自動行車落鎖.doc

裝訂線長 春 大 學(xué) 課程設(shè)計紙一 前言（一）自動行車落鎖系統(tǒng)概述自動行車落鎖系統(tǒng)是汽車在啟動行駛后，達(dá)到預(yù)訂車速后，車門自動落鎖的一項技術(shù)。目的是為了防止乘客在汽車行駛途中誤開車門而發(fā)生墜落事故，尤其是未成年人或其他需要監(jiān)護(hù)的乘員容易誤開車門，造成這種事故。有了這套裝置，當(dāng)汽車啟動后行駛后，到達(dá)一定車速，車門就會被自動鎖上，從而有效防止了車內(nèi)乘員在行駛途中誤開車門而造成墜落傷害。（二）當(dāng)前技術(shù)情況目前該技術(shù)在國外高級汽車上應(yīng)用廣泛，方便實用，并受到廣大消費者的好評。在國內(nèi)，也有多數(shù)汽車采用該技術(shù)，并且功能更加強(qiáng)大。比如說在落鎖的同時自動落窗（三）基本原理汽車啟動情況下，車速傳感器傳出車速信號，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)計算，超過預(yù)訂數(shù)值，立刻發(fā)出落鎖信號，落鎖信號經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，傳送給落鎖驅(qū)動電機(jī)，從而完成落鎖動作。（四）設(shè)計內(nèi)容及要求1. 分析自動行車落鎖系統(tǒng)的工作原理2. 功能實現(xiàn)：實現(xiàn)汽車在啟動并行駛后速度達(dá)到30km/h以上時自動落鎖功能 3. 組裝自動行車落鎖系統(tǒng)電路4. 畫出自動行車落鎖系統(tǒng)電路原理圖，寫出設(shè)計說明書5. 畫出元器件布置圖 二 自動行車落鎖系統(tǒng)的基本組成原理及單元電路的設(shè)計（）自動車速檢測功能常用的車速傳感器包括電磁感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式、光電式等，不管哪種形式的車速傳感器，其采集信號處理電路的設(shè)計是非常重要的。傳感器采集到的信號必須經(jīng)過處理轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號才能在汽車的中央控制器中進(jìn)行處理，進(jìn)而進(jìn)行速度的分析和控制。因此設(shè)計兩個部分，一是模擬信號的轉(zhuǎn)換問題，即將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，二是對數(shù)字信號的處理問題，即通過編程實現(xiàn)對速度的測量和對與車速有關(guān)的物理量處理。1.1車速信號采集處理的硬件電路車速傳感器安裝于變速器的輸出端外殼上，其轉(zhuǎn)軸外端為蝸桿，與變速器輸出軸的渦輪嚙合，渦輪轉(zhuǎn)動時，便帶動車速傳感器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。車速傳感器主要用于測定車輛的行駛速度，另外向ECU傳送車速電信號，用于怠速、加減速時的空燃比修正。該信號是制定雙參數(shù)換擋規(guī)律的主要參數(shù)之一。采集系統(tǒng)的硬件原理見圖1圖1 系統(tǒng)硬件原理圖測試傳感器為舌簧管式，它將變速箱蝸桿旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速變?yōu)槊}沖信號，輸入到單片機(jī)80C196KB用戶板的多功能接口O引腳（高速輸入口HIS.O口），把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，單片機(jī)在某一段時間采集、記錄、存儲輸入脈沖間隔，通過程序設(shè)計換算成車速，并在鍵盤顯示器上顯示。1.2單片機(jī)80C196KB簡介采用單片機(jī)80C196KB和可編程邏輯器件EPM7128SLC為核心控制器，以80C196KB內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)16路電壓信號的實時數(shù)據(jù)采集、顯示、控制。該系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。圖2 系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖整個系統(tǒng)主要由信號預(yù)處理、信號選通、單片機(jī)采集、雙機(jī)數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)處理顯示等模塊構(gòu)成。其中，信號選通模塊由CPLD和多路模擬選擇器組成。