一种汽车车身控制模块的故障诊断电路和方法与流程

本发明涉及汽车电子技术领域，更具体的说是汽车车身控制模块的故障诊断电路与方法。

背景技术：

在汽车车身电子系统中，存在车灯、雨刮电机、车窗电机、后视镜电机、门锁电机等各种电子负载，目前一般采用智能功率芯片或者继电器驱动车灯负载和电机负载。

发生短路故障后，智能功率芯片会在负载保险丝熔断前触发过温关断保护，当芯片温度降到正常范围内后，再自动接通该路负载，如果车身控制模块没有及时检测出短路故障并关断智能功率芯片，会造成智能功率芯片反复关断、接通该路负载，芯片始终处于较高的工作温度下，降低智能功率芯片的使用寿命。当发生过载故障时，根据电流大小不同，智能功率芯片触发过温关断保护的时间无法确定，如果车身控制模块没有及时检测出过载故障，也会造成智能功率芯片在关断前始终在较大的电流下工作，不仅会降低智能功率芯片的使用寿命，还会迅速消耗电池电量，造成电量耗尽而无法启动发动机。

基于继电器的负载驱动电路中，若继电器负载发生过载和短路故障，电流会大大超过额定工作电流，造成继电器触点或电流走线迅速升温，如果没有及时检测出过载和短路故障，会造成继电器触点或电流走线被烧毁，造成车身控制模块损坏或者引燃电路板的后果。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种汽车车身控制模块的故障诊断电路和方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种基于继电器的汽车车身控制模块的故障诊断电路，其特征在于，包括与继电器触点端串联的取样电阻；VBAT通过继电器为负载提供电源；在继电器触点端与取样电阻的中点连接运算放大器电路；运算放大器电路的输出与CPU的ADC端口相连，用于采集负载的工作电流来判断电路的开路故障或过载故障；运算放大器电路的输出同时与比较器电路相连；比较器电路的输出与CPU的IO端口相连，用于捕捉上升沿中断来判断电路的短路故障。

所述取样电阻的阻值为毫欧级。

所述运算放大电路的放大倍数为(R1+R2)/R1。

所述CPU进行模数转换，根据模数转换结果和运算放大电路的放大倍数计算负载的工作电流。

一种基于智能控制芯片的汽车车身控制模块的故障诊断电路，其特征在于，包括与智能控制芯片的电流反馈引脚串联的取样电阻，在取样电阻和电流反馈引脚的中点处连接CPU的ADC端口，用于采集负载的工作电流来判断电路的开路故障或过载故障；在取样电阻和电流反馈引脚的中点处同时连接比较器电路；比较器电路的输出与CPU的IO端口相连，用于捕捉上升沿中断来判断电路的短路故障。

所述CPU进行模数转换，根据模数转换结果和智能控制芯片的电流反馈系数计算负载的工作电流。

基于继电器的故障诊断电路或基于智能控制芯片的故障诊断电路中，所述比较器电路的阈值电压设为比较器参考电压的0.9倍，当比较电压值超过比较器参考电压的0.9倍时，比较器输出高电平；当比较电压值低于比较器参考电压的0.9倍时，比较器输出低电平。

