張明成

（上海大眾汽車有限公司，上海 201805）

外側(cè)后視鏡電動折疊指汽車外側(cè)后視鏡通過操作開關(guān)和電動機驅(qū)動而實現(xiàn)鏡框折疊和展開的功能，如圖1所示。當(dāng)汽車進入較小區(qū)域如弄堂、停車泊位時，由于后視鏡鏡框是車身最寬部位，這時為防擦傷及縮小停車泊位空間，保證在后視安全性上把損害程度降低到最小限度，需將鏡框折疊，若配備電動折疊功能，駕駛員便可在車內(nèi)方便、準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)。

隨著人們對車設(shè)備功能使用的認(rèn)識，市場逐步產(chǎn)生了對普通乘用車外后視鏡加置電動折疊功能的要求。為滿足這部分市場需求，車廠需將該功能作為可選項或車配置升級推出。而作為一個可選或加配的裝備系統(tǒng)，考慮裝車需求量的經(jīng)濟性，其控制系統(tǒng)和控制電路等就需以分立系統(tǒng)形式進行單獨設(shè)計。本文將對該控制器的設(shè)計實現(xiàn)及控制策略進行介紹。

1 外后視鏡電動折疊系統(tǒng)控制方式

外后視鏡電動折疊控制系統(tǒng)主要由折疊電動機、折疊控制開關(guān)、控制電路構(gòu)成。

折疊電動機在電動折疊外后視鏡的總成內(nèi)，提供折翻動力。折疊控制開關(guān)裝置在駕駛座側(cè)的門內(nèi)飾板處，方便用戶操作。用戶通過撥動開關(guān)選擇折疊或伸展檔位時，使外后視鏡折翻到所需的位置狀態(tài)?？刂齐娐肥撬鼈儺a(chǎn)生關(guān)聯(lián)的根本關(guān)鍵。為了達到旋撥一下開關(guān)讓外后視鏡框?qū)崿F(xiàn)翻折，到位后自動斷電停下，就必須由具有自控功能的電路來完成。該控制電路有兩種構(gòu)成方式。

1.1 傳統(tǒng)的機電式控制

即在電動折疊外后視鏡總成內(nèi)增設(shè)2個微動限位開關(guān)，當(dāng)撥動開關(guān)選擇折疊檔位時，折疊電動機折疊回路接通，電動機向折疊方向轉(zhuǎn)動，在折翻到“折疊止點”位置時，其聯(lián)動壓片壓到 “折疊止點限位開關(guān)”，該微動限位開關(guān)內(nèi)的觸點斷開，切斷了該條電回路，使電動機斷電停下。而當(dāng)電動機向折疊方向轉(zhuǎn)動一旦轉(zhuǎn)離 “伸展止點”位置時，同樣其聯(lián)動的壓片不再壓到 “伸展止點限位開關(guān)”，該微動限位開關(guān)內(nèi)的觸點接通，為作下次伸展準(zhǔn)備了條件。反之亦然，其控制電路如圖2所示。

該控制電路主要缺點如下：①在每個電動折疊外側(cè)后視鏡總成中要增加2個限位開關(guān)，使該總成結(jié)構(gòu)復(fù)雜且可靠性差，并且不能利用現(xiàn)存的電動折疊外后視鏡總成的平臺零件，增加了開發(fā)成本和零件成本。②折疊控制開關(guān)要增加4個引腳，這也使該開關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且可靠性降低，且也不能利用現(xiàn)存的平臺零件，同樣將增加開發(fā)成本和零件成本。③線束至少要多增加6根，增加了線束布置的復(fù)雜性，降低了可靠性，增加了線束成本。

傳統(tǒng)的機電式控制雖然缺點顯著，但其控制方式的邏輯對要引入的控制器控制方法是有啟迪的。

1.2 單片機嵌入技術(shù)控制

采用單片機嵌入技術(shù)實現(xiàn)使用較高性價比的小控制器的控制，如圖3所示。其把實際的4個限位開關(guān)虛擬化到了一個控制器中。撥動折疊開關(guān)，控制器依據(jù)折疊開關(guān)的輸出信號啟動電動機作出相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的 “止點位置”后自動斷電停止。這樣簡化了外圍線路，簡化其后視鏡總成的結(jié)構(gòu)和控制開關(guān)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性及可實施性，降低了成本。該電路中控制器的 “V端腳”的作用將在下面說明。

