基于BTT6050芯片的汽車轉(zhuǎn)向燈故障檢測方法

方 遒，周 鵬，王順偉

（1.廈門理工學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，福建 廈門 361024；2.廈門理工學(xué)院 福建省客車及特種車輛研發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 廈門 361024）

汽車轉(zhuǎn)向燈是行車安全的必備條件，除了具有照明作用，對行人和其他車輛還具有轉(zhuǎn)向、超車、停車等警示作用［1］。汽車轉(zhuǎn)向和報(bào)警信號燈是汽車運(yùn)動方向和車身狀態(tài)的表示信號，關(guān)系著汽車的安全問題［2］。 隨著現(xiàn)代汽車新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，轉(zhuǎn)向燈已經(jīng)從一個開關(guān)一個繼電器的控制時代轉(zhuǎn)變成電子模塊控制［3］。如果轉(zhuǎn)向燈發(fā)生故障而沒有被駕駛員發(fā)現(xiàn)，很有可能會造成交通事故。在車身燈光系統(tǒng)不斷智能化的今天［4-5］，本文在轉(zhuǎn)向燈系統(tǒng)的電路上，采用具有診斷功能的BTT6050芯片，通過電壓跟隨來檢測轉(zhuǎn)向燈故障并隨時報(bào)警，提醒駕駛員，為上述問題提供了一種解決方案。

1 硬件電路檢測汽車轉(zhuǎn)向燈故障分析

硬件電路檢測轉(zhuǎn)向燈故障是根據(jù)兩輸入與非門集成電路特性，當(dāng)IGN（點(diǎn)火）開關(guān)處于ON擋位，再閉合轉(zhuǎn)向燈控制開關(guān)時，如果1個轉(zhuǎn)向燈或2個轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)了故障，指示燈不會被點(diǎn)亮，從而提示駕駛員及時更換車燈或檢修電路。

1.1 轉(zhuǎn)向燈故障檢測原理圖（圖1）

圖1 燈光故障檢測電路原理圖

1.2 兩輸入與非門集成電路CD4011介紹

1）IC CD4011 集成電路CD4011引腳如圖2所示。

2）各個引腳的主要功能 圖2中1、2、5、6、8、9、12、13都是信號輸入引腳，3、4、10、11都是信號輸出引腳，7為電源負(fù)極，14為電源正極。

3）工作原理 以1、2、3引腳為例，當(dāng)1、2引腳都輸入高電平時，3引腳就會輸出低電平，二極管兩端有正向壓降而工作。當(dāng)1、2引腳都輸入低電平時，或其中有一個輸入低電平時，3引腳就輸出高電平，二極管兩端沒有正向壓降而不工作。

1.3 故障檢測分析

圖1中，U為24V蓄電池；S1、S2為閃光器，閃光器內(nèi)部S端接電源正極，E端接電源負(fù)極，L端接負(fù)載開關(guān)；R1、R3、R4、R6為阻值很大的限流電阻；F2、F5、F7、F8為熔斷絲，是電路保護(hù)裝置；D1、D2、D3、D4為整流二極管；K1為汽車IGN開關(guān) ，K2、K3為左右轉(zhuǎn)向燈開關(guān) ；L1、L2為左轉(zhuǎn)向燈，L3、L4 為右轉(zhuǎn)向燈；LED1、LED2左右轉(zhuǎn)向燈指示發(fā)光二極管。

該電路工作原理：當(dāng)汽車IGN開關(guān) K1在ON擋，轉(zhuǎn)向燈開關(guān) K2、K3 不接通時，轉(zhuǎn)向燈L1、L2、L3、L4 在電路中雖然能形成閉合回路，但由于電阻 R1、R3、R4、R6 的阻值很大，使得流過轉(zhuǎn)向燈的電流很小，從而不會被點(diǎn)亮。各燈絲的阻值相較于限流電阻的阻值小很多，分得的電壓很小，所以 IC（CD4011）第1、2、5、6引腳輸入的為低電平，第3、4引腳輸出的為高電平，發(fā)光二極管沒有正向壓降不會被點(diǎn)亮。

