汽车整车车门电子控制系统

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重庆XXXXX 学

现代汽车电控课程设计报告

设计题目：汽车车门控制系统设计与实现（硬件）

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目录

第一章设计方法简介 (2)

第二章车门ECU硬件设计 (3)

2.1 整体结构图 (3)

2.2 芯片TLE8201 (4)

2.2.1 芯片TLE8201结构 (4)

2.2.2 TLE8201应用电路 (5)

2.2.3 电源 (6)

2.2.4 SPI (7)

2.2.5 PWM输入 (7)

2.2.6 电流感应 (7)

2.2.7 输出级 (8)

2.3芯片BTS781及其TLE6250 (8)

2.4 电路设计 (8)

第三章设计小结 (9)

3.1致谢 (9)

3.2 心得体会 (10)

3.3 对设计的建议及可探讨问题 (10)

参考文献 (10)

【摘要】：提出了一种“总体分布、局部集中式”的轿车车门ECU设计，ECU 之间以CAN总线方式通信。以英飞凌公司XC164CS微控制器和TLE8201、BTS781功率驱动芯片为核心设计了车门ECU的硬件电路；在XC164CS上移植了μC/OS-Ⅱ实时操作系统，在此基础上进行了任务划分和应用软件设计,最后搭建了整个车门控制系统的实验台架。试验结果表明，该系统运行稳定可靠，达到了设计性能。随着科技的飞速发展，为了提高行车的舒适性，针对轿车的车门控制系统，人们已经设计了基于CAN、LIN等总线系统的完全分布式控制方案。轿车车门电子控制器是每一辆现代轿车都必须安装的模块。轿车车门的基本配置包括电动车窗和中控锁（门锁）、前车门后视镜、转向信号灯、礼貌灯等，这些功能可相对独立配置，具有可裁剪性，可按用户需求增减。由于电子技术的进步和集成电路制造工艺的发展，目前车门模块电子控制器的主流是采用高集成度的芯片控制方式。本文基于英飞凌公司生产的高集成度专用门控芯片TLE8201和BTS781，给出了一种新的车门控制解决方案。

【关键字】：车门ECU设计、硬件电路、XC164CS、TLE8201

第一章设计方法简介

目前流行两款车门ECU方案，即集中式控制方案和分布式控制方案。其中，集中式控制是将电动车窗、后视镜、门锁等负载的控制集中由车身中央控制器完成，这样可降低整体成本，但增加了控制器的复杂性；而且控制过于集中、尺寸偏大，不利于安装、布线和散热。

而分布式控制方案为奥迪、大众等汽车公司所采用，每个车门内的负载由各自的ECU模块单独控制，也可由驾驶员侧ECU通过CAN总线控制。在这种方案中，两个前门ECU连接到CAN总线网络，后面两个车门的ECU可通过CAN 总线或LIN总线方式相互通信，或直接由车身中央控制器模块驱动。分布式方案控制简单，但成本偏高。

本课题组设计了一种“总体分布，局部集中式”的控制方案，其框图如图1所示，即将左侧前后两个车门的控制作为一个ECU模块，右侧前后两个车门的控制作为另一个ECU模块，两个模块之间以及模块与中央控制器之间均以CAN 总线方式连接。

本设计方案成本适中，易于布线和控制，是基于集中式和分布式控制优势的一种折中。本设计中的中央控制器模块可模拟特殊的诊断或信息显示功能等，并可用于验证所做设计的正确性，实际的车门控制节点并不包含此模块。

第二章 车门ECU 硬件设计

2.1 整体结构图

本车门控制系统的硬件结构框图如图2所示。本系统选用的微控制器为英飞凌公司生产的XC164CS ，其MAC 单元增加了DSP 功能来处理数字滤波算法，从而大大缩短了乘除运算的时间；五级流水线结构、大多数的单周期指令、可遍寻地址空间的PEC 传送提高了系统性能。片上调试系统（OCDS ）支持对目标系统进行调试。XC164CS 出色的性能还适合于实时操作系统的移植。