1.2.1信號預(yù)處理電路由于待采集電壓信號輸入動態(tài)范圍較寬，且極性各異，對于單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換器來說，需要調(diào)理到能夠采集的電壓范圍闈05 V，所以要統(tǒng)一調(diào)理采集信號，如圖所示圖3 信號預(yù)處理電路圖3中運放LM224和MC1556均采用雙電壓供電，以提高動態(tài)信號輸入范圍；電阻均采用精度為01的精密型金屬膜電阻，以提高電壓轉(zhuǎn)換精度。 在二級電壓凋理過程中，MC1556同相輸人端采用穩(wěn)壓電路以減少長時間通電情況下溫度升高對系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響。南于電壓跟隨器具有輸入阻抗大和輸出驅(qū)動能力強(qiáng)的特點，故在預(yù)處理電路的輸入端和輸出端均采用電壓跟隨電路。1.2.2信號選通電路ADG508A是一款8通道CMOS模擬多路選擇器，具有高速轉(zhuǎn)換速度和低內(nèi)阻特性，通道切換具有防短路功能。在CPLD控制下，它可對采集信號進(jìn)行有序通道切換，配合單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。EPM7128SLC是一款A(yù)hera公司生產(chǎn)的CPLD，其容量為128個宏單元，采用硬件描述語言VHDL對CPLD編程設(shè)置實現(xiàn)信號的選通控制。首先編寫分頻器模塊對1 MHz晶體振蕩器進(jìn)行20分頻，輸出2路相位相錯、周期為20 s的矩形同步信號。其中一路信號經(jīng)D觸發(fā)器進(jìn)行2分頻，得到占空比50、周期為40s的方波信號；然后編寫信號選通控制模塊。此模塊根據(jù)方波信號和另一路同步信號循環(huán)輸出控制信號，兩模塊都在MuxPlus-II環(huán)境下開發(fā)，CPLD控制信號時序仿真結(jié)果如圖所示，其中，信號FRM和ROAD是單片機(jī)主程序運行的勤務(wù)信號；CS1和CS2是2片ADG508A的片選信號：A0、A1和A2則是ADG508A通道選通控制信號。1.2.3 單片機(jī)采集電路 80C196KB是Intel公司生產(chǎn)的一款16位CMOS單片機(jī)，片內(nèi)集成有8路AD轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括一個8通道多路模擬開關(guān)，采樣保持電路和10位AD轉(zhuǎn)換器。由于該系統(tǒng)外部有多路選擇器，故內(nèi)部無需通道轉(zhuǎn)換，采用一個ACH0通道即可完成數(shù)據(jù)采集。對于采用12 MHz晶振的單片機(jī)系統(tǒng)，完成一次AD轉(zhuǎn)換需22s。80C196KB的AD轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近的方法完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，基準(zhǔn)電壓設(shè)定非常關(guān)鍵，內(nèi)部阻容網(wǎng)絡(luò)將基準(zhǔn)電壓Vref等分為1 024個階梯，每級為Vref1 024 V。通過與基準(zhǔn)電壓比較，可得到10位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，其中基準(zhǔn)電壓的精度以及穩(wěn)定度直接影響到測量結(jié)果的絕對精度。因此在電路中Vref采用單獨電源供電并通過基準(zhǔn)穩(wěn)壓源如LM136的5 V提高精度及穩(wěn)定度。 80C196KB通過判斷ROAD信號在其上升沿讀取上次AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，同時啟動AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換下一路信號，該單片機(jī)用FRM信號作為非屏蔽中斷使計數(shù)器DXL歸零，主程序循環(huán)一次，保證對16路通道信號的時分復(fù)用采集。單片機(jī)80C196KB程序流程如圖所示。圖4 CPLD控制信號時序仿真圖圖5 單片機(jī)80C196KB程序流程1.2.4雙機(jī)數(shù)據(jù)傳輸為達(dá)到采集數(shù)據(jù)的實時可控性，系統(tǒng)設(shè)計雙機(jī)通信接口作為單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)向計算機(jī)傳輸?shù)耐ǖ?。計算機(jī)采用WDM下的EPP模式通信，速度達(dá)500 KBs2 MBs。