专利名称：一种四合一电控单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车领域的电控单元，更具体地，涉及一种四合一电控单元。
背景技术：
转向灯控制是车辆在转弯时或变道时或者危险告警时对其他车辆进行告知的重要信号装置；雨刮喷淋功能是用于清除车辆前风窗玻璃上的灰尘和污垢，当雨刮喷淋开关有效时，先喷水后进行刮刷动作；中控锁功能通过中控锁开关上锁车辆四门；后雾灯用于在雾天行车时开启，以便能被后方车辆容易识别，减少追尾的风险。随着市场发展，车型配置多样化已成为趋势，各配置车型尽可能的共用车辆架构能有效降低研发成本。针对低成本车辆，对于转向灯、雨刮间歇/喷淋、中控锁及后雾灯四种功能，现有的设计方案大都采用硬线连接外加复杂继电器方法，即各个功能将所采集的开关状态信息经由高、低电平的方式经硬线传输给相应的继电器引脚，然后由继电器根据内部简单逻辑驱动负载完成功能。然而，这种硬线连接加复杂继电器式的设计方法完成的功能相对较简单，可扩展性不强，并且对于整车架构而言，继电器较多，一旦出问题，检查起来不方便，增加了售后市场维护难度。具体而言，图1为现有技术的转向灯继电器电路图，用于实现转向灯的控制。引脚49接电源12V正极，引脚31接电源负极，引脚49a接灯负载。正常闪烁:当灯负载为2*21W+5W或4*21W+2*5W时，继电气控制车灯以(60-120)次/分钟的频率闪光。异常闪烁:当灯负载为1*21W+5W时(一只21W灯泡发生故障时)，继电气控制车灯以2至3倍的闪光频率进行闪烁指示。图2为 现有技术的雨刮间歇继电器电路图，用于实现雨刮器的控制。引脚15接电源，引脚31接地，引脚I位、引脚53e接雨刮开关，引脚31b接雨刮电机，引脚53c接洗涤器开关。间歇刮水:当引脚53e通过组合开关与雨刮电机相连，引脚I通过组合开关得到电源电压时，内部继电器立即动作，引脚53e和引脚15立即接通，雨刮电机转动，当引脚31b得到OV的返回信号后内部继电气释放，引脚53e和引脚15断开，等5.5S± 1.5S后，重复上面过程。洗涤功能:当引脚53c得到电源电压时，内部继电器动作，引脚53e与15接通，雨刮电机开始转动，直到引脚53c电源电压消失并再延时3.5S+2.5S，且引脚31b得到OVDC的返回信号后内部继电器释放，雨刮电机停止运行。图3为现有技术的后雾灯继电器电路图，用于实现后雾灯的控制。图4为图3所示的后雾灯继电器的控制逻辑图。引脚30接电源正极，引脚31接电源负极，引脚15和引脚F分别接对应的使能开关，引脚87接负载。雾灯控制:当引脚15脚或者是引脚F处于允许导通状态(高电平9V-16V)，开关信号引脚E每次得到一个触发信号后就会改变灯负载的通断，由灭(OFF)变为亮(0N)，或者由亮变为灭，随着信号的改变，不断循环改变，具体如控制逻辑图所示。在图1-图4所示的现有技术中，通过三个独立的复杂继电器和开关硬线搭建外围的电路来完成转向灯、雨刮间歇/喷淋及后雾灯功能，为使功能符合法规要求，需要对相应功能使能的电源模式和前置条件搭建复杂的外围硬线逻辑，使得设计原理复杂晦涩，线束成本较高，结构零乱，售后维护极为不便。另夕卜，经过现有的技术文献和专利的检索发现:中国专利申请号为200710118233.1,公开号为CN101083859，名称为“一种汽车转向灯的控制装置”的专利中，其转向灯具有白天正常转向指示，夜晚时转向照明、转向灯忘记关闭的自动关闭等三大主要功能。该专利只是提出了在转向结束但转向灯忘记关闭时，通过判断方向盘转角幅度来协助驾驶员关闭转向灯，并未涉及如何自动地、智能地、无需人工介入的情况下，来节省电池电量。
