一种基于功能安全设计的汽车P档按键开关电路的制作方法

本实用新型涉及按键开关电路领域，尤其涉及一种基于功能安全设计的汽车P档按键开关电路。

背景技术：

随着汽车行业的飞速发展，汽车电子产品的安全可靠逐渐成为产品设计的重要目标。对于涉及到安全类的产品，在功能安全可靠等方面的要求更是越来越严苛。然而当前市面产品上运用的P档按键开关电路，大部分以满足功能实现为多，对安全可靠考量的成分较少，电路方案实现模型如图一。

如图1所示，左侧是P档按键开关，K1和K2是P档开关的两个触点按键。右侧是采集主板，采集到P档的信号通过CAN总线发送出去。

当K1和K2未按下时，MCU的端口IO1和IO2采集到的是电阻R3和R4上拉处的高电平。由此判断P档开关未按下。

当K1和K2按下时，P_signal1和P_signal2与地接通，是低电平。MCU的端口IO1和IO2采集到的就是低电平。由此判断P档开关按下。

上图中现有的电路采用两路信号（P_signal1和P_signal2）检测，实现冗余。但是每个单回路采用的高低电平检测，存在一定的风险。

比如：1.正常时按下K1(或K2)， MCU检测到的理应是低电平信号，如果此时R1(或K2)出现开路故障，那么MCU检测到的是高电平，此种情况就出现P档按键开关失效。

2.正常时未按下K1(或K2），MCU检测到的理应是高电平信号，如果此时K1(或K2)出现短路故障，那么MCU检测到的是低电平，此种情况就造成P档按键开关检测出错，MCU会错误的认为P档按键已经按下，发出错误的总线信号。

3.正常时未按下K1(或K2），MCU检测到的理应是高电平信号，如果此时R5(或R6)出现开路故障，那么MCU检测到的是不稳定的电平，此种情况就造成P档按键开关检测出错，MCU会发出错误的总线信号。

4.其他都正常时，除了MCU失效或CAN总线输出电路故障时，P档按键开关信号无法送出。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于功能安全设计的汽车P档按键开关电路，对双路模拟信号进行备份采集，比现有技术在信号的安全可靠方面具有很大提升。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于功能安全设计的汽车P档按键开关电路，其特征在于，它包括P挡按键开关模块和主板模块，所述P挡按键开关模块包括第一触点按键、第二触点按键、第三触点按键和第四触点按键，所述第三触点按键一端接三极管的发射极，所述第三触点按键另一端接直流电压，所述第四触点按键一端接三极管的基极，所述第四触点按键另一端接地，所述三极管的集电极接第五电阻，所述第五电阻接二极管的正极，所述二极管的负极接第十六电阻；

所述主板模块包括主单片机和从单片机，所述主单片机和从单片机均设有串行通信接口，所述主单片机和从单片机通过串行通信接口连接，所述主单片机设有第一模拟数据接口、第二模拟数据接口和第五模拟数据接口，所述第一模拟数据接口接第九电阻，所述第九电阻接第一电阻，所述第一电阻接第一触点按键，所述第二模拟数据接口接第十电阻，所述第十电阻接第二电阻，所述第二电阻接第二触点按键，所述第五模拟数据接口接第十三电阻，

所述从单片机设有第三模拟数据接口、第四模拟数据接口和第六模拟数据接口，所述第三模拟数据接口接第十一电阻，所述第十一电阻接第一电阻和第九电阻之间，所述第四模拟数据接口接第十二电阻，所述第十二电阻接第二电阻和第十电阻之间，所述第六模拟数据接口接第十四电阻；

所述第十三电阻、第十四电阻与第十六电阻共同接第十五电阻，所述第十五电阻接地。

进一步地，所述第一触点按键与第三电阻并联再与第一电阻串联，所述第一触点按键和第三电阻一端接第一电阻，所述第一触点按键和第三电阻的另一端接地，所述第二触点按键与第四电阻并联再与第二电阻串联，所述第二触点按键与第四电阻的一端接第二电阻，所述第二触点按键与第四电阻的另一端接地。

进一步地，所述第一电阻、第九电阻和第十一电阻均与第七电阻连接，所述第二电阻、第十电阻和第十二电阻均与第八电阻连接，所述第七电阻和第八电阻接地。

进一步地，所述二极管的负极分别接第六电阻和退藕电容，所述第六电阻和退藕电容接地。

本实用新型优点在于：采用双路的模拟信号检测，可以对按键开关状态进行识别的同时，还可以完成对开关回路的诊断；双路MCU，一路作为主，一路为辅，辅助按键回路输出可诊断的硬线信号作为备份，在信号的安全可靠方面具有很大提升。