2 控制器的設(shè)計要求和硬件架構(gòu)框圖

2.1 設(shè)計要求

外圍線路圖 （圖3）已定，該控制器要分別控制左右2個折疊電動機，控制器需4個輸出端：端子ML+、ML-和MR+、MR-分別接至2個折疊電動機上。電動機的最大運行電流It=0.3A，最小堵轉(zhuǎn)電流Is=1.5 A；啟動電壓9 V，最大工作電壓24 V。額定的折疊或伸展時間為2.86s（電壓為12V的條件下）。要求控制器有過載、過電流、過熱、過壓保護。輸出端有對搭鐵對電源短路的保護。要求讓折疊電動機僅在電壓允許的范圍 （9～17V）內(nèi)運行。

該控制器需設(shè)3個輸入端和1個搭鐵端。3個輸入端分別為：①KL15輸入端。其是系統(tǒng)控制電路電源的接入端，來自點火開關(guān)ON檔位的KL15端電源，因此需要控制器具有抗發(fā)動機起動時電壓跌至6 V的情況和電源線上瞬態(tài)過電壓等傳導(dǎo)干擾。②FS輸入端。FS連接至折疊開關(guān) （Fold Switch）的輸出端。折疊開關(guān)是組合在后視鏡調(diào)節(jié)開關(guān)上的一個通斷形式的旋鈕操作開關(guān)。折疊開關(guān)是小電流觸點，負載限于100mA以下，鑒于在小信號電路應(yīng)用中要避免過小的信號電流在受觸點表面膜的影響時出現(xiàn)信號不良情況，要求控制器與開關(guān)聯(lián)通的信號電流應(yīng)保持在濕性電流 （wetting currents）范圍，即在這里要求信號電流不小于1mA。③V輸入端。其為車速（Velocity）信號輸入端，來自于組合儀表的車速信號輸出端，以方波脈沖頻率對應(yīng)于車速，在這里頻率的N赫茲就對應(yīng)著車速每小時N公里。這里引入車速信號是要限制當(dāng)車速大于5km／h時對外后視鏡作折疊操作，這是為增強系統(tǒng)的抗干擾性和防錯操作方面的冗余保護要求。

對于后視鏡是否已折翻到止點位的判別，可依據(jù)電動機堵轉(zhuǎn)電流或電動機通電延時時間來確定。到位后自動關(guān)閉電動機運行。

2.2 硬件架構(gòu)框圖

由設(shè)計要求，可確定控制器硬件基本架構(gòu)框圖，如圖4所示。

控制器電路采用微控制器MCU作主控，折疊電動機的驅(qū)動采用H橋形式功率驅(qū)動模塊，電動機堵轉(zhuǎn)電流采樣由采樣電路獲得，經(jīng)放大電路放大后送MCU處理。輸入電源經(jīng)供電模塊處理后供MCU、H橋驅(qū)動模塊和控制器內(nèi)的其他電路使用。折疊開關(guān)信號和車速信號經(jīng)信號調(diào)理電路調(diào)理后分別送MCU處理，一方面信號經(jīng)調(diào)理后是為了把信號調(diào)理到合適MCU的可接受信號的范圍，另一方面可使外電路與MCU隔離，避免外電路意外過電壓干擾對MCU帶來的風(fēng)險。MCU依據(jù)對各條件辨別，通過對折疊開關(guān)的信號響應(yīng)，對折疊電動機作出運行控制。

3 控制器控制策略

1）控制器通過查詢FS端的信號，確定后視鏡應(yīng)處在伸展還是折疊狀態(tài)。搭鐵低電平為折疊信號，懸空高電平為伸展?fàn)顟B(tài)信號。當(dāng)后視鏡所處位置狀態(tài)與開關(guān)信號要求相符時，折疊電動機保持不動；當(dāng)后視鏡所處位置狀態(tài)與開關(guān)信號要求不相符時，啟動折疊電動機使其轉(zhuǎn)向與折疊開關(guān)要求相符的位置，到位后自動關(guān)閉折疊電動機的運行。