一种汽车车身控制模块的故障诊断方法，其特征在于包括：

当满足负载接通条件时，接通负载并设置周期定时器，用来周期性地采样负载的工作电流；关断负载时，停止定时器并停止对负载工作电流的周期性采样。

当接通负载后，设定启动时间，在启动期间检测到的电流仅用于开路故障诊断，不用于过载故障诊断。

在负载接通期间，若CPU的IO端口捕捉到上升沿中断，比较器输出高电平，认为出现短路故障；

在负载接通期间，若连续三次周期性采集的负载工作电流均为零，而且CPU的IO端口没有捕捉到上升沿中断，认为出现开路故障；

在启动时间结束后，若连续三次周期性采集的负载工作电流均大于两倍额定电流，而且CPU的IO端口没有捕捉到上升沿中断，认为出现过载故障。

出现短路故障或过载故障后，关断负载。

出现短路故障、开路故障或过载故障后，存储相应的故障信息。

本发明的有益效果：

（1）实时监测负载的工作电流，根据负载电流的变化情况以及驱动方案选型，准确判断出是否发生过载故障、短路故障及开路故障；

（2）对过载故障、短路故障及开路故障及时关断进行保护；

（3）基于继电器的故障诊断电路中，取样电阻阻值非常小，不影响该通道的驱动能力。

附图说明

图1 为本发明的基于继电器电流检测电路图；

图2为本发明的电路故障诊断方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为本发明的基于继电器的汽车车身控制模块的故障诊断电路，包括与继电器触点端串联的取样电阻；VBAT通过继电器为负载提供电源；在继电器触点端与取样电阻的中点连接运算放大器电路；运算放大器电路的输出与CPU的ADC端口相连，用于采集负载的工作电流来判断电路的开路故障或过载故障；运算放大器电路的输出同时与比较器电路相连；比较器电路的输出与CPU的IO端口相连，用于捕捉上升沿中断来判断电路的短路故障。

为了使取样电阻基本上不影响该通道的驱动能力，Rs取值很小，为毫欧级，取样电压的放大倍数为(R1+R2)/R1，使得在额定工作电流下，送入ADC端口的电压值为ADC模块参考电压VCC的十五分之一左右。

根据ADC的模数转换结果计算继电器负载的工作电流。CPU的ADC精度为10位，ADC的参考电压VCC为5V，假设负载工作电流为I，ADC的结果为D（D是0-1023之间的数字值），通过ADC结果计算负载电流的公式为：

I = (D * 5 * R1) / (1024 * Rs * (R1 + R2)) （1）

通过R5和R6分压产生比较器的阈值电压VT，VT设定为VCC的0.9倍，比较电压值超过VCC的0.9倍时，比较器输出高电平，认为出现短路故障；低于VCC的0.9倍时，比较器输出低电平。

基于智能控制芯片的故障诊断电路，包括与智能控制芯片的电流反馈引脚串联的取样电阻，采用取样电阻对智能功率芯片的电流反馈引脚进行电压取样，连接到CPU的ADC端口，用于采集负载的工作电流来判断电路的开路故障或过载故障；在取样电阻和电流反馈引脚的中点处同时连接比较器电路；比较器电路的输出与CPU的IO端口相连，采用中断方式捕捉是否出现上升沿，用于捕捉上升沿中断来判断电路的短路故障。

根据ADC的模数转换结果计算智能功率芯片的工作电流。CPU的ADC精度为10位，ADC的参考电压为5V，假设负载工作电流为I，智能功率芯片的电流反馈系数为K，取样电阻为R，ADC的结果为D，通过ADC结果计算负载电流的公式为：

I = (D * 5 ) / (1024 * R * K) (2)

基于智能控制芯片的故障诊断电路中，比较器的阈值电压VT设定方式与基于继电器方案的设定方式相同，VT设定为VCC的0.9倍，比较电压值超过VCC的0.9倍时，比较器输出高电平，认为出现短路故障；低于VCC的0.9倍时，比较器输出低电平。

最后，提出了一种汽车车身控制模块的故障诊断方法，包括：

当满足负载接通条件时，接通负载并设置周期定时器，用来周期性地采样负载的工作电流；关断负载时，停止定时器并停止对负载工作电流的周期性采样。

当接通负载后，设定启动时间，在启动期间检测到的电流仅用于开路故障诊断，不用于过载故障诊断。

在负载接通期间，若捕捉到负载工作电流的上升沿中断，认为出现短路故障；关断负载并存储该路负载的短路故障。

在负载接通期间内，若连续三次周期性采集的负载工作电流均为零，而且IO端口上没有捕捉到高电平，认为出现开路故障并存储该路负载的开路故障；

在启动时间结束后，若连续三次周期性采集的负载工作电流均大于两倍额定电流，而且IO端口上没有捕捉到高电平，认为出现过载故障，关断负载并存储该路负载的过载故障。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。