抑制汽车尾门掉尾的驱动电路及控制方法
阅读说明：本技术 抑制汽车尾门掉尾的驱动电路及控制方法 (Drive circuit for inhibiting tail falling of automobile tail door and control method ) 是由 赵战伟 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种抑制汽车尾门掉尾的驱动电路及控制方法,包括型号为MC9S12G128的单片机、霍尔信号采集模块、PWM波输出控制模块、继电器控制模块,单片机的引脚21、引脚23、引脚27和引脚29分别电性连接霍尔信号采集模块的至少一输出端；单片机的引脚17和引脚18分别电性连接PWM波输出控制模块的至少一输入端；单片机的引脚52～58分别电性连接继电器控制模块的至少一输入端。本发明采用的电路结构使得撑杆电机通过短接制动获取一部分制动力来降低尾门运行速度,当汽车的尾门运行至一定低位时,使得撑杆无须承担过多尾门的重量,大部分的撑杆都能适用,这样也可较方便的实现减速同时也降低了实施成本。(The invention relates to a drive circuit for inhibiting tail falling of an automobile tail door and a control method, and the drive circuit comprises a single chip microcomputer with the model of MC9S12G128, a Hall signal acquisition module, a PWM wave output control module and a relay control module, wherein a pin 21, a pin 23, a pin 27 and a pin 29 of the single chip microcomputer are respectively and electrically connected with at least one output end of the Hall signal acquisition module; the pin 17 and the pin 18 of the singlechip are respectively and electrically connected with at least one input end of the PWM wave output control module; the pins 52-58 of the single chip microcomputer are electrically connected with at least one input end of the relay control module respectively. The circuit structure adopted by the invention enables the stay bar motor to obtain a part of braking force through short-circuit braking to reduce the running speed of the tail gate, when the tail gate of the automobile runs to a certain low position, the stay bar does not need to bear the weight of too much tail gate, and most of the stay bars can be suitable for use, so that the speed reduction can be conveniently realized, and the implementation cost is also reduced.)
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，尤其是一种抑制汽车尾门掉尾的驱动电路及控制方法。