发明内容针对上述问题，本实用新型提供一种四合一电控单元，包括:用于接收汽车的转向灯、后雾灯、中控锁、雨刮的控制开关的输入的高有效开关输入电路和低有效开关输入电路，所述高有效输入电路输出高电平有效信号，所述低有效开关输入电路输出低电平有效信号；接收所述高电平有效信号和低电平有效信号的控制器；分别用于控制左转向灯和右转向灯的亮和灭的左、右转向灯输出驱动电路；用于控制后雾灯的亮灭的后雾灯输出驱动电路；用于控制中控锁的解锁和闭锁的中控锁输出驱动电路；用于控制雨刮的雨刮输出驱动电路；所述控制器的输出端口连接到所述左转向灯输出驱动电路、所述右转向灯输出驱动电路、所述后雾灯输出驱动电路、所述中控锁输出驱动电路、所述雨刮输出驱动电路的输入端口。进一步，所述四合一电控单元还包括:输入采集器，其连接在所述高有效开关输入电路、低有效开关输入电路与所述控制器之间；以及电源电压采集单元，所述电源电压采集以电池电源供电，并且为所 述控制器供电。进一步，所述控制器通过PWM波信号与所述左、右转向灯输出驱动电路电通信。进一步，所述控制器在一段时间内通过占空比线性降低的PWM波信号与所述左、右转向灯输出驱动电路电通信。进一步，所述左、右转向灯输出驱动电路的电源连接到汽车的闪光电源。进一步，所述中控锁输出驱动电路的输出连接到中控锁电机。进一步，所述雨刮输出驱动电路的输出连接到雨刮继电器。进一步，所述输入采集器的时钟信号输入连接到所述控制器的时钟信号输出。进一步，所述控制器为XC2210U，所述输入采集器为MAX13362，所述左转向灯输出驱动电路为BTS5020，所述右转向灯输出驱动电路为BTS5020，所述后雾灯输出驱动电路为BTS5020,所述中控锁输出驱动电路为BTM7742G，所述雨刮输出驱动电路为TLE7240SL，所述电源电压采集单元为TLE4699。进一步，所述控制器的输出端口包括:第一、第二、第三、第四、第五、第六GPIO端口和第一、第二、第三、第三A/D端口 ；所述左转向灯输出驱动电路的输入端口包括IN端口和IS端口，其中IN端口和IS端口分别连接到第一 GPIO端口和第一 A/D端口 ；所述右转向灯输出驱动电路的输入端口包括IN端口和IS端口，其中IN端口和IS端口分别连接到第二 GPIO端口和第二 A/D端口 ；所述后雾灯输出驱动电路的输入端口包括IN端口和IS端口，其中IN端口和IS端口分别连接到第三GPIO端口和第三A/D端口 ；所述中控锁输出驱动电路的输入端口包括INl端口、IN2端口、INH端口和IS端口，分别连接到第四GPIO端口、第五GPIO端口、第六GPIO端口和第四A/D端口 ；所述雨刮输出驱动电路与所述控制器通过串行总线连接。所述四合一电控单元将转向灯、雨刮间歇/喷淋、中控锁及后雾灯四种功能集成在一个电控单元里，减少了复杂继电器的使用，同时由于控制器的利用以更灵活地实现相关功能，改善了系统的可更新性和可改造性。同时创新地将危险报警灯在OFF电源模式下占空比减小，减少了电池电量消耗。本实用新型从系统层面上优化了实现架构，降低成本的同时提升了功能。
图1为现有技术的转向灯继电器电路图；图2为现有技术的雨刮间歇继电器电路图；图3为现有技术的后雾灯继电器电路图；图4为图3所示的后雾灯继电器的控制逻辑图；图5为本实用新型的四合一电控单元的方框图；图6为本实用新型的四合一电控单元的一个实例的电路图；图7为图5所示的四合一电控单元实现的危险报警灯占空比输出控制时序图。
具体实施方式