使用雙端口RAM IDT7130作為主要元件，通過通信接口，單片機(jī)將AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存入雙端口RAM中，計算機(jī)則實時顯示從雙端口RAM中讀取的數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過雙端口RAM IDT7130的A端口進(jìn)行寫操作，計算機(jī)則通過B端口進(jìn)行讀操作。握手信號由單片機(jī)通過對ROAD信號計數(shù)產(chǎn)生，二者可異步讀寫操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。圖6為單片機(jī)與計算機(jī)接口電路。圖6 單片機(jī)與計算機(jī)接口電路1.3單片機(jī)80C196KB的HIS.O口簡介電脈沖信號由80C196KB的HIS.O口檢測。HIS為高速輸入部件。外部事件的輸入無需經(jīng)由CPU，由部件自動完成。它的基本功能是以定時器T1為時間基準(zhǔn)記錄外部事件發(fā)生的事件及狀態(tài)。HIS共有4個腳HIS.OHIS.4，此系統(tǒng)只用到了HIS.O腳，通過設(shè)計IOCO寄存器的D0位來選通其作為HIS口的功能。（）單片機(jī)計算2.1計算方法常用的速度計算方法有3種：頻率法、周期法、多倍周期法。頻率法是通過測量給定時間內(nèi)的輪速脈沖信號個數(shù)來計算輪速，周期法通過測量被測脈沖寬度來計算車速。下面采用的速度采集算法是結(jié)合頻率法和周期法的有效算法。如圖2，設(shè)置一個時間閘門Ts，HIS的第一個通道在時間Ts內(nèi)可以記下每次中斷的當(dāng)前時間并放在時間寄存器HIS_TIME中，HIS_TIME記錄下來的時刻是內(nèi)部定時器1的當(dāng)前值，當(dāng)晶振12MHz時，定時器1的內(nèi)容每167ns增一。用最后一次中斷的實時時間減去第一次中斷的實時時間即為實際的采樣時間Td。圖7 車速采樣算法22軟件設(shè)計車速傳感器的工作原理是把變速器蝸桿旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號，每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生4次脈沖信號。為了檢測脈沖信號，同時也能對脈沖信號進(jìn)行計算，可采用查詢法或中斷法。查詢法即通過查詢，確認(rèn)HIS已記錄有效事件后再行讀取。另一種是中斷法，是利用程序控制的方法，在FIFO溢出或保持寄存器已加載時產(chǎn)生中斷，在服務(wù)程序中讀取HIS中已記錄的信息并進(jìn)行處理，以得到車速并輸出到顯示器。這里采用中斷法，輸入引腳的事件方式采用正負(fù)跳變在不同通道采集，下面給出車速信號采集代碼：（）自動落鎖系統(tǒng)3.1汽車電控門鎖的組成汽車電控門鎖系統(tǒng)主要由控制開關(guān)、門鎖控制器和門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成圖8 中央門鎖系統(tǒng)組成3.1.1控制開關(guān)（1）門鎖控制開關(guān)安裝在前左門和右門的扶手上，將開關(guān)推向前門是鎖門，推向后門是開門。圖9 門鎖控制開關(guān)（2）鑰匙開鎖報警開關(guān)用于探測點火鑰匙是否插進(jìn)鑰匙門內(nèi)，當(dāng)鑰匙在鑰匙門內(nèi)，鑰匙開鎖報警開關(guān)接通電話報警；當(dāng)鑰匙離開鑰匙門時取消報警，如下圖所示圖10 鑰匙開鎖報警開關(guān)（3）鑰匙控制開關(guān)安裝在每個前門的鑰匙門上，如圖所示，當(dāng)從外面用鑰匙門口和關(guān)門時，鑰匙控制開關(guān)便發(fā)出開門或鎖門的信號給門鎖ECU。圖11 鑰匙控制開關(guān)（4）行李箱門開啟器開關(guān)位于儀表板下面，拉動此開關(guān)便能打開行李箱門，如圖所示，鑰匙門靠近行李箱門開啟器，推壓鑰匙門，斷開行李箱內(nèi)主開關(guān)，此時再拉開開啟器開關(guān)也不能打開行李箱門。將鑰匙插進(jìn)鑰匙門內(nèi)順時針旋轉(zhuǎn)打開鑰匙門，當(dāng)主開關(guān)再次接通，便可用行李箱門開啟器打開行李箱。圖12 行李箱門開啟器開關(guān)（5）門控開關(guān)用于探測車門的開閉情況。車門打開時，門控開關(guān)接通；車門關(guān)閉時，門控開關(guān)斷開（6）開鎖門關(guān) 用于檢測車門的開閉情況。當(dāng)車門關(guān)閉，門鎖開關(guān)斷開；車門開啟，門鎖開關(guān)接通。3.1.2門鎖控制器有晶體管式門鎖控制器、電容式門鎖控制器和車速感應(yīng)式門鎖控制器。（1）晶體管式門鎖控制器 門鎖控制器內(nèi)部設(shè)有閉鎖和開鎖兩個繼電器，由晶體管開關(guān)電路控制，利用電容器的充放電過程，控制一點的脈沖電流持續(xù)時間，使門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成閉鎖和開鎖動作。