背景技术
随着人们对汽车使用时舒适度和操作智能化要求的提高，采用电动方式实现汽车尾门的自动开闭逐渐成为一种趋势，大部分中高档汽车已经配备了汽车电动尾门。在使用时，可通过电动的方式对汽车尾门进行控制，进而打开或关闭汽车的后备箱。通常，汽车尾门的开闭是通过电动撑杆的伸缩来实现的，该电动撑杆由电机驱动工作，电机则需要通过控制系统进行控制。
上述电动汽车尾门的控制方案有效解决了传统手动开闭尾门的不便，然而在长期使用过程中发现存在以下不足：
一、当汽车的尾门运行至一定低位时，撑杆常常无法支撑尾门在当前位置状态下对其施加的压力，造成支撑力不足，导致砸门现象频发。因此需要采用特定的撑杆来配套对应的控制系统，这样一来就使得能够选用的撑杆较为单一，且与之相对的控制系统成本也大大提高，最终导致整体的实施成本大幅提升，不利于产品的市场推广；
二、现有的电动汽车尾门的控制方案存在发热量高、稳定性低的不足，导致撑杆电机的损耗大，且随着工作时间的推移容易发生电机损坏的问题；
三、现有的电动汽车尾门的控制方案存在设计不佳的问题，导致可靠性偏低，容易存在安全隐患。
发明内容
本发明提供一种抑制汽车尾门掉尾的驱动电路。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种抑制汽车尾门掉尾的驱动电路，包括型号为MC9S12G128的单片机、霍尔信号采集模块、PWM波输出控制模块、继电器控制模块，所述单片机的引脚21、引脚23、引脚27和引脚29分别电性连接所述霍尔信号采集模块的至少一输出端；
所述单片机的引脚17和引脚18分别电性连接所述PWM波输出控制模块的至少一输入端；
所述单片机的引脚52~58分别电性连接所述继电器控制模块的至少一输入端；
其中，所述继电器控制模块包括达林顿管和继电器；
所述达林顿管的型号为ULQ2003-16PIN，其引脚10电性连接所述继电器的正极控制端，引脚11电性连接所述继电器的负极控制端；
所述继电器的第一电机控制端与撑杆电机的正极电性连接，所述继电器的第二电机控制端与撑杆电机的负极电性连接；
所述PWM波输出控制模块包括第一PWM波输出控制电路和第二PWM波输出控制电路；
所述第一PWM波输出控制电路的第一输出端电性连接所述继电器的第一接收端；
所述第二PWM波输出控制电路的第二输出端电性连接所述继电器的第二接收端。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述第一PWM波输出控制电路包括一第一三极管、一第二三极管和一第一MOS管；PWM波信号通过所述第一三极管和所述第二三极管后，将所述PWM波信号传输到所述第一MOS管中，所述第一MOS管一端通过一第一电阻连接至地，另一端连接所述第一PWM波输出控制电路的第一输出端；
所述第二PWM波输出控制电路包括一第三三极管、一第四三极管和一第二MOS管；所述PWM波信号经过所述第三三极管和所述第四三极管后，将所述PWM波信号传输至所述第二MOS管中，所述第二MOS管一端通过一第二电阻连接至地，另一端连接所述第二PWM波输出控制电路的第二输出端。
2、上述方案中，所述第一PWM波输出控制电路的第一输入端电性连接所述单片机的引脚17，所述第二PWM波输出控制电路的第二输入端电性连接所述单片机的引脚18。因此，单片机能够通过2个输出端发送PWM波信号至PWM波输出控制模块的对应2个输入端，从而实现控制第一PWM波输出控制电路和第二PWM波输出控制电路输出的PWM波的占空比。
3、上述方案中，所述单片机的引脚52电性连接所述达林顿管的引脚7，所述单片机的引脚53电性连接所述达林顿管的引脚6，所述单片机的引脚54电性连接所述达林顿管的引脚5，所述单片机的引脚55电性连接所述达林顿管的引脚4，所述单片机的引脚56电性连接所述达林顿管的引脚3，所述单片机的引脚57电性连接所述达林顿管的引脚2，所述单片机的引脚58电性连接所述达林顿管的引脚1。单片机输出的信号通过达林顿管对应的7个输入端输入后进行信号隔离并且提高信号的驱动能力，从而能够避免后级电路出现短路等问题时导致单片机被烧毁。
为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案是：