如图5所示，本实用新型的四合一电控单元包括高有效开关输入电路和低有效开关输入电路。这两个输入电路可以避免电池电源对输入信号的影响。高有效开关输入电路接收汽车器件的一些开关的输入，包括闪光电源、头灯开关、闪光灯开关、喷淋开关、间歇档开关、雨刮停止位、IGN2开关(其为RUN档电源输入，用于判断当前车辆的电源模式，即车钥匙拧到的位置)，这些开关的闭合和断开经过高有效开关输入电路后转换为高有效开关状态。低有效开关输入电路接收另外一些汽车器件的开关的输入，包括闭锁开关、开锁开关、强制开锁信号、后雾灯开关，这些开关的闭合和断开经过低有效开关输入电路后转换为低有效开关状态。高有效开关输入电路和低有效开关输入电路的输出连接到输入采集器，当开关状态发生变化时，输入采集器相应的寄存器值改变。输入采集器后接有控制器，控制器例如可以由MCU、CPU、工控机等实现。控制器是整个电控单元的数据处理和开关控制的核心单元。MCU采用定时查询的机制与输入采集器通讯，在控制器的查询指令下，输入采集器将当前寄存器值(即开关状态)发送至控制器。控制器根据当前的开关状态来控制相应的输出驱动电路。具体而言，对转向灯的控制通过左、右转向灯输出驱动电路完成。当控制器检测到闪光电源开关闭合时，输出PWM波到左、右转向灯输出驱动电路来控制灯泡完成闪烁功能。对闪烁功能还是转向功能的判断是通过负载检测来实现。控制器读取左、右转向灯输出驱动电路的负载电流反馈值，和相应的阈值进行对比，进行负载诊断。当左、右转向灯输出驱动电路有负载电流反馈值时，控制器判断是在闪光灯功能，该负载电流反馈值通常介于O和短路电流的最小值之间。即使有灯泡开路，控制器也不改变输出的PWM波的频率。其中在灯泡开路时，此时负载电流反馈值小于一阈值，该阈值是单边(左边或右边)负载正常时电流反馈值的下限，在实际上，为了更精确起见，可以通过考虑电池电压波动影响、温度影响和负载误差影响后计算出的值。当只有左或右转向灯输出驱动电路有电流反馈值，控制器判断是在转向灯功能，如果有一个灯泡开路，则控制器输出的PWM波的频率加倍，也即闪烁频率加倍。当控制器检测到IGN2电源开关断开时，表明为危险报警灯功能，则认为电源模式进入OFF状态，控制器在一段时间内(例如10分钟)降低PWM波占空比(例如为50%)，再持续一段时间(例如10-20分钟)线性地再降低PWM波占空比(例如调整到30%)并保持，从而节省电池电能，具体如图7所示。同时，为了更确保功能的正确性，还可以通过开关闭合状态来进一步判断是转向功能还是闪烁功能。转向灯功能时，闪光电源开关和相应侧的转向灯开关闭合，这通过开关机械结构来实现，现有技术有很多种实现方式，在此不再详述；闪光灯功能时，闪光电源开关和左右转向灯开关都闭合，这通过开关机械结构来实现，现有技术有很多种实现方式，在此不再详述。更优选地，左右转向灯输出驱动电路的电源由闪光电源引入，避免闪光灯和其他负载同时开启时对其他负载的影响。对于后雾灯的控制通过后雾灯输出驱动电路完成。当控制器检测到头灯开关和后雾灯开关闭合时，通过后雾灯输出驱动电路点亮后雾灯。同时控制器读取后雾灯输出驱动电路的负载电流反馈值进行负载诊断。当诊断有短路故障时，驱动电路输出被切断，以保护电路不被过载电流烧毁。同时，当有短路或开路故障时，MCU记录故障码，以便排查问题。更优选地，后雾灯输出驱动电路的电源通过电池电源直接供给。由于后雾灯是大功率灯，优选地由电池直接供电，而不由模块电源供给，这样可以防止当大功率灯开启或关闭时，其瞬时电压脉冲对模块MCU造成不良影响。对于中控锁的控制通过中控锁输出驱动电路完成。当控制器检测到闭锁开关闭合时，通过中控锁输出驱动电路驱动门锁电机正转完成闭锁功能；当控制器检测到开锁/强制开锁信号开关闭合时，通过中控锁输出驱动电路驱动门锁电机反转完成开锁功能；同时如果是强制开锁信号闭合引起的开锁，控制器同时驱动闪光灯闪烁进行示警。另外，控制器通过读取中控锁输出驱动电路的负载电流反馈值完成诊断功能。当诊断有短路故障时，驱动电路输出被切断，以保护电路不被过载电流烧毁。同时，当有短路或开路故障时，MCU记录故障码，以便排查问题。更优选地，中控锁输出驱动电路的电源通过电池电源直接供给。