2）當(dāng)車速＞5km／h時，控制器不接受處理此時的折疊開關(guān)發(fā)來的信號請求，仍保持或處理此前在車速≤5km／h時最近一次折疊開關(guān)發(fā)來的信號請求（折疊或伸展），繼續(xù)完成已響應(yīng)的執(zhí)行任務(wù)，直至完成。然后關(guān)閉和封鎖折疊電動機驅(qū)動模塊的輸出，直到車速恢復(fù)到≤5km／h，重新再接受處理開關(guān)此時發(fā)來的信號請求。

3）當(dāng)供電電壓為非正常時 （小于9V，大于17V，持續(xù)時間大于200ms），控制器不再響應(yīng)此時的折疊開關(guān)信號，并關(guān)閉和封鎖折疊電動機驅(qū)動模塊的輸出，直到供電正常。

4）在接到電動機驅(qū)動模塊有過熱情況時，立即關(guān)閉或封鎖相應(yīng)的驅(qū)動模塊的輸出，直到過熱情況消除。

5）外后視鏡折疊或伸展到了止點位置 （折疊止點位或伸展止點位），控制器即行關(guān)閉相應(yīng)電動機的驅(qū)動輸出。折翻到位其止點位置的判別，是以測得折疊電動機的電流是否達到了堵轉(zhuǎn)定義值 ［這里堵轉(zhuǎn)定義值為I≧0.8Is（約1.2A），持續(xù)時間為0.3s］或以檢測折疊電動機通電延時時間 （電動機在某個轉(zhuǎn)向啟動后的通電時間）是否達到了設(shè)定值 （這里設(shè)定值取后視鏡最長折翻時間約5s）為判據(jù)。如果上述二個條件之一滿足，即可判為后視鏡總成已折疊或伸展到了止點位置。

6）外后視鏡折疊或伸展到了止點位置關(guān)閉相應(yīng)的折疊電動機的驅(qū)動輸出后，立即在程序上 “禁止”該驅(qū)動口電動機再可作 “同向”轉(zhuǎn)動的可能。直到該輸出端口有過 “反向”轉(zhuǎn)動開啟操作響應(yīng)，該 “禁止”才可被解除。

7）當(dāng)電源電壓不正常進入了上述第3點的處理過程中，或當(dāng)電動機驅(qū)動模塊過熱進入了上述第4點的處理過程中，其時如有 “堵轉(zhuǎn)持續(xù)時間 （0.3s）”正處計時的，或 “電動機通電延時時間 （延時5s）”正處計時的，這時它們的計時應(yīng)暫停。直至電壓和模塊溫度恢復(fù)正常后， “堵轉(zhuǎn)持續(xù)時間計時”、 “電動機通電延時時間 （延時5 s）計時”才即刻恢復(fù)，并從中斷的計時數(shù)處連續(xù)下去。

4 硬件電路的實現(xiàn)

通過性價比選擇控制器的組成零件，設(shè)計和形成詳細的控制器電路圖，如圖5所示。

1）控制芯片MCU選用Microchip公司的單片機PIC16F616。PIC16F616是一款14引腳、8位的CMOS帶閃存的單片機，自帶4MB的Flash ROM （作為程序存儲器）和128B的SRAM （作為數(shù)據(jù)存儲器）。其工作電壓2～5.5V，內(nèi)部集成有A／D轉(zhuǎn)換、比較器等硬件模塊，具有上電復(fù)位、欠壓復(fù)位、看門狗、3個定時器、代碼保護等功能。低功耗特性2.0V時工作電流典型值為220 μA。11個I／O引腳是可復(fù)用的端腳——通過設(shè)置端口可成為模數(shù)轉(zhuǎn)換A／D、比較器C、定時器T的端腳和1個僅可作輸入的端腳RA3。它們具有高的灌／拉電流能力 （25mA）。該微控器可滿足這款電路的作為主控制要求。

