汽車門鎖控制電路分析與設(shè)計(jì)

宋曉晶，張 文

（天津開發(fā)區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津 300457）

隨著汽車電子控制技術(shù)的飛速發(fā)展[1]，汽車自動(dòng)化控制程度越來越高。各種電子線路和微處理技術(shù)在汽車的控制中發(fā)揮著重要的作用，如發(fā)動(dòng)機(jī)油量的電噴控制，自動(dòng)變速器檔位的無極控制等。特別在高檔轎車中還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航駕駛、車速控制的車門鎖機(jī)構(gòu)等。在這諸多功能中，中控門鎖控制是一項(xiàng)重要內(nèi)容。

1 汽車門鎖控制電路特點(diǎn)

現(xiàn)代轎車都裝有門鎖裝置，一般有解鎖、鎖止兩種狀態(tài)[2]，鎖止時(shí)通過內(nèi)外把手均無法打開車門。傳統(tǒng)的汽車門鎖電路工作原理圖[3]如圖1所示：當(dāng)旋轉(zhuǎn)車鑰匙或按下門提手會(huì)帶動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)狀態(tài)開關(guān)K1和K2動(dòng)作，電容C1（或 C2）放電，繼電器 J1（或 J2）吸和，執(zhí)行電動(dòng)機(jī) M1（或 M2）通電帶動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)動(dòng)作。放完電后繼電器釋放，電動(dòng)機(jī)停止，解鎖過程自動(dòng)完成。

在這個(gè)過程中若駕駛員忘記拔鑰匙，就按下門提手鎖止車門，會(huì)把車鑰匙遺留在點(diǎn)火開關(guān)鑰匙孔內(nèi)，造成很大麻煩。因此，為了避免上述情況發(fā)生，專門設(shè)計(jì)了門鎖控制電路。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是當(dāng)駕駛員將鑰匙遺忘在點(diǎn)火開關(guān)內(nèi)時(shí)，將向駕駛員提供一個(gè)車門處于解鎖狀態(tài)的信號(hào)，這樣駕駛員就要檢查鑰匙是不是沒有拔出；再有就是拔出鑰匙關(guān)車門準(zhǔn)備鎖車時(shí)，若車門沒有關(guān)好，也會(huì)向駕駛員提供一個(gè)解鎖狀態(tài)的信號(hào)，提醒駕駛員檢查車門，防止出現(xiàn)車門未被徹底鎖止的現(xiàn)象發(fā)生，以免造成不必要的人身和財(cái)產(chǎn)損失。

圖1 門鎖控制裝置工作原理圖Fig.1 Working principle diagram of door lock control device

隨著轎車對(duì)乘用舒適性、操縱方便性、使用安全性的要求，現(xiàn)在的轎車都采用了電控門鎖系統(tǒng)如圖2所示，并使用了電子技術(shù)和無線電技術(shù)，有的還接入汽車中央微電腦控制系統(tǒng)，并與啟動(dòng)、點(diǎn)火系統(tǒng)相連接進(jìn)行防盜控制。本設(shè)計(jì)中的汽車門鎖控制電路主要指數(shù)字電路設(shè)計(jì)部分，即圖2中92處的電控單元[4]。

2 汽車門鎖控制電路分析

圖2 汽車中控門鎖電路Fig.2 Car door lock control circuit

根據(jù)汽車門鎖控制電路的控制要求[5]，在正常情況下，當(dāng)駕駛員拔出發(fā)動(dòng)機(jī)鑰匙，準(zhǔn)備鎖車時(shí)，則鑰匙位置檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)為1；接著進(jìn)行車門狀態(tài)檢測(cè)，4個(gè)車門均關(guān)好，則車門狀態(tài)檢測(cè)開關(guān)也為1，此時(shí)可以發(fā)出解鎖信號(hào)且輸出為0，而鎖止信號(hào)則由車門鎖或車內(nèi)門鎖控制開關(guān)的狀態(tài)決定，當(dāng)這兩組開關(guān)中有一組為鎖止?fàn)顟B(tài)，則發(fā)出鎖止信號(hào)且輸出為1。

當(dāng)鑰匙遺忘在點(diǎn)火開關(guān)內(nèi)時(shí)，即鑰匙位置檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)為0，則發(fā)出解鎖信號(hào)且輸出為1，而鎖止信號(hào)輸出為0，即車門不能鎖止，即提醒駕駛員鑰匙遺忘車內(nèi)。

當(dāng)車門未關(guān)好時(shí)，即4個(gè)車門中只要有一個(gè)沒關(guān)好，則車門狀態(tài)檢測(cè)開關(guān)為0，發(fā)出解鎖信號(hào)且輸出為1，而鎖止信號(hào)輸出為0，使得車門無法鎖止，提醒駕駛員車門未關(guān)好。

