口PTD4、PTD5、PTD6和PTD7构成，及其输出端口的保护电阻R26、R29和R28、R31，由于采用了高度集成的驱动芯片，因此整个控制过程简单。

电机电流采样单元12参见图3，电机电流采样单元12由采样电阻R30，采样通道保护电阻R27和稳压管D11组成及单片机的采样通道PTB2组成。

电源监测单元，参见图6。电源监测单元由稳压管D6，滤波电容C50以及分压采样电阻R45，R46组成。其中Vbat2由电源模块(图5)提供，R45和R46进行分压采样，PTB6为单片机的AD采样通道。在控制门窗动作之前首先监测电压是否符合工作要求(卡车要求为18V到32V)，只有电压在这个范围内才进行控制，否则将关闭驱动，进行保护。

LIN驱动单元13，参见图5。LIN驱动单元13由LIN的收发器U4及其附属元器件：稳压管D4、滤波电容C17、C18和上拉电阻R16、R33及R13、下拉电阻R14组成，其中和主控单元11相关的由PTE2端口输出控制收发器的使能，Rx和Tx与主控单元11的串口相连接，采用LIN通讯为实现网络控制以及实现中控锁的控制提供了可能。当接收到休眠命令时，驱动自动关闭单片机的电源从而实现低功耗控制。

参见图3，该图为本实用新型控制电动车门的控制电路图。

该电路为桥式驱动电路，其中U6与Q5为一半桥，U7与Q3为另一半桥。U6、U7的4端为诊断输出，用来判断电机的工作状态。功率驱动芯片U1，它具有过压、过载、失地等保护功能。当负载短路时该IC自动关断，直到下次控制状态变化又重新恢复。该IC还具有电流反馈功能，可以把负载的电流以大约1/10000拷贝到IS(4)端，根据反馈的电流值可以进行故障诊断和状态监测。三极管Q1用来驱动功率IC。电阻R2为采样电阻，二极管D1与电阻R3为保护网络，二极管起稳压作用，电阻R3起限流作用。

具体工作过程如下(假如电流从电机的左边到右边时电机顺时针旋转，电流从右边到左边时电机逆时针旋转)：

1 U6与Q5导通，U7与Q3截止，电机顺时针旋转

当Q2的基极(与电阻R26相连接的一端)为高电平时，三极管Q2导通，此时U6导通，其电源3引脚与1和5引脚导通，电流通过电机线圈与三极管Q5构成回路。

2 U7与Q3导通，U6与Q5截止，电机逆时针旋转

当Q4的基极(与电阻R29相连接的一端)为高电平时，三极管Q4导通，此时U7导通，其电源3引脚与1和5引脚导通，电流通过电机线圈与三极管Q3构成回路。

U6与U7的4引脚连接在一起，与采样电阻R30相连接，电阻R27与二极管D11构成微处理器的保护网络，其中电阻R27起限流作用，D11起稳压作用。当电机堵转或短路是，U6或U7的负载增大，通过的电流增加，反馈端4的反馈电流也增加，因此，采样电阻两端的电压也会增加，当微处理器检测到反馈电压超过设计的门限值时，微控制器将会切断电机的电流回路，执行自动保护。

参见图4，该图为电源单元电路图。

其中二极管D1、D2为反向保护二极管，二极管D3为TVS管，用于抑制顺态冲击。电容C1、C2、C3、C4、C8与C9为滤波电容。

电源单元15采用U2芯片，为+5V稳压TLE4267(400mA)，是专为汽车设计的低压差线性稳压电源，输入电压可以达到40V，具有过压保护，短路保护，过温保护，电池反接保护，输出电压监测，低电压复位等功能，而且复位延迟时间可以通过外部电路调整。U2的2引脚即E2为使能端，当U2的9引脚为低电平，切U2的2引脚为高电平时，U2可以输出+5V电压；如果U2的9引脚为高电平，U2的2引脚为低电平时，此时U2不工作，输出电压为0V。

参见图5，该图为LIN(局域互连网络)总线接口电路原理图，电容C17为电源滤波。电阻R13、R14、R16、R33为上拉电阻。该部分电路实现了网络功能。

LIN(局域互连网络)总线驱动芯片U4。为节约电量消耗，该芯片具有睡眠功能。U4的1引脚Rx与2引脚Tx分别为数据的接收与发送引脚，U4的6引脚LIN为总线引脚，可以与LIN总线相连接。U4的1引脚为一个开漏特性的的引脚，因此R13为上拉电阻，以方便与外部的微控制器进行连接。U4的4引脚的电阻R14是为配合U4的U4的3引脚Wake而设计的，U4的3引脚为本地唤醒输入端，由于当该芯片进入睡眠模式之后，可以通过LIN总线进行远程唤醒，也可以通过本地开关进行本地唤醒，在U4的4引脚被上拉之后，如果U4的3引脚上出现了低电平，则证明此唤醒信号为本地唤醒。U4的2引脚EN为睡眠控制输入，通过控制该引脚电平的高低来控制该芯片是否可以进入睡眠模式。U4的8引脚INH为控制输出，当该芯片被唤醒后，该引脚输出高电平，在睡眠模式下，该引脚为低电平，因此，可以利用该引脚的电平特性，进行电源输出控制。将U4的8引脚与U2的2引脚相连接，来控制电源是否可以输出，当INH为低电平时不允许输出+5V电压，当INH为高电平时允许+5V电源输出。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1、一种用于控制电动车门的电路系统，包括主控单元，电源单元，电机单元，电机驱动单元；其特征在于，还包括电机电流采样单元；

所述电机电流采样单元的输出端与所述主控单元的采样端口连接，用于采集电机的电流信号；

所述主控单元，用于由所述电机电流采样单元采集电机的电流信号，根据所述电流值判断电动门窗的状态，通过所述电机驱动单元实现门窗的控制；

所述电机驱动单元与所述主控单元的输出端连接，用于驱动所述电机单元。

2、如权利要求1所述的电路系统，其特征在于，

所述门窗的控制包括，控制门窗的上升、上升防夹、上升堵转确认、上升短路保护、上升开路保护以及自动上升到顶；门窗的下降、下降堵转确认、下降短路保护、下降开路保护以及自动下降到底。

3、如权利要求2所述的电路系统，其特征在于，所述控制上升防夹具体为，电机电流采样单元采集电机的电流信号，所述电流的变化值达到预定的电流值，所述主控单元控制电机驱动单元驱动电机向下运行，实现门窗的上升防夹功能。

4、如权利要求1所述的电路系统，其特征在于，还包括，

与主控单元的串口收发连接的LIN驱动单元，用于进行网络连接实现LIN网络通讯。

5、如权利要求4所述的电路系统，其特征在于，所述电源模块为主控单元、电机驱动单元和LIN驱动单元供电；具有电源调节功能，过压保护功能以及欠压包含功能。

6、如权利要求1或2或3所述的电路系统，其特征在于，所述主控单元具有休眠唤醒功能。

7、如权利要求1或2或3所述的电路系统，其特征在于，所述主控单元采用单片机。

8、如权利要求7所述的电路系统，其特征在于，所述主控单元采用的单片机为MC68HC908GR16。

9、如权利要求1或2或3所述的电路系统，其特征在于，还包括，电源监测单元：与所述电源单元相连，用于检测电源单元的供电电压。

10、如权利要求6所述的电路系统，其特征在于，所述电机电流采样单元由采样电阻R30，采样通道保护电阻R27和稳压管D11组成及单片机的采样通道PTB2组成。

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