《工业控制计算机》2019年第32卷第4期
汽车门锁性能的好坏对汽车的行驶安全有着直接的影响[1]。为了提高汽车门锁的可靠性与便利性，电动解锁结构与机械解锁结构结合使用已逐渐取代传统的纯机械解锁机构[2]。
近年来，中国汽车市场中运动型多用途汽车(SUV)比例大幅上升[3]。消费者对SUV尾门系统的使用率远远超出其他车型的尾门使用率，对SUV尾门使用的可靠性、便利性和智能性提出了更高的要求。针对消费者对尾门使用的高便利性与智能化的需求，本文设计了一款基于恩智浦(NXP)公司的KEAZ128汽车芯片的尾门系统控制器。此控制器使用的KEAZ128汽车芯片具备80个引脚，片上配置了丰富的外设模块比如说数模转换、定时器、支持多种通信模式，具有128kB的Flash存储与16kB 的SRAM，最高支持24MHz的外部晶振，是一款功能强大的新型汽车芯片，目前很少有厂商使用这款汽车芯片来设计控制器。在尾门系统中，不同于传统的气弹簧式尾门设计[4]，此控制器能够控制尾门撑杆电机实现尾门电动升降，具备全程防夹功能；能够控制尾门锁中的双电机实现尾门锁的自动吸合与电动解锁功能；能发送指令给控制器中的副芯片MCZ33903实现CAN总线、LIN总线的通讯功能。
1总体设计方案
SUV尾门系统主要由尾门撑杆、尾门锁、尾门三部分组成，其中尾门撑杆的运动与尾门锁的电机状态受控制器控制。控制器总体设计方案如图1所示，电源模块可将外部的12V电压降至5V给主芯片供电;
尾门锁信号用于判断
尾门锁的闭合状态和
是否需要自吸合操作;
霍尔信号用于计算尾
门撑杆的运动速度，从
而有助于防夹功能的
实现;CAN总线、LIN
总线用于控制器通过
副芯片与车身控制模
块(BCM)之间通讯；光耦隔离模块可以将驱动电机的大电流与单片机中的小电流信号隔离，减小干扰；电机驱动电路中，两块BTS7960芯片组成H 桥电路，支持PWM控制电机转速、电机正反转和电流检测功能。2硬件电路设计
该控制器的硬件电路主要分为五部分，尾门锁信号模块，霍尔信号模块,CAN/LIN总线通信模块，主芯片和副芯片外围电路模块和电机驱动模块。
2.1尾门锁信号模块
尾门锁中有4根信号线，分别用于判断棘爪位置，尾门锁是否处于半锁位置，解锁位置与全锁位置。尾门锁信号模块硬件电路如图2所示，用上拉电阻与按键组合。当信号接通时相当于按键按下，该信号状态处于低电平状态；信号断开时相当于按键断开，该信号状态处于高电平状态。
图2尾门锁信号模块电路
2.2霍尔信号模块
霍尔信号传感器被广泛地用于电机转速测量。撑杆电机中配置的霍尔传感器是双线传感器即有两根相位差相差90°的霍尔信号线。故在霍尔信号硬件电路中霍尔信号1直接与有PWM 计数功能的引脚相连，可以通过PWM模块中的脉冲接收功能直接计数；霍尔信号2只需与有普通输入输出功能的引脚相连即可，用于判断高低电平。
2.3CAN、LIN总线通信模块
由于副芯片MCZ33903具备CAN总线、LIN总线模块，故主芯片KEAZ128只要与副芯片MCZ33903通过SPI通信即可实现CAN总线、LIN总线通信。所以CAN、LIN总线通信模块硬件电路通过副芯片的外围电路配置即可实现，简化了硬件电路的复杂度，提高了开发效率。
2.4主芯片和副芯片外围电路模块
主芯片和副芯片外围电路按照基本电路设计，配置了
一种基于KEAZ128单片机的汽车尾门系统控制器设计余光伟李银为姚远(上海大学机电工程与自动化学院，上海200444)
Design of Automobile Tailgate System Controller Based on KEAZ128Microcomputer
摘要：设计了一款基于KEAZ128单片机的运动型多用途汽车尾门系统控制器，包括了控制器的总体设计、硬件电路设
计及其工作原理和软件部分的设计，实现了尾门的电动升降，全程防夹；尾门锁的自动吸合，电动解锁；尾门控制器的CAN、LIN总线通讯功能。所设计的控制器可以有效地改善汽车的行驶安全、提高尾门操作的便利性与安全性。
关键词：汽车尾门，控制器设计,KEAZ128单片机，防夹
Abstract押The paper mainly focuses on the design of sports multi-purpose vehicle tailgate system controller based on KEAZ128microcomputer熏including the overall design of controller熏the hardware circuit design with its working principle and the design of the software.The designed controller has functions such as lifting and declining the tailgate in electrical power熏anti-pinch熏automatic locking and unlocking tailgate latch and CAN and LIN bus communication熏which can effectively improve the driving safety of vehicle as well as the convenience and safety of tailgate.