下面依據(jù)數(shù)字電路中組合邏輯電路設(shè)計(jì)方法的一般步驟[6]，進(jìn)行汽車門鎖控制電路分析。

2.1 邏輯抽象

1）確定輸入輸出變量，根據(jù)控制要求進(jìn)行邏輯狀態(tài)賦值

輸入變量為：鑰匙位置檢測(cè)開關(guān)A，定義鑰匙從點(diǎn)火開關(guān)內(nèi)拔出時(shí)為1，插入時(shí)為0；車門狀態(tài)檢測(cè)開關(guān)B，定義門關(guān)時(shí)為1，門開時(shí)為0；車門鎖狀態(tài)檢測(cè)開關(guān)C，定義鎖止時(shí)為1，解鎖時(shí)為0；車內(nèi)門鎖狀態(tài)檢測(cè)D，定義鎖止時(shí)為1，解鎖時(shí)為0。輸出變量為：鎖止?fàn)顟B(tài)檢測(cè)端E，輸出為1時(shí)為已鎖止，輸出為0時(shí)為未鎖止?fàn)顟B(tài)；解鎖狀態(tài)檢測(cè)端F，輸出為1時(shí)車門為解鎖狀態(tài)，輸出為0時(shí)為未鎖止?fàn)顟B(tài)。

2）根據(jù)控制要求，列出邏輯狀態(tài)表（即真值表）

為了分析方便，將輸入中的A、B變量作為一組，對(duì)應(yīng)的輸出變量為E1、F1；將輸入中的C、D變量作為一組，對(duì)應(yīng)的輸出變量為 E2、F2；最后再找出 E1、E2和 E 的關(guān)系，F(xiàn)1、F2和 F 的關(guān)系。

2.2 依據(jù)真值表得到邏輯函數(shù)關(guān)系式及其對(duì)應(yīng)的邏輯電路圖

則得到完整的邏輯電路圖為：

3 汽車門鎖控制電路設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)仿真

3.1 芯片介紹

根據(jù)對(duì)汽車門鎖控制電路的分析，要分別使用與非門、或非門芯片（與門和或門可用與非門和或非門替代）來實(shí)現(xiàn)該控制電路。下面分別對(duì)這些芯片做簡(jiǎn)單介紹。

1）二輸入4輸出與非門74LS00芯片

圖3 與非門74LS00芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測(cè)試接線圖Fig.3 Internal structure and testing wiring diagram of NAND gate 74LS00 chip

2）二輸入4輸出或非門74LS02芯片

圖4 或非門74LS02芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測(cè)試接線圖Fig.4 Internal structure and testing wiring diagram of NOR gate 74LS02 chip

3.2 實(shí)驗(yàn)仿真

根據(jù)邏輯電路圖及芯片接線圖連接電路，并模擬汽車門鎖控制的各種輸入的情況，從進(jìn)而測(cè)試設(shè)計(jì)的正確性、合理性和科學(xué)性。仿真結(jié)果見表1。

4 結(jié) 論

文中對(duì)汽車門鎖控制電路的分析與設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的闡述，并且驗(yàn)證該控制電路在實(shí)驗(yàn)室條件下試驗(yàn)是成功的。該電路特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，耗電量少，成本低廉，可以在各種類型的汽車上安裝。通過設(shè)計(jì)能夠?qū)具壿嬮T電路的使用更為熟練，能更加熟悉組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟，并對(duì)汽車門鎖控制電路有更詳細(xì)的了解，為今后從事汽車門鎖電路更深層次控制要求的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)，從而能夠更好提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

表1 汽車門鎖控制電路邏輯狀態(tài)表Tab.1 Logic state table of Car door lock control circuit

[1]王陽，趙春喜，楊潔.汽車門鎖自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2009（27）:36.WANG Yang，ZHAO Chun-xin，YANG Jie.The design of car door-lock in automatic control circuit[J].Heilongjiang Science and Technology Information，2009（27）:36.

[2]孫勇，金浩.汽車防盜系統(tǒng)重要部件設(shè)計(jì)探索[J].科技信息，2008（36）:61.SUN Yong，JIN Hao.The design exploration of important parts in vehicle anti-theft system[J].Sciencf&Technology Information，2008（36）:61.

[3]林元新.汽車中央門鎖控制裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].汽車電器，2006（8）：5-10.LIN Yuan-xin.Design and application of automotive central door lock control device[J].Auto Electric Parts，2006（8）：5-10.

[4]廖建慶，梁國(guó)祥.基于PIC單片機(jī)的汽車車身集中控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) [J].常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)，2011，25（4）:90-93.LIAO Jian-qing，LIANG Guo-xiang.The hardware design of auto body centralized control system based on PIC singlechip computer[J].Journal of Changshu Institute Technology：Natural Sciences，2011，25（4）:90-93.

[5]劉皓宇.汽車電工電子技術(shù)[M].1版.北京：高等教育出版社，2008.

[6]秦曾煌.電工學(xué).下冊(cè).電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2007.

[7]杜寶星，劉觀起，楊玉新.基于組合保護(hù)方案提高DFIG低電壓穿越能力的仿真分析[J].陜西電力，2012（03）:10-14.DU Bao-xing，LIU Guan-qi，YANG Yu-xin.Study on low voltage ride through capability for DFIG based on combination protection scheme[J].Shaanxi Electric Power，2012（03）:10-14.