中控锁输出驱动电路是大功率的负载，由电池直接供电，而不由模块电源供给，以防当大功率负载开启或关闭时的瞬时电压脉冲对模块MCU造成不良影响。对于雨刮的控制，通过雨刮输出驱动电路来完成。当控制器检测到间歇档开关或洗涤开关闭合后，通过雨刮输出驱动电路使雨刮继电器闭合，进而驱动雨刮电机。控制器定时查询间歇/洗涤开关位置和雨刮停止位信号。在间歇功能时，控制器检测到雨刮停止位开关闭合后，通过雨刮输出驱动电路输出使能信号(例如高电平)，间隔一段时间后(例如6秒)，再输出禁能信号(例如低电平)，如此往复完成间歇刮刷功能直到控制器检测到间歇档开关断开。洗涤功能时 ，控制器根据洗涤开关闭合时长和洗涤开关断开时到雨刮回到停止位所需时间，从而判断剩余刮刷次数，尽可能刮干净玻璃上的洗涤液。同时雨刮输出驱动电路可以完成对负载的诊断并将相应的寄存器置位，控制器通过读取相应的负载状态。当诊断有短路故障时，驱动电路输出被切断，以保护电路不被过载电流烧毁。同时，当有短路或开路故障时，MCU记录故障码，以便排查问题。所述四合一电控单元还包括电源电压采集单元，其采集电池电源，转换为合适的电压，独立给MCU供电避免MCU电源电压受到波动影响。闪光电源是单独给左右转向灯供电的电源，该路电源与其他电源分开的目的是避免闪光灯打开时，闪光灯闪烁造成的电压波动对其他处于点亮状态的灯泡产生忽明忽暗的不良影响。图6示出了本实用新型的四合一电控单元的一个实例的电路图。MCU由芯片XC2210U实现，MCU采用内部晶振进行定时。输入采集器由芯片MAX13362实现，能够减小MCU受电池电源波动的影响。左、右转向灯输出驱动电路和后雾灯输出驱动电路均由芯片BTS5020实现，分别驱动左右转向灯、后雾灯。中控锁输出驱动电路由芯片BTM7742G实现，驱动门锁电机正转或反转。雨刮输出驱动电路由芯片TLE7240SL实现，控制外部雨刮间歇档继电器的吸合和断开。电源电压采集单元由芯片TLE4699实现。如图6所示，高有效开关输入和低有效开关输入通过如上图所示电路连接到输入采集器MAX13362，当开关状态发生变化时，输入芯片相应的寄存器值改变，MCU采用定时查询的机制通过片选信号引脚CS脚使能输入采集芯片通讯，输入采集器将当前开关状态通过SDO 口发送至MCU，采集器的CLK脚连接到MCU的时钟输出脚，也就是说，采集器的定时由CLK脚引入MCU内部时钟频率。MCU由XC2210U实现。MCU的输出包括五组GPIO端口和A/D端口。左转向灯输出驱动电路BTS5020具有IN端口和IS端口，MCU的第一 GPIO端口和第一 A/D端口分别连接到BTS5020的IN端口和IS端口。右转向灯输出驱动电路BTS5020具有IN端口和IS端口，MCU的第二 GPIO端口和第二 A/D端口分别连接到右转向灯输出驱动电路BTS5020的IN端口和IS端口。后雾灯输出驱动电路BTS5020具有IN端口和IS端口，MCU的第三GPIO端口和第三A/D端口分别连接到后雾灯输出驱动电路BTS5020的IN端口和IS端口。中控锁输出驱动电路BTM7742G具有IN1、IN2、INH和IS端口，其`分别连接到第四GPIO端口、第五GPIO端口、第六GPIO端口和第四A/D端口。左、右转向灯输出驱动电路BTS5020的电源VS单独由闪光电源引入，避免闪光灯和其他负载同时开启时对其他负载的影响。当MCU检测到闪光电源开关闭合时，通过带有PWM功能的输出口输出PWM波到BTS5020的IN 口来控制灯泡完成闪烁功能。同时MCU通过IS 口读取负载电流反馈值和相应的阈值进行对比，进行负载诊断功能。转向灯功能时，闪光电源开关和相应侧的转向灯开关闭合；闪光灯功能时，闪光电源开关和左右转向灯开关都闭合。