一种抑制汽车尾门掉尾的控制方法，所述方法包括：
步骤一、霍尔信号采集模块将采集到的霍尔信号经过滤波处理后发送至单片机；
步骤二、所述单片机接收所述霍尔信号并获得当前尾门运行速度，并对当前尾门运行速度与单片机中一预设阈值进行比较；
步骤三、若所述运行速度大于所述预设阈值时，则判定为速度过快，此时所述单片机控制PWM波输出控制模块降低当前输出的PWM波的占空比以使尾门运行速度降低；
直至所述运行速度等于所述预设阈值，即实现尾门减速目标；
步骤四、当所述PWM波输出控制模块输出的PWM波的占空比降至为0，但所述运行速度依然大于所述预设阈值时；
所述单片机向达林顿管发送控制信号；同时，所述单片机向所述PWM波输出控制模块中的第一PWM波输出控制电路和第二PWM波输出控制电路发送占空比均为满值的PWM波；
所述达林顿管在接收所述控制信号后，通过所述达林顿管输出12V电压至所述继电器的正极控制端和负极控制端使得所述继电器的正极控制端和负极控制端断开，以使所述继电器恢复未导通状态，此时，所述撑杆电机的正极电性连接至所述第一PWM波输出控制电路的第一输出端，所述撑杆电机的负极电性连接至所述第二PWM波输出控制电路的第二输出端；
所述第一PWM波输出控制电路和所述第二PWM波输出控制电路在接收到所述占空比为满值的PWM波后，所述撑杆电机的正极通过所述第一输出端导通并对接至地，所述撑杆电机的负极通过所述第二输出端导通并对接至地。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，通过上述方法第一PWM波输出控制电路的第一输出端通过占空比满值的PWM波一直打开对地，第二PWM波输出控制电路的第二输出端通过占空比满值的PWM波一直打开对地，使得撑杆电机正极和负极两端短接，又由于撑杆电机两端短接的情况下，撑杆电机速度越快其产生的制动力越大，撑杆电机的速度越慢其产生的制动力越小，以此特性就可以让撑杆电机做到制动减速，从而实现减速目标。
2、上述方案中，在所述第一PWM波输出控制电路和所述第二PWM波输出控制电路在接收到所述占空比为满值的PWM波后，所述撑杆电机的正极通过所述第一输出端导通并对接至地，所述撑杆电机的负极通过所述第二输出端导通并对接至地之后，还包括：
所述单片机向所述第一PWM波输出控制电路发送占空比非满值的PWM波，所述单片机向所述第二PWM波输出控制电路发送占空比满值的PWM波；
在所述第一PWM波输出控制电路接收到所述占空比为非满值的PWM波，所述第二PWM波输出控制电路接收到所述占空比为满值的PWM波后，所述撑杆电机的正极通过所述第一输出端对地间接性打开关闭，所述撑杆电机的负极通过所述第二输出端导通并对接至地。通过上述方法，第一PWM波输出控制电路的第一输出端通过占空比非满值的PWM波对地间接性打开关闭，第二PWM波输出控制电路的第二输出端通过占空比满值的PWM波一直打开对地，从而使得撑杆电机正极在对地与悬空之间跳变，撑杆电机的负极一直对地打开，通过单片机对第一PWM波输出控制电路输入的PWM波的占空比可以调节撑杆电机减速幅度。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明采用的电路结构使得撑杆电机通过短接制动获取一部分制动力来降低尾门运行速度，当汽车的尾门运行至一定低位时，使得撑杆无须承担过多尾门的重量，大部分的撑杆都能适用，这样也可较方便的实现减速同时也降低了实施成本；
2、本发明由于通过在速度过快时采用短接制动的方式获取制动力来降低尾门速度，对整体电路系统的发热量小，稳定性高，且随着工作时间的推移也不容易损坏电机，可降低撑杆电机的损耗；
3、本发明的电路结构可靠性较高，安全性高。
附图说明
附图1为本发明实施例中抑制汽车尾门掉尾的驱动电路整体结构框图；
附图2为本发明实施例中单片机的电路结构示意图；
附图3为本发明实施例中霍尔信号采集模块的一滤波电路结构示意图；
附图4为本发明实施例中霍尔信号采集模块的一滤波电路结构示意图；
附图5为本发明实施例中PWM波输出控制模块中的第一组PWM波输出控制电路结构示意图；
附图6为本发明实施例中PWM波输出控制模块中的第二组PWM波输出控制电路结构示意图；
附图7为本发明实施例中继电器控制模块中的达林顿管电路结构示意图；