以左轉(zhuǎn)向燈為例，①若轉(zhuǎn)向燈L1、L2都無故障，當(dāng)IGN開關(guān)K1閉合，左轉(zhuǎn)向燈控制開關(guān)K2也閉合時：引腳1輸入的是高電平，引腳2輸入的是高電平。經(jīng)過兩輸入與非門集成電路CD4011的轉(zhuǎn)換，從引腳3輸出的是低電平，此時發(fā)光二極管LED1兩端有正向壓降而導(dǎo)通點(diǎn)亮；②若轉(zhuǎn)向燈L1無故障、L2有故障，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)K1閉合，轉(zhuǎn)向燈控制開關(guān)K2也閉合時：若轉(zhuǎn)向燈L2是短路，則輸入引腳2輸入的是低電平，引腳1 輸入的是高電平。經(jīng)過兩輸入與非門集成電路CD4011的轉(zhuǎn)換，從引腳3輸出的是高電平，此時發(fā)光二極管LED1兩端無正向壓降而不導(dǎo)通。

圖2 集成電路CD4011引腳圖

其他故障情況分析同上，駕駛員就可以根據(jù)指示燈的亮、滅情況，判斷出左轉(zhuǎn)向車燈的好壞，及時查找更換。

該電路的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向燈有一個發(fā)生斷路故障時無法檢測出來，存在一定的安全隱患。

2 軟件算法檢測轉(zhuǎn)向燈故障

2.1 芯片介紹

該檢測方案采用infineon公司具有診斷功能的BTT6050芯片，其引腳定義如圖3所示，引腳功能見表1。

診斷模塊原理如圖4所示，當(dāng)IN被切換為低電平至高電平時，芯片內(nèi)的DMOS被激活。如果DEN引腳被激活，則開啟芯片的數(shù)字信號診斷功能，并且DSEL引腳被選擇為正確的通道，ISENSE輸出對應(yīng)通道的反饋電流。

表1 引腳功能

2.2 轉(zhuǎn)向燈控制原理

轉(zhuǎn)向燈控制原理如圖5所示。定義轉(zhuǎn)向燈開關(guān)為低電平有效，當(dāng)轉(zhuǎn)向燈開關(guān)接通時，車身控制器MCU通過I/O接口識別到該信號，開關(guān)濾波函數(shù)對這個低電平信號進(jìn)行10 ms每次的濾波，如果在連續(xù)的5個周期內(nèi)該電平一直為低，則判定開關(guān)有效并將信號傳遞給下一層，并通過BTT6050芯片驅(qū)動輸出。

圖3 BTT6050引腳定義

圖4 BTT6050診斷模塊

圖5 轉(zhuǎn)向燈工作原理框圖

2.3 電路分析

由圖6可知，轉(zhuǎn)向燈21 W+21 W+5 W是并聯(lián)接入電路中，以其中一盞21 W轉(zhuǎn)向燈故障為例。

圖6 汽車轉(zhuǎn)向燈電路原理框圖

公式（1）為轉(zhuǎn)向燈正常工作的總電阻，公式（2）為轉(zhuǎn)向燈21 W故障工作的總電阻，由公式（3）可知R總常＜R總壞。

由公式（6）可知：I饋常＞I饋壞。理論計(jì)算如此，下面通過實(shí)際測量測試點(diǎn)TP6對其進(jìn)行驗(yàn)證。轉(zhuǎn)向燈在24V電壓系統(tǒng)中工作，考慮到電壓波動情況，測試電壓范圍為18～32V，測試電壓間隔為1V，系統(tǒng)電壓在小于18V或大于32V都屬于非正常模式，轉(zhuǎn)向燈不工作，故無需電壓跟隨。在每個測試電壓段，轉(zhuǎn)向燈正常工作時測試3組反饋電壓，轉(zhuǎn)向燈21 W故障時測試3組反饋電壓，詳見表2，汽車轉(zhuǎn)向燈控制負(fù)載電壓設(shè)定值曲線見圖7。跟隨電壓U跟等于每組正常反饋電壓的最小值U常min和故障電壓的最大值U壞max的 平均值。

圖7 汽車轉(zhuǎn)向燈控制負(fù)載電壓設(shè)定值曲線圖

表2 各電壓數(shù)值

把標(biāo)定電壓轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的AD值，芯片的最大工作電壓為5 V，芯片內(nèi)部用10個Bit記錄AD值，最大工作電壓時其對應(yīng)的值為210，即1024。機(jī)器語言中從0開始，所以最大值為1023。各標(biāo)定電壓的具體AD值通過公式ADi=（U標(biāo)i/5）×1023得到，其值見表3。

