基于BTT6050芯片的汽車轉向燈故障檢測方法

方 遒，周 鵬，王順偉

（1.廈門理工學院 機械與汽車工程學院，福建 廈門 361024；2.廈門理工學院 福建省客車及特種車輛研發協同創新中心，福建 廈門 361024）

汽車轉向燈是行車安全的必備條件，除了具有照明作用，對行人和其他車輛還具有轉向、超車、停車等警示作用［1］。汽車轉向和報警信號燈是汽車運動方向和車身狀態的表示信號，關系著汽車的安全問題［2］。 隨著現代汽車新技術的不斷出現，轉向燈已經從一個開關一個繼電器的控制時代轉變成電子模塊控制［3］。如果轉向燈發生故障而沒有被駕駛員發現，很有可能會造成交通事故。在車身燈光系統不斷智能化的今天［4-5］，本文在轉向燈系統的電路上，采用具有診斷功能的BTT6050芯片，通過電壓跟隨來檢測轉向燈故障并隨時報警，提醒駕駛員，為上述問題提供了一種解決方案。

1 硬件電路檢測汽車轉向燈故障分析

硬件電路檢測轉向燈故障是根據兩輸入與非門集成電路特性，當IGN（點火）開關處于ON擋位，再閉合轉向燈控制開關時，如果1個轉向燈或2個轉向燈出現了故障，指示燈不會被點亮，從而提示駕駛員及時更換車燈或檢修電路。

1.1 轉向燈故障檢測原理圖（圖1）

圖1 燈光故障檢測電路原理圖

1.2 兩輸入與非門集成電路CD4011介紹

1）IC CD4011 集成電路CD4011引腳如圖2所示。

2）各個引腳的主要功能 圖2中1、2、5、6、8、9、12、13都是信號輸入引腳，3、4、10、11都是信號輸出引腳，7為電源負極，14為電源正極。

3）工作原理 以1、2、3引腳為例，當1、2引腳都輸入高電平時，3引腳就會輸出低電平，二極管兩端有正向壓降而工作。當1、2引腳都輸入低電平時，或其中有一個輸入低電平時，3引腳就輸出高電平，二極管兩端沒有正向壓降而不工作。

1.3 故障檢測分析

圖1中，U為24V蓄電池；S1、S2為閃光器，閃光器內部S端接電源正極，E端接電源負極，L端接負載開關；R1、R3、R4、R6為阻值很大的限流電阻；F2、F5、F7、F8為熔斷絲，是電路保護裝置；D1、D2、D3、D4為整流二極管；K1為汽車IGN開關 ，K2、K3為左右轉向燈開關 ；L1、L2為左轉向燈，L3、L4 為右轉向燈；LED1、LED2左右轉向燈指示發光二極管。

該電路工作原理：當汽車IGN開關 K1在ON擋，轉向燈開關 K2、K3 不接通時，轉向燈L1、L2、L3、L4 在電路中雖然能形成閉合回路，但由于電阻 R1、R3、R4、R6 的阻值很大，使得流過轉向燈的電流很小，從而不會被點亮。各燈絲的阻值相較于限流電阻的阻值小很多，分得的電壓很小，所以 IC（CD4011）第1、2、5、6引腳輸入的為低電平，第3、4引腳輸出的為高電平，發光二極管沒有正向壓降不會被點亮。

以左轉向燈為例，①若轉向燈L1、L2都無故障，當IGN開關K1閉合，左轉向燈控制開關K2也閉合時：引腳1輸入的是高電平，引腳2輸入的是高電平。經過兩輸入與非門集成電路CD4011的轉換，從引腳3輸出的是低電平，此時發光二極管LED1兩端有正向壓降而導通點亮；②若轉向燈L1無故障、L2有故障，當點火開關K1閉合，轉向燈控制開關K2也閉合時：若轉向燈L2是短路，則輸入引腳2輸入的是低電平，引腳1 輸入的是高電平。經過兩輸入與非門集成電路CD4011的轉換，從引腳3輸出的是高電平，此時發光二極管LED1兩端無正向壓降而不導通。

圖2 集成電路CD4011引腳圖

其他故障情況分析同上，駕駛員就可以根據指示燈的亮、滅情況，判斷出左轉向車燈的好壞，及時查找更換。

該電路的缺點是轉向燈有一個發生斷路故障時無法檢測出來，存在一定的安全隱患。

2 軟件算法檢測轉向燈故障

2.1 芯片介紹

該檢測方案采用infineon公司具有診斷功能的BTT6050芯片，其引腳定義如圖3所示，引腳功能見表1。

診斷模塊原理如圖4所示，當IN被切換為低電平至高電平時，芯片內的DMOS被激活。如果DEN引腳被激活，則開啟芯片的數字信號診斷功能，并且DSEL引腳被選擇為正確的通道，ISENSE輸出對應通道的反饋電流。