附图8为本发明实施例中继电器控制模块中的继电器电路结构示意图；
附图9为本发明实施例中抑制汽车尾门掉尾的控制方法的流程图。
以上附图中：U5、达林顿管；A1、第一输出端；A2、第二输出端； Q10、第一三极管；Q11、第二三极管；Q15、第一MOS管；R76、第一电阻；Q13、第三三极管；Q12、第四三极管；Q6、第二MOS管；R117、第二电阻；PP0、第一输入端；PP1、第二输入端。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1所示，一种抑制汽车尾门掉尾的驱动电路，包括单片机、霍尔信号采集模块、PWM波输出控制模块、继电器控制模块。其中，所述单片机的型号优选MC9S12G128，也可选用其它功能相同或相似的单片机，本领域技术人员可根据需要进行灵活选择。
参见图2、图3所示，单片机的引脚21、引脚23、引脚27和引脚29分别电性连接霍尔信号采集模块的至少一输出端。本实施例中，霍尔采集模块与单片机电性连接的输出端为4个，在其他实施例中也可存在输出端的数量为1、2、3或5个等，本实施例在此不对输出端口的数量作限定。优选地，单片机的引脚21电性连接霍尔信号采集模块中的输出端PP4；单片机的引脚23电性连接霍尔信号采集模块中的输出端PP6；单片机的引脚27电性连接霍尔信号采集模块中的输出端PT5；单片机的引脚29电性连接霍尔信号采集模块中的输出端PT3。通过上述连接方式，霍尔信号采集模块能够将采集到的霍尔信号经过滤波处理后通过霍尔采集模块的4个输出端口发送至单片机对应的4个输入端，从而获取霍尔信号。
参见图3所示，本实施例中的霍尔信号采集模块中的一滤波电路结构，包括霍尔信号输入端口BHL，12V上拉电源输入端口HALL_12V，一滤波电容C40对地端口，一滤波电容C20对地端口以及输出端PP4和输出端PT3。
参见图4所示，本实施例中的霍尔信号采集模块中的另一滤波电路结构，包括霍尔信号输入端口BHH，12V上拉电源输入端口HALL_12V，一滤波电容C41对地端口，一滤波电容C21对地端口以及输出端PP5和输出端PT5。
上述滤波电路还可以为能够实现对采集到的霍尔信号进行滤波处理的其他电路结构，本实施例在此不对滤波电路的电路结构进行作限定。
参见图2、图5、图6所示，单片机的引脚17和引脚18分别电性连接PWM波输出控制模块的至少一输入端。本实施例中，PWM波输出控制模块与单片机电性连接的输入端为2个，在其他实施例中也可存在输入端的数量为1、2、3或5个等，本实施例在此不对输入端口的数量作限定。其中，PWM波输出控制模块包括第一PWM波输出控制电路和第二PWM波输出控制电路。优选地，第一PWM波输出控制电路的第一输入端PP0电性连接单片机的引脚17，第二PWM波输出控制电路的第二输入端PP1电性连接单片机的引脚18。因此，单片机能够通过2个输出端发送PWM波信号至PWM波输出控制模块的对应2个输入端，从而实现控制第一PWM波输出控制电路和第二PWM波输出控制电路输出的PWM波的占空比。
参见图5所示，第一PWM波输出控制电路包括一第一三极管Q10、一第二三极管Q11和一第一MOS管Q15；PWM波信号通过第一三极管Q10和第二三极管Q11后，将PWM波信号传输到第一MOS管Q15中，第一MOS管Q15一端通过一第一电阻R76连接至地，另一端连接第一PWM波输出控制电路的第一输出端A1。进一步地，本实施例中PWM波信号通过第一输入端口PP0输入，第一三极管Q10的集电极与第二三极管Q11的基极之间通过电阻R63连接，第一三极管Q10的集电极与第二三极管Q11的集电极之间通过电阻R88进行连接；第二三极管Q11的集电极连接着+12V_DRIVER端口；第二三极管Q11的放电极连接着三极管Q18的集电极，第二三极管Q11与三极管Q18的基极相连，三极管Q18的放电极接地，三极管Q18的基极与放电极之间串联一个16V的稳压管Z6，后端第二三极管Q11的放电极与三极管Q18的集电极相连向后输送，连接至电阻R85并并联一二极管D20和一电阻R58，再向后输出分别对地连接一电阻R78、一16V稳压管Z12和一电容C83，连接至第一MOS管Q15进行输出。