摘要

大家熟知的汽車側(cè)后視鏡已從簡(jiǎn)單的反射玻璃發(fā)展為高性能子系統(tǒng)。側(cè)后視鏡不僅可以為駕駛員提供后視信息，還可以提供盲區(qū)內(nèi)車輛的信息。此外，側(cè)后視鏡還可以在超車車輛前照燈亮度過(guò)高時(shí)自動(dòng)調(diào)光，通過(guò)加熱以去冰除霧，以及在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)出信號(hào)來(lái)通知其他駕駛員。本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)介紹了用于控制所有這些功能的要求和設(shè)計(jì)。

后視鏡模塊功能

在許多情況下，后視鏡功能可作為車門模塊的一部分進(jìn)行管理。車門模塊還可以控制電動(dòng)車窗、鎖和彈出式把手等選件。而在其他情況下，單獨(dú)的后視鏡模塊可管理后視鏡功能。本文接下來(lái)討論的設(shè)計(jì)側(cè)重于第二類情況。圖 1 展示了全功能汽車側(cè)后視鏡眾多功能中的一部分。

• 網(wǎng)絡(luò)連接控制
• 電動(dòng)水平和垂直調(diào)節(jié)
• 電動(dòng)折疊展開
• 加熱后視鏡面
• 電致變色調(diào)光
• 轉(zhuǎn)向信號(hào)
• 盲區(qū)警示指示燈
• 地面照明燈

德州儀器 (TI) 提供了可幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)所有這些功能的設(shè)計(jì)。下面各段介紹了各種子電路并推薦了用于實(shí)現(xiàn)方案的元件。

與電池系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的連接

要實(shí)現(xiàn)后視鏡功能，需要由車輛電源系統(tǒng)供電（通常為 12V 電源），并連接到車輛網(wǎng)絡(luò)（通常為 CAN 或 LIN）。在我們的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片 (SBC) TLIN1431-Q1 提供 LIN 收發(fā)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，并提供一個(gè)穩(wěn)壓器，將 12V 汽車電源電壓轉(zhuǎn)換為適用于微控制器 (MCU) 和模擬信號(hào)的 3.3V 電壓。該器件還包括看門狗功能，可監(jiān)控 MCU 并在需要時(shí)提供復(fù)位。LM74700-Q1 智能二極管可保護(hù)模塊免受電池反向情況的影響。

控制功能

微控制器 (MCU) 調(diào)節(jié)和控制側(cè)后視鏡的功能。MCU 處理來(lái)自車輛網(wǎng)絡(luò)（通常為 LIN 或 CAN）的消息并控制電機(jī)、加熱器和 LED，以響應(yīng)來(lái)自車輛駕駛員的網(wǎng)絡(luò)命令或按鈕操作。

MCU 監(jiān)控每個(gè)功能的運(yùn)行，并在檢測(cè)到任何故障（例如過(guò)載情況、過(guò)熱或電壓電源故障）時(shí)采取措施。我們的設(shè)計(jì)采用 MSPM0 Arm? Cortex?-M0+ 微控制器來(lái)管理所有側(cè)后視鏡功能。MSPM0G3507 MCU 中集成了一個(gè) CAN 控制器，適用于車輛網(wǎng)絡(luò)為 CAN 的設(shè)計(jì)。對(duì)于通過(guò) LIN 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)計(jì)，MSPM0L1305 是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。除了典型的數(shù)字特性外，這些 MCU 還集成了有用的模擬元件，包括運(yùn)算放大器和比較器。這簡(jiǎn)化了傳感器輸入的信號(hào)調(diào)節(jié)和診斷等。

圖 1 典型側(cè)后視鏡的方框圖

電動(dòng)水平和垂直調(diào)節(jié)

后視鏡位置的水平 (X) 和垂直 (Y) 調(diào)節(jié)通常使用小型有刷直流電機(jī)（典型電流小于 1A）來(lái)實(shí)現(xiàn)。在我們的設(shè)計(jì)中，DRV8906-Q1 的三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)電機(jī)，允許在 X 軸或 Y 軸任一方向移動(dòng)。如果需要脈寬調(diào)制來(lái)控制移動(dòng)速度，DRV8906-Q1 還具有集成式 PWM 發(fā)生器，該發(fā)生器可由 MCU 通過(guò)串行外設(shè)接口 (SPI) 進(jìn)行設(shè)置。