這里I／O端腳RA0設(shè)置作A／D轉(zhuǎn)換輸入端，用作對供電電壓采樣輸入、A／D轉(zhuǎn)換后MCU讀取數(shù)值和比較判斷以對供電電壓進行監(jiān)控。I／O腳RA5作為車速信號輸入端口，設(shè)置其具有電平變化就有中斷申請，利用該特性實時監(jiān)測車速-頻率脈沖周期時間，以便控制器對車速要求的響應(yīng)。2個I／O （RA1，RC3）設(shè)為MCU的比較器輸入，為檢測堵轉(zhuǎn)電流信號 （經(jīng)放大后的轉(zhuǎn)換電壓）所用，利用MCU內(nèi)部的電壓比較器直接把輸入模擬電壓與MCU內(nèi)部的設(shè)定電壓比較，一旦大于等于設(shè)定電壓會產(chǎn)生中斷標(biāo)志，立即讓MCU來處理。實現(xiàn)了模擬到數(shù)字的接口。 3個I／O端腳 （RA4、 RA3、 RC4） 設(shè)置作數(shù)字輸入端口，分別作折疊開關(guān)信號和2個驅(qū)動橋模塊過熱報警信號輸入之用。最后5個I／O端腳 （RC5、RC0、RA2、RC1、RC2）設(shè)置作為數(shù)字輸出端口：端腳RC5輸出信號，同時控制2個驅(qū)動橋模塊的使能線；端腳RC1、RC2分別連接至右電動機H橋模塊的驅(qū)動輸入端IN1、IN2；端腳RC0、RA2分別連接至左電動機驅(qū)動橋模塊的驅(qū)動輸入端IN1、IN2。這樣MCU通過控制端口電平控制驅(qū)動模塊的IN端腳（IN1／IN2）， 從而控制它們的輸出OUT （OUT1／OUT2）的極性的轉(zhuǎn)換。

2）電動機驅(qū)動芯片采用STMicroelectronics公司的雙半H橋驅(qū)動器IC模塊L9997ND，2個半橋可搭成一個全橋使用。共使用2個模塊分別去驅(qū)動左右折疊電動機。左右折疊電動機運轉(zhuǎn)的每個模塊根據(jù)IN1、IN2上來自于MCU的輸入信號控制折疊電動機的正反轉(zhuǎn)及停止。該模塊IN1、IN2輸入端口帶有磁滯回線門限，輸入電平范圍與CMOS相兼容，不僅具有良好的抗干擾性，且可與MCU的輸出端口直接對接，省去了對接需增加信號功率放大的環(huán)節(jié)。該驅(qū)動模塊具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道1.2A持續(xù)電流，最大電流可達1.6～2.2A。輸出端內(nèi)置并聯(lián)的續(xù)流二極管能釋放感性負載的反電勢和電流，使其在驅(qū)動電動機時安全可靠。其端口DIAG是模塊故障報警輸出，當(dāng)芯片過熱或過電壓 （大于40 V時）會發(fā)出低電平通知信號。該模塊自身還具有輸出短路保護、過熱自動關(guān)斷輸出的功能。工作電壓為7～17V，具有過壓保護功能。其端口EN是 “使能控制”輸入端，要模塊進入工作時，必須對該端口加以高電平。當(dāng)對該端口加以低電平信號或該端口處于懸空狀態(tài)時，模塊則進入休眠的靜態(tài)模式，此時該模塊的輸出端口關(guān)閉呈高阻狀態(tài)，模塊靜態(tài)電流僅為1μA。

驅(qū)動模塊的每個IN端腳 （IN1／IN2）與其相對應(yīng)的輸出端OUT（OUT1／OUT2）的電平關(guān)系是同向的：即當(dāng)IN端為高時，其對應(yīng)的輸出端OUT也為高。當(dāng)IN端為低時，其對應(yīng)的輸出端OUT也為低。因此二個H半橋搭成一個H橋去驅(qū)動折疊電動機時，端腳IN1與IN2的電平相異時電動機轉(zhuǎn)動，相同時電動機停轉(zhuǎn)。IN1與IN2相異的電平相互轉(zhuǎn)變，使得電動機轉(zhuǎn)向相應(yīng)改變?？刂屏蓑?qū)動模塊的IN1和IN2的電平，即控制了電動機的啟停和轉(zhuǎn)向。

這款雙半H橋模塊的多功能和高度集成化，使外圍零件減少，整體電路可靠性提高。其較高的性價比為控制器帶來了較好的利益。

3）5V電源采用三端穩(wěn)壓集成模塊LM2950-50搭建。具有較低的管壓降 （＜0.5V），輸入電壓范圍6～30V， 高精度輸出電壓 （5.0V）， 輸出電流100mA?？蓾M足汽車起動時電壓跌落時仍可提供合格供電的要求。