表3 標(biāo)定電壓對應(yīng)的AD值

BTT6050 IS腳為負(fù)載電流反饋腳，輸出為電流型，電路采用10 kΩ采樣電阻（R5），將電流轉(zhuǎn)換為電壓并送入到車身控制器MCU的AD接口分析，以此檢測負(fù)載電流是否發(fā)生變化。在系統(tǒng)上電時，MCU每10 ms會通過AD接口獲取一次當(dāng)前工作電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)向燈開關(guān)有效時，MCU的輸出口向BTT6050芯片對應(yīng)的TURN_LIGHR_CMD輸入高電平，同時DEN引腳被使能，開啟芯片的數(shù)字信號診斷功能，芯片內(nèi)的DMOS被激活。DSEL引腳選擇左轉(zhuǎn)向燈通道或右轉(zhuǎn)向燈通道，ISENSE就會通過MCU的AD接口向其輸出對應(yīng)通道的反饋電流。MCU比較當(dāng)前工作電壓下反饋電壓與標(biāo)定電壓的大小，如果反饋電壓大于標(biāo)定電壓，則為正常工作模式，MCU以400 ms為周期（轉(zhuǎn)向燈亮400 ms，滅400 ms）控制TURN_LIGHT_CMD；如果反饋電壓小于標(biāo)定電壓，則為故障模式，MCU以200 ms為周期（轉(zhuǎn)向燈亮200 ms，滅200 ms）控制TURN_LIGHT_CMD。同時BTT6050芯片按設(shè)定的頻率輸出驅(qū)動轉(zhuǎn)向燈工作。這樣駕駛員就可以通過轉(zhuǎn)向燈閃爍頻率的變化發(fā)現(xiàn)故障，確保不會因?yàn)檗D(zhuǎn)向燈的故障而引起交通事故。

2.4 程序處理過程

軟件控制流程如圖8所示。

1）通過宏定義，把對應(yīng)電壓的AD值匹配起來。

2）根據(jù)AD_BCMPWR_CHANNEL的值，10 ms判斷一次當(dāng)前電壓具體屬于哪個范圍，做到實(shí)時跟隨。

圖8 軟件控制流程圖

3）創(chuàng)建開關(guān)濾波函數(shù)，對每個開關(guān)輸入信號進(jìn)行濾波處理，如果在50 ms內(nèi)開關(guān)信號一直為低電平或高電平，則判定開關(guān)信號有效。防止把開關(guān)抖動、雜波判定為開關(guān)信號。

4） 建立二維數(shù)組，第1行的每一列為各標(biāo)定電壓對應(yīng)的AD值，第2行的每一列為芯片最大工作電壓對應(yīng)的AD值。

5） 通過枚舉類型定義轉(zhuǎn)向燈的工作模式。

6） 根據(jù)電壓所在的區(qū)間和讀到的AD值，判斷其值是否在正常工作電壓范圍，如果在則置Bits.Bit0= normal（正常），不在則置Bits.Bit0 = fault（故障）。

最后，程序根據(jù)ReturnValue.Bits.Bit0的返回值作出相應(yīng)動作，如果轉(zhuǎn)向燈故障則開啟危險(xiǎn)報(bào)警燈提醒駕駛員。

3 總結(jié)

本文先分析了用傳統(tǒng)硬件電路來檢測汽車轉(zhuǎn)向燈故障的缺陷，即有報(bào)警裝置但是無法在其中一個轉(zhuǎn)向燈斷路故障時報(bào)警。針對此問題，本文設(shè)計(jì)了一種利用轉(zhuǎn)向燈故障時系統(tǒng)電壓的變化來檢測識別故障的電路和軟件算法。此方法不僅能有效識別轉(zhuǎn)向燈故障，方便駕駛員在行車過程中及時處理更換，提高行車安全，減少硬件電路元器件，還能用在車輛其它負(fù)載的故障檢測上，例如近光燈、遠(yuǎn)光燈、制動燈、霧燈、雨刮電機(jī)等。