如下圖：圖13 晶體管式門鎖控制器（2）電容式門鎖控制器該系統(tǒng)利用充足電的電容器，在工作時繼電器（開鎖或閉鎖繼電器）串聯(lián)接入電容器的放電回路，使其觸電短時間閉合。當(dāng)（正向或反向）轉(zhuǎn)動車門鑰匙時，相應(yīng)的電路開關(guān)（閉鎖或開鎖）接通，電容器放電電流通過繼電器線圈（開鎖或閉鎖繼電器）搭鐵，線圈產(chǎn)生電磁吸力，觸電閉合，接通執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁線圈的電路，完成閉鎖或開鎖的動作。當(dāng)電容器放電完畢后，繼電器觸電打開，中央門鎖系統(tǒng)停止工作。此時另一只電容器被充電，為下一次操縱做好準(zhǔn)備，如下圖圖14 電容式門鎖控制器（3）車速感應(yīng)式中央門鎖系統(tǒng)電路在中央門鎖系統(tǒng)中加裝一車速（20km/h）感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)汽車行駛速度達(dá)20km/h以上時候，若車門未閉鎖，不需駕駛員操縱，門鎖控制器將自動關(guān)閉。每個門可單獨進(jìn)行門鎖，系統(tǒng)電路如下：圖15 車速感應(yīng)式中央門鎖系統(tǒng)電路3.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用電磁鐵或微型電動機(jī)控制。以電磁鐵式自動車門鎖為例，結(jié)構(gòu)如下，分別用來開啟、所逼門鎖。門鎖集中操作按鈕，平時處于中間位置，用手按壓即可開啟或鎖閉車門。圖16 電磁鐵結(jié)構(gòu)3.2電控門鎖工作原理電控門鎖的作用是通過電磁鐵機(jī)構(gòu)或電動機(jī)式機(jī)構(gòu)開打開及鎖止車門所。由門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)及聯(lián)動機(jī)構(gòu)、門鎖控制開關(guān)、門鎖控制繼電器等主要部分組成。3.2.1電控門鎖控制原理下圖示出了中央控制電控門鎖電路圖，工作過程如下：當(dāng)按下車門鎖止開關(guān)時，電流由蓄電池熔斷器D5T1R3D1C1鎖止開關(guān)搭鐵。在C1通電的瞬間，T1導(dǎo)通，T2導(dǎo)通，繼電器觸電被吸到位置，這樣，電流由蓄電池熔斷器1K1 ON2N3K2 off4搭鐵，回轉(zhuǎn)式電磁線圈正向通電，電磁吸力拉下車門鎖扣杠桿，鎖住車門。 C1 充電完畢，N1 斷電，K1 回到 off 位置。當(dāng)要打開車門時，按下開鎖開關(guān)，N2 通電，將K2 吸到 ON 的位置，電流由蓄電池熔斷器1K2 ON）3N2K1 off）4搭鐵。由于通過回轉(zhuǎn)式電磁線圈的電流方向與車門鎖止時相反，車門鎖扣杠桿回到原位，車門打開。由于車型不同，實際電路也不相同，比如有的還增設(shè)了車速感應(yīng)控制電路等。N1、N1繼電器線圈 K1、K1 繼電器觸點 N回轉(zhuǎn)式電磁線圈圖17 電控門鎖控制電路圖18 門鎖控制系統(tǒng)電路1蓄電池 2易熔線（ALT） 3易熔線（AMI）4線路斷路器 5點火開關(guān) 6ECUIG保險 7駕駛員門鎖電動機(jī)和位置開關(guān) 8副駕駛門鎖電動機(jī)和位置開關(guān) 9左后門鎖電動機(jī)和位置開關(guān) 10右后門鎖電動機(jī)和位置開關(guān) 11門鎖控制繼電器 12駕駛員門控?zé)糸_關(guān) 13副駕駛員門控?zé)糸_關(guān) 14駕駛員鑰匙控制開關(guān) 15副駕駛員鑰匙控制開關(guān) 16駕駛員門鎖控制開關(guān) 17副駕駛員門鎖控制開關(guān) 18鑰匙開鎖報警開關(guān) 19行李箱門開啟器開關(guān) 20行李箱門開啟器電磁閥豐田威馳轎車電動鎖門電路如下圖圖19 豐田威馳轎車電動鎖門電路3.22門鎖操縱原理在車門開啟和閉鎖的操縱機(jī)構(gòu)中，通常采用動力車門鎖定的裝置。門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖所示。在門鎖總成中，由鎖止桿控制轉(zhuǎn)動，決定門鎖開/閉狀態(tài)?！拔恢瞄_關(guān)”用于測定鎖止桿是否進(jìn)行門鎖開/閉；“門鎖開關(guān)”則是用于檢測鎖止機(jī)構(gòu)是否進(jìn)行門鎖的開/閉。此外，鎖止桿隨著門鎖電動機(jī)的通電，正向/逆向旋轉(zhuǎn)；或把鑰匙插入鎖孔中，用于操縱。也可按車廂內(nèi)的按鈕進(jìn)行多種操作。