Keywords押vehicle tailgate熏controller design熏KEAZ128
行圆汽车大全
microcomputer熏anti-pinch
图1控制器设计方案
123
一种基于KEAZ128单片机的汽车尾门系统控制器设计
12MHz的晶振作为主芯片外部晶振，其中主芯片与副芯片通过SPI总线传递指令。
2.5电机驱动模块
电机驱动模块是控制器硬件电路中的重要部分，其电路原理图如图3所示。电机驱动模块硬件电路设计中使用2块BTS7960芯片组成H桥电路，从而控制电机正反转与调速; BTS7960的电流诊断引脚与主芯片数模转换引脚相连，从而控制器可以读取电机工作电流，判断电机工作状态。
图3电机驱动电路原理图
3软件设计
经过对硬件电路原理图的分析可知，控制器软件设计部分中主要分为尾门锁吸合、解锁，尾门开启、关闭和CAN、LIN总线通信三部分。总体设计流程图如图4所示。
图4控制程序流程图3.1尾门锁解锁、吸合程序设计
尾门锁的解锁电机与吸合电机根据四个门锁信号的高低电
平状态做出解锁电机正转、吸合电机正转和反转三个动作，实现
尾门锁电动解锁与吸合功能。当解锁信号发出时，解锁电机转动
直到尾门锁处于解锁状态信号发出时解锁电机停止转动；当吸
合信号发出时，吸合电机正转通过线索拉动上锁拉杆，进行上锁
动作，当尾门锁处于全锁状态信号发出时，吸合电机再反转收回
线索，完成整个尾门锁吸合动作。
3.2尾门开启、关闭程序设计
尾门的开启与关闭通过电机驱动电路控制撑杆电机正反转
实现。由于尾门开启关闭过程中，撑杆电机受到的载荷会发生变
化，因此需要采用PID控制策略来调节撑杆电机的转速与扭矩。
使用PID策略时，此设计方案采用电机转速与电机电流作为反
馈量。
其中，电机转速是用过霍尔信号得到的。在霍尔信号模块
中，两个霍尔信号需共同工作。霍尔信号1用于计数一定时间内
接收到的脉冲数，从而计算出电机转速；当霍尔信号1处于上升
沿或下降沿时，通过判断霍尔信号2的高低电平可判断出电机
转动方向，从而可以得出撑杆电机的转速。电机的电流由电机驱
动电路中的电流诊断引脚通过一定的比例关系得到。当尾门撑
杆运动时，主芯片KEAZ128通过模数转换引脚持续读取电机驱
动芯片的电流诊断引脚处的电压，经过一定比例关系转换得到
电机工作电流。
在尾门运动过程中，当电机转速或电机电流的突变量超过
设定的阈值时，都可以判定有障碍物阻挡尾门运动，从而触发防
夹功能，使尾门陈刚停止转动或者反向转动，实现防夹功能。3.3CAN、LIN总线通讯程序设计
根据副芯片MCZ33903的数据手册进行相应的CAN总
线、LIN总线配置。需要注意的是CAN总线中没有严格意义上
的主从机，任意节点都可以收发信息；在LIN总线通讯时，只有
一个节点作为主机，其他节点都是从机。
4结束语
针对目前很少使用KEAZ128汽车芯片设计尾门系统控制
器的现状，本文设计的一款基于KEAZ128单片机的汽车尾门控
制器，具有尾门锁吸合、解锁功能，电动升降尾门和CAN总线、LIN总线通讯功能。其中尾门锁吸合功能减少锁中棘爪与棘轮
的冲击，延长尾门锁的使用寿命，降低关门噪声，提高了汽车尾
门的安全性[8]。电动升降功能使尾门的升降更加稳定，防夹功能提高了尾门的使用安全性;CAN总线、LIN总线功能可使控制器
与车身控制器通讯，实现尾门系统与车身控制器的信息交互。本
方案的样品经测试满足功能需求，提升了汽车的行驶安全性。
参考文献
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[3]董扬.为什么中国SUV市场这么火[J].汽车纵横,2017(2):3
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[收稿日期:2019.2.28
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