集中控制开关

中央控制器

左前车窗

左后车窗 左前门锁 左后门锁

右前车窗

右后车窗 右前门锁 右后门锁

左

门节点

左后视镜

右门

节点

车窗

门锁

右后视镜

车窗

门锁

CAN 总线

图1 车门控制系统总体设计图

2.2 芯片TLE8201 2.2.1 芯片TLE8201结构

TLE8201是英飞凌公司新推出的专用于车门控制的一款高集成度芯片（如图3所示），它是一种用于车门模块的高度集成功率ASSP(专用标准产品)。其中包括用于驱动典型前车门应用中负载所必需的功率级，这些负载包括中央门锁、死锁或后视镜折叠、后视镜定位、后视镜加热，以及5W 或10W 车灯或LED(如转向信号灯、门控车室照明灯/安全警报灯或控制面板照明灯)等。

TLE8201具有符合汽车应用安全规范的短路与超温保护功能和完备的诊断功能。而电流感应输出则能提升系统的整体性能。

标准的SPI 接口不但能减少微控制器I/O 线路的长度，而且还可灵活控制功率级，并提供完备的诊断功能。

TLE8201拥有两个PWM 输入端，均为直接功率级控制输入端，可增强PWM 映射的灵活性。SPI 寄存器中的信息定义将由PWM 输入端控制的功率级。可对PWM 功能进行配置，最多可支持八个功率晶体管。

该器件采用Power-SO 封装，配有一个大型散热块，因此具有良好的热阻性能。引脚经过优化处理，可实现高效的PCB 设计。TLE8201的应用不但有利于节省PCB 面积和节省成本，而且能增强系统质量，并提高产量

SP1

后视镜折叠 车窗电机

TLE7469GV52

X C 1 6 4 C S

TLE8201

BTS781 TLE6250

后视镜位置 后视镜加热 门锁

M CNA

图2 车门控制系统硬件结构图

图3 TLE8201方框图

2.2.2 TLE8201应用电路

图4为车门控制模块中的TLE8201应用电路。

图4 应用电路

2.2.3 电源

TLE8201拥有两个电源输入端：所有功率驱动器均与连接至汽车12V电源线的供电电压Vs引脚相连。内部逻辑电路部分则由一个独立的5V Vcc电压供电。这样，即使Vs发生短时停电，也可确保存储于逻辑电路中的信息不受影响。

TLE8201要求配备外部反极性保护，它配有一个电荷泵输出端，用于连接外部n通道逻辑电平MOSFET。该保护电路的连接方法如图4所示，栅极电压由引脚GO提供。通过把INH输入设置为“低”，可将TLE8201置于低能耗模式。

在休眠模式下，所有输出晶体管均被关闭，SPI停止工作。在此模式下，总静态电流的最大值仅为6μA(Vs和Vcc)。

2.2.4 SPI

SPI用于实现与控制单元的双向通讯。当通过CSN(chip-select-not)输入(H至L)模式选择芯片时，则会启动传输周期。16-位控制字通过DI串行数据输入端读取。状态字则同步显示于DO串行数据输出端。同步通讯通过串行时钟输入端CLK实现。

如图5所示，16位SPI框架由一个可寻址块、一个地址独立块和一个2位地址构成，包括两个控制寄存器和两个诊断寄存器。地址独立输入部分用于一般性设置，地址独立输出部分则用来标记错误和记录温度信息。

图5 SPI结构

2.2.5 PWM输入

PWM-ing是TLE8201提供的一种非常灵活的功能。可通过两种PWM模式配置对所需功率级进行控制：将PWM1和PWM2引脚与微控制器的计时器通道相连，然后选择所需HSsel位，以激活PWM功能。建议将PWM频率设置为200 Hz以下，以最大限度地减少开关损耗导致的功率消耗。