当两块BTS5020的IS 口都有电流反馈值，MCU判断是在闪光灯功能，即使有灯泡开路(通过IS反馈和正常的阈值对比确定)，MCU也不改变输出的PWM波的频率；当只有一块BTS5020的IS 口有电流反馈值，MCU判断是在转向灯功能，如果有一个灯泡开路(通过IS反馈和正常的阈值对比确定)，则MCU输出的PWM波的频率加倍，也即闪烁频率加倍。在危险报警灯功能下，当MCU检测到IGN2电源开关断开时，则认为电源模式进入OFF状态，MCU在10分钟内保持输出PWM波占空比为50%，在10-20分钟之间线性的将输出PWM波占空比调整到30%并保持，从而节省电池电能。后雾灯输出驱动电路BTS5020的芯片电源VS由电池电源直接供给，当MCU检测到头灯开关和后雾灯开关闭合时，输出高电平到BTS5020的引脚IN，BTS5020通过引脚OUT驱动后雾灯点亮。同时MCU同过引脚IS检测负载电流反馈值完成负载诊断功能。中控锁输出驱动电路BTM7742G的电源VS由电池电源直接供给，当MCU检测到闭锁开关闭合时，输出高电平到BTM7742G的引脚INl使电流由引脚OUTI流向引脚0UT2，从而门锁电机正转完成闭锁功能；iMCU检测到开锁/强制开锁信号开关闭合时，输出高电平到BTM7742G的引脚IN2使电流由引脚0UT2流向引脚0UT1，从而门锁电机反转完成开锁功能；同时如果是强制开锁信号闭合引起的开锁，MCU同时驱动闪光灯闪烁进行示警。MCU通过读取BTM7742G的引脚IS负载电流反馈完成诊断功能，在休眠时，MCU输出低电平到引脚INH使BTM7742G处于休眠模式，减小静态功耗。雨刮间歇继电器由雨刮输出驱动电路TLE7240SL驱动完成，MCU和TLE7240SL之间用串行总线连接。当MCU检测到间歇档开关或洗涤开关闭合后，输出命令给TLE7240SL的引脚SI使TLE7240SL第8路输出低电平，从而使继电器闭合驱动雨刮电机。MCU定时查询间歇/洗涤开关位置和雨刮停止位信号。在间歇功能时，MCU检测到雨刮停止位开关闭合后，输出命令给TLE7240SL的引脚SI使TLE7240SL第8路输出高电平，停顿6秒后，再输出命令给 TLE7240SL SI脚使TLE7240SL第8路输出低电平，如此往复完成间歇刮刷功能直到MCU检测到间歇档开关断开。洗涤功能时，MCU根据洗涤开关闭合时长和洗涤开关断开时到雨刮回到停止位所需时间，从而判断剩余刮刷次数，尽可能刮干净玻璃上的洗涤液。同时TLE7240SL可以完成对负载的诊断并将相应的寄存器置位，MCU通过串行总线读取相应的负载状态。在本实用新型中，转向灯、雨刮间歇/喷淋、中控锁及后雾灯四种功能集成在一个电控单元里，减少了三个复杂继电器的使用，同时由于控制器的利用以更灵活地实现相关功能，避免了纯硬件搭建的系统可更新性和可改造性差的缺点。而且一个特别的优点是:在电源模式切换为OFF后的20分钟内，危险报警灯闪烁占空比为50%，超过20分钟后，闪烁占空比调整为30%，达到节省电池电能的目的，同时能正确的进行示警功能。本实用新型的四合一电控单元功能逻辑清晰，功能更新时只需改变控制器的功能，较为简单；更为重要的是，与现有方案相比，新方案通过转向灯、雨刮间歇/喷淋、中控锁及后雾灯架构的优化，减少开关硬件信号，节省了线束成本，实现功能的模块化，降低了售后维护的难度。
权利要求1.一种四合一电控单兀，其特征在于，包括: 用于接收汽车的转向灯、后雾灯、中控锁、雨刮的控制开关的输入的高有效开关输入电路和低有效开关输入电路，所述高有效输入电路输出高电平有效信号，所述低有效开关输入电路输出低电平有效信号； 接收所述高电平有效信号和低电平有效信号的控制器； 分别用于控制左转向灯和右转向灯的亮和灭的左、右转向灯输出驱动电路； 用于控制后雾灯的亮灭的后雾灯输出驱动电路； 用于控制中控锁的解锁和闭锁的中控锁输出驱动电路； 用于控制雨刮的雨刮输出驱动电路； 所述控制器的输出端口连接到所述左转向灯输出驱动电路、所述右转向灯输出驱动电路、所述后雾灯输出驱动电路、所述中控锁输出驱动电路、所述雨刮输出驱动电路的输入端□。