第一MOS管Q15的集电极连接第一PWM波输出控制电路的第一输出端A1，另一端放电极串联一个R76对地，并在第一输出端A1与POWER端口相连并在其中串联一二极管D23。因此，PWM波信号通过第一三极管Q10与第二三极管Q11进行放大至12VPWM波信号后经过电阻R85、二极管D20和电阻R58传送至第一MOS管Q15中，以此控制第一MOS管Q15的开闭进行对地控制。其中，电阻R85用于防止第一MOS管Q15的误导通和避免快速开启；一二极管D20和电阻R58用于提高第一MOS管Q15的关闭速度，实现较快关闭的特性。上述第一PWM波输出控制电路的电路结构还可以为能够实现控制MOS管开闭进行第一输出端A1对地控制的其他电路结构，本实施例在此不对第一PWM波输出控制电路的电路结构进行作限定。
参见图6所示，第二PWM波输出控制电路包括一第三三极管Q13、一第四三极管Q12和一第二MOS管Q6； PWM波信号经过第三三极管Q13和第四三极管Q12后，将PWM波信号传输至第二MOS管Q6中，第二MOS管Q6一端通过一第二电阻R117连接至地，另一端连接第二PWM波输出控制电路的第一输出端A2。进一步地，本实施例中PWM波信号通过第二输入端口PP1输入，第三三极管Q13的集电极与第四三极管Q12的基极之间通过电阻R66连接，第三三极管Q13的集电极与第四三极管Q12的集电极之间通过电阻R18进行连接；第四三极管Q12的集电极连接着+12V_DRIVER端口；第四三极管Q12的放电极连接着三极管Q9的集电极，第四三极管Q12与三极管Q9的基极相连，三极管Q9的放电极接地，三极管Q9的基极与放电极之间串联一个16V的稳压管Z8，后端第四三极管Q12的放电极与三极管Q9的集电极相连向后输送，连接至电阻R92并并联一二极管D21和一电阻R62，再向后输出分别对地连接一电阻R77、一16V稳压管Z13，再一个对电源串联的电阻R59以及电容C76，再连接至第二MOS管Q6进行输出。第二MOS管Q6的集电极连接第二PWM波输出控制电路的第二输出端A2，另一端放电极串联一个R117对地，并在第二输出端A2与POWER端口相连并在其中串联一二极管D27。因此，PWM波信号通过第三三极管Q13与第四三极管Q12进行放大至12VPWM波信号后经过电阻R92、二极管D21和电阻R62传送至第二MOS管Q6中，以此控制第二MOS管Q6的开闭进行对地控制。其中，电阻R92用于防止第二MOS管Q6的误导通和避免快速开启；一二极管D21和电阻R62用于提高第二MOS管Q6的关闭速度，实现较快关闭的特性。上述第二PWM波输出控制电路的电路结构还可以为能够实现控制MOS管开闭进行第二输出端A2对地控制的其他电路结构，本实施例在此不对第二PWM波输出控制电路的电路结构进行作限定。
参见图2、图7、图8所示，单片机的引脚52~58分别电性连接继电器控制模块的至少一输入端。本实施例中，继电器控制模块与单片机电性连接的输入端为7个，在其他实施例中也可存在输入端的数量为1、2、3或5个等，本实施例在此不对输入端口的数量作限定。其中，继电器控制模块包括达林顿管和继电器。达林顿管的型号优选ULQ2003-16PIN，也可选用其它功能相同或相似的达林顿管，本领域技术人员可根据需要进行灵活选择。优选地，单片机的引脚52电性连接达林顿管的引脚7，单片机的引脚53电性连接达林顿管的引脚6，单片机的引脚54电性连接达林顿管的引脚5，单片机的引脚55电性连接达林顿管的引脚4，单片机的引脚56电性连接达林顿管的引脚3，单片机的引脚57电性连接达林顿管的引脚2，单片机的引脚58电性连接达林顿管的引脚1。因此，单片机输出的信号通过达林顿管的7个输入端输入后进行信号隔离并且提高信号的驱动能力，从而能够避免后级电路出现短路等问题时导致单片机被烧毁。
继电器的第一电机控制端（如图8所示，引脚1为第一电机控制端）与撑杆电机的正极电性连接，继电器的第二电机控制端（如图8所示，引脚6为第二电机控制端）与撑杆电机的负极电性连接。本实施例中的撑杆电机为直流电机。因此，继电器在导通状态下第一电机控制端和第二电控制端输出PWM波信号至撑杆电机的正极和负极，从而实现对撑杆电机进行控制。