電動(dòng)折疊或展開

在停車位空間狹窄的情況下，車身寬度至關(guān)重要。折疊式側(cè)后視鏡能夠?qū)④囕v兩側(cè)各縮減數(shù)英寸的寬度，進(jìn)而避免車身在?？繒r(shí)與周邊障礙物刮擦導(dǎo)致?lián)p傷，并為駕乘人員進(jìn)出提供更大空間。采用電動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，此功能通常通過(guò)有刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，需搭配簡(jiǎn)單的全橋驅(qū)動(dòng)并需要幾安培的電流。我們的設(shè)計(jì)采用 DRV8243-Q1 完全集成式電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可驅(qū)動(dòng)高達(dá) 12A 的電流。由于后視鏡折疊的移動(dòng)范圍有限（通常約為 90 度），我們希望在后視鏡到達(dá)完全打開或完全關(guān)閉位置時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)。DRV8243-Q1 具有與電機(jī)電流成正比的輸出信號(hào)，因此我們可以確定電機(jī)電流在增加至達(dá)到失速點(diǎn)時(shí)的移動(dòng)終點(diǎn)位置。我們還可以設(shè)置可調(diào)節(jié)的電流限值來(lái)確保電機(jī)扭矩不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)。

加熱后視鏡面

后視鏡可能會(huì)被冰雪遮擋，因此許多側(cè)后視鏡的后表面內(nèi)置了一個(gè)電阻加熱元件，使得駕駛員無(wú)需手動(dòng)清理即可為后視鏡除霜。根據(jù)后視鏡的尺寸，加熱器可能需要幾安培的電流。我們的設(shè)計(jì)采用 TPS1HB08-Q1 高側(cè)開關(guān)為加熱器提供電流。該器件具有 8 毫歐的 R_DS(ON)，可驅(qū)動(dòng)高達(dá) 10A 的電流?？烧{(diào)節(jié)電流限值和全面診斷功能可確保可靠運(yùn)行。

電致變色調(diào)光

電致變色調(diào)光使后視鏡可根據(jù)需要改變反射率，從而減少眩光。未施加電壓時(shí)，電致變色涂層處于透明狀態(tài)，具有正常的反射率。施加電壓后，該涂層會(huì)變暗，從而減少反射光的量。涂層的電氣特性決定了其色彩轉(zhuǎn)變需要相對(duì)較大的電荷量，表面積越大的后視鏡需要的電流越大。通常，色調(diào)可以從完全透明到非常暗的連續(xù)范圍內(nèi)變化，具體取決于施加的電壓。在我們的設(shè)計(jì)中，ALM2402-Q1 功率運(yùn)算放大器用于提供所需的電流以及連續(xù)可變的電壓，以響應(yīng) MCU 的 DAC 輸出。

照明和指示燈

除了提供后視信息，側(cè)后視鏡還具有附加功能，用于向駕駛員和其他車輛提供信息。后視鏡外邊緣的轉(zhuǎn)向指示燈可使該信號(hào)的可見度高于傳統(tǒng)的前后轉(zhuǎn)向燈。盲區(qū)警示指示燈會(huì)在從后視鏡表面閃爍，提醒駕駛員注意周圍的交通情況。從后視鏡支架底部向下照射的地面照明燈可照亮車門附近的區(qū)域，協(xié)助駕駛員接近停好的車輛。其他照明可能包括前向聚光燈、行車燈或裝飾照明。我們的設(shè)計(jì)使用三個(gè) DRV8906-Q1 通道為這些 LED 提供高側(cè)驅(qū)動(dòng)。如果需要更多通道，我們還提供具有相同尺寸且多達(dá) 12 個(gè)通道的器件?？梢酝ㄟ^(guò) SPI 接口設(shè)置片上 PWM 發(fā)生器，使每個(gè)通道實(shí)現(xiàn)所需的任何亮度級(jí)別。

實(shí)現(xiàn)示例

圖 2 展示了圖 1 中側(cè)后視鏡模塊方框圖的具體實(shí)現(xiàn)。該板包括所述的所有特性以及用于電路工作臺(tái)評(píng)估的按鈕、連接器和測(cè)試點(diǎn)。量產(chǎn)后視鏡模塊不需要這些額外的元件，電路板尺寸更小。

圖 2 側(cè)后視鏡模塊設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)示例

總結(jié)

汽車側(cè)后視鏡不斷發(fā)展，現(xiàn)可提供許多功能來(lái)提高駕駛員和乘客的安全性和便利性。德州儀器 (TI) 擁有具有這些功能的豐富的器件產(chǎn)品系列。通過(guò)我們的示例，設(shè)計(jì)人員能夠搶先了解和選擇用于側(cè)后視鏡應(yīng)用的設(shè)計(jì)。