2.根据权利要 求1所述的四合一电控单元，其特征在于，还包括: 输入采集器，其连接在所述高有效开关输入电路、低有效开关输入电路与所述控制器之间； 以及电源电压采集单元，所述电源电压采集以电池电源供电，并且为所述控制器供电。
3.根据权利要求1所述的四合一电控单元，其特征在于，所述控制器通过PWM波信号与所述左、右转向灯输出驱动电路电通信。
4.根据权利要求3所述的四合一电控单元，其特征在于，所述控制器在一段时间内通过占空比线性降低的PWM波信号与所述左、右转向灯输出驱动电路电通信。
5.根据权利要求1所述的四合一电控单元，其特征在于，所述左、右转向灯输出驱动电路的电源连接到汽车的闪光电源。
6.根据权利要求1所述的四合一电控单元，其特征在于，所述中控锁输出驱动电路的输出连接到中控锁电机。
7.根据权利要求1所述的四合一电控单元，其特征在于，所述雨刮输出驱动电路的输出连接到雨刮继电器。
8.根据权利要求1所述的四合一电控单元，其特征在于，所述输入采集器的时钟信号输入连接到所述控制器的时钟信号输出。
9.根据权利要求1所述的四合一电控单元，其特征在于，所述控制器为XC2210U，所述输入采集器为MAX13362，所述左转向灯输出驱动电路为BTS5020，所述右转向灯输出驱动电路为BTS5020，所述后雾灯输出驱动电路为BTS5020，所述中控锁输出驱动电路为BTM7742G，所述雨刮输出驱动电路为TLE7240SL，所述电源电压采集单元为TLE4699。
10.根据权利要求9所述的四合一电控单元，其特征在于， 所述控制器的输出端口包括:第一、第二、第三、第四、第五、第六GPIO端口和第一、第二、第三、第三A/D端口 ； 所述左转向灯输出驱动电路的输入端口包括IN端口和IS端口，其中IN端口和IS端口分别连接到第一 GPIO端口和第一 A/D端口 ； 所述右转向灯输出驱动电路的输入端口包括IN端口和IS端口，其中IN端口和IS端口分别连接到第二 GPIO端口和第二 A/D端口 ；所述后雾灯输出驱动电路的输入端口包括IN端口和IS端口，其中IN端口和IS端口分别连接到第三GPIO端口和第三A/D端口 ； 所述中控锁输出驱动电路的输入端口包括INl端口、IN2端口、INH端口和IS端口，分别连接到第四GPIO端口、第五GPIO端口、第六GPIO端口和第四A/D端口 ； 所述雨刮输出驱动电路·与所述控制器通过串行总线连接。
专利摘要一种四合一电控单元，包括用于接收汽车的转向灯、后雾灯、中控锁、雨刮的控制开关的输入的高有效和低有效开关输入电路，高有效输入电路输出高电平有效信号，低有效开关输入电路输出低电平有效信号；接收高电平有效和低电平有效信号的控制器；分别用于控制左、右转向灯的左、右转向灯输出驱动电路；用于控制后雾灯的后雾灯输出驱动电路；用于控制中控锁的中控锁输出驱动电路；用于控制雨刮的雨刮输出驱动电路；控制器的输出连接到所述各驱动电路。所述四合一电控单元将转向灯、雨刮间歇/喷淋、中控锁及后雾灯四种功能集成在一个电控单元里，减少了复杂继电器的使用，同时由于通过控制器更灵活地实现相关功能，改善了系统更新性和可改造性。
文档编号B60R16/02GK203093954SQ20132008536
公开日2013年7月31日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者杨虎, 张磊, 李震, 童菲 申请人:上海通用汽车有限公司, 泛亚汽车技术中心有限公司