附图说明

图1为本实用新型现有技术的结构示意图；

图2为本实用新型的整体结构示意图。

附图标记：

1 P挡按键开关模块

2主板模块

K1第一触点按键

K2第二触点按键

K3第三触点按键

K4第四触点按键

Q三极管

D二极管

R1~16第一~第十六电阻

Master MCU主单片机

Slave MCU从单片机

AD1~6第一~第六模拟数据接口

SCI串行通信接口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种基于功能安全设计的汽车P档按键开关电路，其特征在于，

如图2所示，它包括P挡按键开关模块1和主板模块2，

所述P档按键开关部分包含

a.3路输出信号，P_signal1、P_signal2、P_档硬线信号，其中P_signal1、P_signal2是电阻信号，为模拟量，P_signal1为第一电阻R1输出至主板模块的信号，P_signal2为第二电阻R2输出至主板模块的信号，P_档硬线信号为二极管D的输出电压，二极管D的负极通过第六电阻R6和退藕电容C接地，对P_档硬线信号滤波。

b.4个触点按键，第一触点按键K1、第二触点按键K2、第三触点按键K3和第四触点按键K4，P档按键按下时，4个触点按键全部按下；第一触点按键K1，第二触点按键K2按下时，改变P_signal1、P_signal2的电阻量；当第三触点按键K3，第四触点按键K4按下时，输出P_档硬线信号。

c.2个分压电阻和2个限流电阻，第一触点按键K1与第三电阻R3并联再与第一电阻R1串联，第二触点按键K2与第四电阻R4并联再与第二电阻R2串联，第一电阻R1和第二电阻R2用于限流，第三电阻R3和第四电阻R4用于分压。

所述主板模块包含：

a.2路输出信号，CAN总线信号和P_档硬线信号，P_档硬线信号为二极管D滤波后的输出电压。

b.电阻分压电路，P_signal1、P_signal2输出的电阻量分别和第七电阻R7，第八电阻R8对接入的电源电压VCC进行分压。

c.P_档硬线信号分压电路，第十五电阻R15和第十六电阻R16对P_档硬线输出的电压信号进行分压。

d.2个单片机，主单片机Master MCU，负责电阻量的信号采集、P_档硬线信号输出电压的采集以及CAN信号输出；从单片机Slave MCU，负责电阻量的信号采集的备份和P_档硬线信号输出电压采集的备份，从单片机Slave MCU的第六模拟数据接口AD6接第十四电阻R14，主单片机Master MCU和从单片机Slave MCU通过串行通信接口SCI通信，实现对主单片机Master MCU的监视。

e.6个输入电阻，主单片机Master MCU的第一模拟数据接口AD1和第二模拟数据接口AD2分别接第九电阻R9和第十电阻R10，主单片机Master MCU的第五模拟数据接口AD5接第十三电阻R13，从单片机Slave MCU的第三模拟数据接口AD3和第四模拟数据接口AD4分别接第十一电阻R11和第十二电阻R12，从单片机Slave MCU的第六模拟数据接口AD6接第十四电阻R14。

当实际检测到第一模拟数据接口AD1和第二模拟数据接口AD2处的电压值同时符合理论计算值范围时，则主单片机Master MCU判断P档按键开关被按下。否则，认为没有被按下。由于第一模拟数据接口AD1和第二模拟数据接口AD2处检测电压量属于模拟量，可以根据检测到的模拟量的不同，不仅可以判断第一触点按键K1和第二触点按键K2的状态，还可以对开关回路进行诊断。当第一触点按键K1、第二触点按键K2按下时，第一模拟数据接口AD1和第二模拟数据接口AD2端口检测到的模拟量时VCC时，则可以判断P_signal1、P_signal2之前部分存在开路。

从单片机Slave MCU的第三模拟数据接口AD3作用同第一模拟数据接口AD1，第四模拟数据接口AD4作用同第二模拟数据接口AD2，从单片机Slave MCU同样具备对按键开关状态的识别和开关回路的诊断功能。

第三触点按键K3、第四触点按键K4作为辅助按键，在P档按键开关整体按下的时候，第三触点按键K3、第四触点按键K4和第一触点按键K1，第二触点按键K2同时动作。当四个按键均被按下时，输出电压为(12-VD1)*R6/(R5+R6)，VD1为二极管D导通电压，此电压信号作为P_档硬线信号直接流过采集的主板模块的CAN接口输出给外部的P档信号需求方，因此这个信号在CAN信号输出失效时，可以作为备份信号被P档信号需求方识别。同时这个信号被第十五电阻R15和第十六电阻R16分压后被主单片机Master MCU、从单片机Slave MCU分别采集，对此信号进行诊断，其一确保了输出信号的可靠性，其二可以判断第三触点按键K3、第四触点按键K4的状态。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。