當(dāng)“門鎖開關(guān)”用于操作鑰匙，使它向開啟/關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動時才能輸出信號。圖20 電機(jī)式門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.3電動門鎖電路的檢測以豐田威馳轎車為例（一）故障診斷表對于威馳轎車電動門鎖電路故障，可按下表，根據(jù)故障現(xiàn)象找到故障點。表1 豐田威馳轎車故障現(xiàn)象與故障點（二）檢查門鎖控制繼電器總成（ECU端子）表2 門鎖控制繼電器總成（ECU端子）（1）斷開門鎖控制繼電器連接器D4，檢查線束一側(cè)連接器每個端子的電壓和導(dǎo)通情況，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表要求。如果不符合標(biāo)準(zhǔn)，可能是線束一側(cè)有故障。表3 線束一側(cè)連接器每個端子的電壓和導(dǎo)通情況標(biāo)準(zhǔn)（2）重新連接門鎖控制繼電器連接器D4，檢查連接器每個端子的電壓，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表。如果結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)，車輛可能有故障。此時，檢查門鎖控制繼電器和蓄電池之間的線束、連接器和熔斷絲。如果有必要進(jìn)行修理或更換表4 連接器每個端子的電壓的標(biāo)準(zhǔn)（3）主開關(guān)、駕駛員側(cè)車鎖不能控制所有車門的上鎖和開鎖故障的檢查電路參看下圖，檢查程序如下：1）檢查主開關(guān)或門鎖操作如果用駕駛員側(cè)車門鎖不能進(jìn)行手動上鎖/開鎖操作，轉(zhuǎn)到步驟4）；如果用主開關(guān)不能進(jìn)行手動上鎖/開鎖操作，轉(zhuǎn)到下一步驟2）檢查電動車窗調(diào)節(jié)器主開關(guān)總成，如下圖拆下主開關(guān)檢查門鎖控制開關(guān)導(dǎo)通性其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表要求如果不正常，更換電動車窗調(diào)節(jié)器主開關(guān)總成；如果正常，轉(zhuǎn)到下一步驟3）檢查線束（電動車窗調(diào)節(jié)器主開關(guān)總成）如下圖圖21 電動車窗調(diào)節(jié)器主開關(guān)總成表5 門鎖控制開關(guān)導(dǎo)通性其標(biāo)準(zhǔn)圖22 電動車窗調(diào)節(jié)器主開關(guān)總成 斷開D10電動車窗主開關(guān)連接器 斷開D4門鎖控制繼電器連接器 檢查線束一側(cè)連接器的導(dǎo)通性，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表所示表6 線束一側(cè)連接器的導(dǎo)通性如果不正常，修理或更換線束和連接器；如果正常，更換門鎖控制繼電器總成。4）檢查左側(cè)前門鎖總成加蓄電池電壓，檢查門鎖電機(jī)的動作，如下圖，其檢查標(biāo)準(zhǔn)符合下表圖23 檢查門鎖電機(jī)的動作表7 門鎖電機(jī)的動作標(biāo)準(zhǔn)檢查車上鎖和開鎖開關(guān)的導(dǎo)通性，如下所示，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表圖24 檢查車上鎖和開鎖開關(guān)的導(dǎo)通表8 檢查車上鎖和開鎖開關(guān)的導(dǎo)通檢查位置開關(guān)的導(dǎo)通性，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表要求如果不正常，更換左側(cè)前門鎖總成；如果正常，轉(zhuǎn)到下一步驟。5）檢查線束（左側(cè)前門鎖總成）如下圖圖25 檢查線束 斷開D9門鎖（駕駛員側(cè)）連接器 斷開D4門鎖控制繼電器連接器 檢查線束一側(cè)連接器的導(dǎo)通性，其標(biāo)準(zhǔn)符合下表表9 檢查線束一側(cè)連接器的導(dǎo)通性標(biāo)準(zhǔn)如果不正常，修理或更換線束或連接器，如果正常，更換門鎖控制繼電器總成。三 課程設(shè)計心得體會 在自動行車落鎖的課程設(shè)計中，充分應(yīng)用所學(xué)知識設(shè)計電路、弄清原理，并加深理解；此過程中，遇到困難，不斷解決，是理論與實踐相結(jié)合，通過自己親自動手設(shè)計，才真正感覺到其復(fù)雜性。由于親身體驗，讓我們更明白了電路設(shè)計方面的很多要點與經(jīng)驗。我們認(rèn)真思考，善于動腦，不要古板如一，應(yīng)該根據(jù)實際情況加以修改，使其更便捷，有利于我們的設(shè)計。此次設(shè)計培養(yǎng)我們嚴(yán)