2.2.6 电流感应

ISO(感应输出)引脚提供与所选功率输出端流向GND的输出电流成比例的电流。输出端选择通过SPI实现。

而感应电流则由外部感应电阻器R43转换成电压，并送至A/D变流器输入端。

2.2.7 输出级

输出1-6为半桥，输出7-11则是高边开关。闩锁电机和后视镜折叠电机均可连接至输出1、输出2和输出3。输出2是两个电机电流之和。两个后视镜定位电机连接至输出4、输出5和输出6。高边驱动器输出7用于驱动后视镜加热器。输出8和输出9用于驱动5W车灯。输出10可与输出11相连，共同驱动10W 车灯。

2.3芯片BTS781及其TLE6250

功率驱动芯片BTS781完成电动车窗的升降驱动控制。BTS781的4个MOS管构成H桥电路，可方便实现对直流电机的正、反转控制，并具有完善的保护和故障诊断功能。这些特点可保证车窗电机控制的可靠性。

TLE6250是CAN收发器，是ECU之间的CAN通信接口。

2.4 电路设计

电路设计中主要以TLE8201和BTS781芯片为核心进行设计，以配合软件完成相应的负载驱动功能。其中以TLE8201为核心的电路设计如图7所示（每个ECU 由两个TLE8201分别控制前、后门的门锁、后视镜和灯），以BTS781为核心的电路设计如图8所示（每个ECU由2个BTS781分别控制前、后门的车窗升降）。由图7可见，以TLE8201为核心的门锁、后视镜、灯控制电路非常简洁，减小了电路板面积，提高了可靠性。以BTS781为核心的车窗升降控制电路通过对车窗电机电流的检测和滤波放大，在软件配合下可实现车窗防夹功能。右侧ECU单元与左侧ECU单元设计类似。

图7 车门电路设计

图8 车窗升降及防夹电路图

第三章设计小结

3.1致谢

很感谢这次的课程设计给我锻炼的机会，特别感谢同学给我的耐心的辅导、

细心的讲解以及这学期里用心的为我们上课，才使我们能做好这个课程设计。同时还要谢谢同学们给我的支持，和帮助，我才能更快的完成课程设计！

3.2 心得体会

这次课程设计使我更加深刻地体会到了多看专业书的重要性，只有掌握了一定量的专业知识才能得心应手地解决诸多问题；别外，做任何事都要有耐心不能一遇到困难就退缩；在学习和工作中要时刻谨记“团结”二字，它好比通向成功的铺路石，不可缺少，

3.3 对设计的建议及可探讨问题

由于电子技术的进步和集成电路制造工艺的发展，目前车门模块电子控制器的主流是采用高集成度的芯片控制方式。本文基于英飞凌公司生产的高集成度专用门控芯片TLE8201和BTS781，给出了一种新的车门控制解决方案。

随着科技的飞速发展，为了提高行车的舒适性，针对轿车的车门控制系统，人们已经设计了基于CAN、LIN等总线系统的完全分布式控制方案。轿车车门电子控制器是每一辆现代轿车都必须安装的模块。

试验结果表明，该系统运行稳定可靠，达到了设计性能。

参考文献

[1] 刘晓岩．汽车电子控制技术．北京：化学工业出版社，2009.9．

[2] 赵建才，李堑，姚振强，等．车辆动力总成悬置系统的能量法解耦仿真分

析【J】．上海交通大学学报，2008(6)．

[3] 麻友良．汽车电器与电子控制系统．北京：机械工业出版社，200７．

[4] 罗玉涛．现代汽车电子控制系统．北京：国防工业出版社，2006．

[5] 朱建风，李国忠．常见车系CAN-BUS原理与检修．北京：机械工业出版社，

2006．

[6] 魏春源．BOSCH汽车电气与电子．北京：北京理工大学出版社，2004．

[7] 李东江．现代汽车电子控制技术．北京：中国科学技术出版社，1998．