表1 引腳功能

2.2 轉向燈控制原理

轉向燈控制原理如圖5所示。定義轉向燈開關為低電平有效，當轉向燈開關接通時，車身控制器MCU通過I/O接口識別到該信號，開關濾波函數對這個低電平信號進行10 ms每次的濾波，如果在連續的5個周期內該電平一直為低，則判定開關有效并將信號傳遞給下一層，并通過BTT6050芯片驅動輸出。

圖3 BTT6050引腳定義

圖4 BTT6050診斷模塊

圖5 轉向燈工作原理框圖

2.3 電路分析

由圖6可知，轉向燈21 W+21 W+5 W是并聯接入電路中，以其中一盞21 W轉向燈故障為例。

圖6 汽車轉向燈電路原理框圖

公式（1）為轉向燈正常工作的總電阻，公式（2）為轉向燈21 W故障工作的總電阻，由公式（3）可知R總常＜R總壞。

由公式（6）可知：I饋常＞I饋壞。理論計算如此，下面通過實際測量測試點TP6對其進行驗證。轉向燈在24V電壓系統中工作，考慮到電壓波動情況，測試電壓范圍為18～32V，測試電壓間隔為1V，系統電壓在小于18V或大于32V都屬于非正常模式，轉向燈不工作，故無需電壓跟隨。在每個測試電壓段，轉向燈正常工作時測試3組反饋電壓，轉向燈21 W故障時測試3組反饋電壓，詳見表2，汽車轉向燈控制負載電壓設定值曲線見圖7。跟隨電壓U跟等于每組正常反饋電壓的最小值U常min和故障電壓的最大值U壞max的 平均值。

圖7 汽車轉向燈控制負載電壓設定值曲線圖

表2 各電壓數值

把標定電壓轉換成對應的AD值，芯片的最大工作電壓為5 V，芯片內部用10個Bit記錄AD值，最大工作電壓時其對應的值為210，即1024。機器語言中從0開始，所以最大值為1023。各標定電壓的具體AD值通過公式ADi=（U標i/5）×1023得到，其值見表3。

表3 標定電壓對應的AD值

BTT6050 IS腳為負載電流反饋腳，輸出為電流型，電路采用10 kΩ采樣電阻（R5），將電流轉換為電壓并送入到車身控制器MCU的AD接口分析，以此檢測負載電流是否發生變化。在系統上電時，MCU每10 ms會通過AD接口獲取一次當前工作電壓。當轉向燈開關有效時，MCU的輸出口向BTT6050芯片對應的TURN_LIGHR_CMD輸入高電平，同時DEN引腳被使能，開啟芯片的數字信號診斷功能，芯片內的DMOS被激活。DSEL引腳選擇左轉向燈通道或右轉向燈通道，ISENSE就會通過MCU的AD接口向其輸出對應通道的反饋電流。MCU比較當前工作電壓下反饋電壓與標定電壓的大小，如果反饋電壓大于標定電壓，則為正常工作模式，MCU以400 ms為周期（轉向燈亮400 ms，滅400 ms）控制TURN_LIGHT_CMD；如果反饋電壓小于標定電壓，則為故障模式，MCU以200 ms為周期（轉向燈亮200 ms，滅200 ms）控制TURN_LIGHT_CMD。同時BTT6050芯片按設定的頻率輸出驅動轉向燈工作。這樣駕駛員就可以通過轉向燈閃爍頻率的變化發現故障，確保不會因為轉向燈的故障而引起交通事故。

2.4 程序處理過程

軟件控制流程如圖8所示。

1）通過宏定義，把對應電壓的AD值匹配起來。

2）根據AD_BCMPWR_CHANNEL的值，10 ms判斷一次當前電壓具體屬于哪個范圍，做到實時跟隨。

圖8 軟件控制流程圖

3）創建開關濾波函數，對每個開關輸入信號進行濾波處理，如果在50 ms內開關信號一直為低電平或高電平，則判定開關信號有效。防止把開關抖動、雜波判定為開關信號。

4） 建立二維數組，第1行的每一列為各標定電壓對應的AD值，第2行的每一列為芯片最大工作電壓對應的AD值。

5） 通過枚舉類型定義轉向燈的工作模式。

6） 根據電壓所在的區間和讀到的AD值，判斷其值是否在正常工作電壓范圍，如果在則置Bits.Bit0= normal（正常），不在則置Bits.Bit0 = fault（故障）。

最后，程序根據ReturnValue.Bits.Bit0的返回值作出相應動作，如果轉向燈故障則開啟危險報警燈提醒駕駛員。

3 總結

本文先分析了用傳統硬件電路來檢測汽車轉向燈故障的缺陷，即有報警裝置但是無法在其中一個轉向燈斷路故障時報警。針對此問題，本文設計了一種利用轉向燈故障時系統電壓的變化來檢測識別故障的電路和軟件算法。此方法不僅能有效識別轉向燈故障，方便駕駛員在行車過程中及時處理更換，提高行車安全，減少硬件電路元器件，還能用在車輛其它負載的故障檢測上，例如近光燈、遠光燈、制動燈、霧燈、雨刮電機等。