4）U3是電動機堵轉(zhuǎn)電流采樣放大器，是一顆低功耗雙運放的集成塊LM2904。其具有大的直流電壓增益 （100dB），單電源供電，極低的輸入偏置電流 （20nA）帶溫度補償，低的失調(diào)輸入電流 （2nA），輸入共模電壓范圍包括了零伏。輸出電壓擺幅0到Ucc-1.5 V （即0～3.5 V）?？蓾M足單電源供電、對采樣的小信號放大處理的要求。

5）R6、R7、C8組成供電電壓檢測電路，經(jīng)分壓和濾波使供電電壓的采樣信號控制在MCU的A／D采樣電壓范圍內(nèi) （0～UDD）。

6）DQ1是一個專用于數(shù)字電路的雙三極管封裝的模塊，組成了車速信號和折疊開關(guān)信號電平變換電路。其滿足了車用控制器輸入端必須可經(jīng)受住直接對搭鐵和對車電源的短接試驗，并為折疊開關(guān)提供濕性電流。該雙三極管Ucc＞50 V，最大集電極電流100mA， Ui（off）＜0.5V， Ui（ON）≥3V。

7）電路中的D1瞬態(tài)電壓抑制二極管 （TVS）與B1磁珠元件，是形成吸收抑制來自車上電源線的傳導(dǎo)干擾的第一道防護措施。TVS管標(biāo)稱電壓22 V，擊穿電壓26.9 V，可抑制浪涌電流84 A，抑制電源線上的瞬態(tài)過電壓。B1磁珠在100MHz時具有600Ω阻抗，10 MHz時約有100 Ω阻抗。其頻阻特性可極大地吸收和抑制來自電源線上的大部分高頻干擾。

8）二極管D2是防止輸入電源極性反接損壞控制器的保護件。需要其有盡量小的管壓降、稍高的耐壓和較大的額定電流，這里采用肖特基二極管，滿足了要求。

9）電路圖上的無極性的電容為高頻旁路或濾波用。吸收電路干擾和防止干擾發(fā)射。

5 軟件方案注意點

軟件設(shè)計上對于一些程序按功能進行分塊。利用狀態(tài)字變量建立各功能程序模塊間的聯(lián)系，避免各功能程序模塊在內(nèi)容上的耦合，以及在處理運行時發(fā)生時序上的混亂或長時等待，使主程序得以順利進行，以便MCU內(nèi)的看門狗 （WDT）對主程序運行進行超時監(jiān)控，避免控制器受意外干擾出現(xiàn)死機狀態(tài)。

對于車速／頻率信號進行實時監(jiān)測，較快速的方法是監(jiān)測其脈沖周期，通過測量其脈沖周期，即可得到對應(yīng)的頻率。程序中對車速信號脈沖周期的監(jiān)測是通過設(shè)置輸入端口RA5，使其具有信號邊沿可觸發(fā)中斷申請的端口功能。計算出其二次中斷申請間的時間——即為脈沖的半個周期時間，相鄰兩次的這種半周期時間的和，即為一個脈沖周期時間。當(dāng)脈沖周期≥200ms時，即有頻率 （車速）≤5Hz（km）。

程序中的計時，是利用MCU內(nèi)部的定時器TMR1作為時基發(fā)生器。讓其每10ms產(chǎn)生一次中斷申請，為各個功能程序模塊的時間計時提供服務(wù)。

6 結(jié)束語

該形式的電動折疊外后視鏡控制器已在上海大眾新朗逸車 （豪華配置版）上批量使用，效果良好。這個控制器的創(chuàng)新點在于采用了PIC單片機嵌入式技術(shù)和ST的雙半H橋模塊，開發(fā)出一個低成本、獨立、簡便的電動折疊外后視鏡控制器。隨著未來人們對普通乘用車要求的提升，該類型控制器可進一步升級，如增加CAN線技術(shù)，使其與車身控制器聯(lián)網(wǎng)后，可以擴展諸如故障診斷、停車鎖門后自動折疊和遙控折疊等功能，給廣大普通乘用車車主帶來更為便捷、舒適的用車體驗。

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