达林顿管的引脚10电性连接继电器的正极控制端（如图8所示，引脚2为正极控制端），此处的正极控制端为输入端；引脚11电性连接继电器的负极控制端，此处的负极控制端为输入端（如图8所示，引脚10为负极控制端）。因此，单片机的输出端向达林顿管的输入端输入控制信号后，达林顿管通过拉高继电器正极控制端和负极控制端能够使得继电器恢复未导通状态。
第一PWM波输出控制电路的第一输出端A1电性连接继电器的第一接收端；第二PWM波输出控制电路的第二输出端A2电性连接继电器的第二接收端。继电器的第一接收端为输入端，继电器的第二接收端为输入端。因此，当拉高继电器的正极控制端和负极控制端，以使继电器恢复未导通状态时，撑杆电机的正极通过继电器的第一接收端直接电性连接至第一PWM波输出控制电路的第一输出端A1，撑杆电机的负极通过继电器的第二接收端直接电性连接至第二PWM波输出控制电路的第二输出端A2，从而实现电路的短接。
参见图9 为本申请一实施例提供的一种抑制汽车尾门掉尾的控制方法的流程图，本实施例以该方法应用于一种抑制汽车尾门掉尾的驱动电路中，该方法包括以下几个步骤：
步骤一、霍尔信号采集模块将采集到的霍尔信号经过滤波处理后发送至单片机；
步骤二、单片机接收霍尔信号并获得当前尾门运行速度，并对当前尾门运行速度与单片机中一预设阈值进行比较；
其中，预设阈值预先存储在单片机中，预设阈值的取值可以由用户设定。
步骤三、若运行速度小于预设阈值时，则判定为速度过慢，此时单片机控制PWM波输出控制模块提高当前输出的PWM波的占空比以使尾门运行速度提升；
若运行速度等于预设阈值时，则判定为速度正常，此时单片机维持PWM波输出控制模块当前输出的PWM波的占空比；
若运行速度大于预设阈值时，则判定为速度过快，此时单片机控制PWM波输出控制模块降低当前输出的PWM波的占空比以使尾门运行速度降低；
直至运行速度等于预设阈值，即实现尾门减速目标；
步骤四、当PWM波输出控制模块输出的PWM波的占空比降至为0，但运行速度依然大于预设阈值时；
单片机向达林顿管发送控制信号；同时，单片机向PWM波输出控制模块中的第一PWM波输出控制电路和第二PWM波输出控制电路发送占空比均为满值的PWM波；
达林顿管在接收控制信号后，通过所述达林顿管输出12V电压至所述继电器的正极控制端和负极控制端使得所述继电器的正极控制端和负极控制端断开，以使所述继电器恢复未导通状态，以使继电器恢复未导通状态，此时，撑杆电机的正极电性连接至第一PWM波输出控制电路的第一输出端A1，撑杆电机的负极电性连接至第二PWM波输出控制电路的第二输出端A2；
第一PWM波输出控制电路和第二PWM波输出控制电路在接收到占空比为满值的PWM波后，撑杆电机的正极通过第一输出端A1导通并对接至地，撑杆电机的负极通过第二输出端A2导通并对接至地。
通过上述方法第一PWM波输出控制电路的第一输出端A1端口通过占空比满值的PWM波一直打开对地，第二PWM波输出控制电路的第二输出端A2端口通过占空比满值的PWM波一直打开对地，使得撑杆电机正极和负极两端短接，又由于撑杆电机两端短接的情况下，撑杆电机速度越快其产生的制动力越大，撑杆电机的速度越慢其产生的制动力越小，以此特性就可以让撑杆电机做到制动减速，从而实现减速目标。
在第一PWM波输出控制电路和第二PWM波输出控制电路在接收到占空比为满值的PWM波后，撑杆电机的正极通过第一输出端A1导通并对接至地，撑杆电机的负极通过第二输出端A2导通并对接至地之后，还包括：
单片机向第一PWM波输出控制电路发送占空比非满值的PWM波，单片机向第二PWM波输出控制电路发送占空比满值的PWM波；
在第一PWM波输出控制电路接收到占空比为非满值的PWM波，第二PWM波输出控制电路接收到占空比为满值的PWM波后，撑杆电机的正极通过第一输出端A1对地间接性打开关闭，撑杆电机的负极通过第二输出端A2导通并对接至地。
通过上述方法，第一PWM波输出控制电路的第一输出端A1端口通过占空比非满值的PWM波对地间接性打开关闭，第二PWM波输出控制电路的第二输出端A2端口通过占空比满值的PWM波一直打开对地，从而使得撑杆电机正极在对地与悬空之间跳变，撑杆电机负极一直对地打开，通过单片机对第一PWM波输出控制电路输入的PWM波的占空比可以调节撑杆电机减速的幅度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：用于滑动门设备的闭锁装置以及滑动门设备