基于BTT6050芯片的汽车转向灯故障检测方法

方 遒，周 鹏，王顺伟

（1.厦门理工学院 机械与汽车工程学院，福建 厦门 361024；2.厦门理工学院 福建省客车及特种车辆研发协同创新中心，福建 厦门 361024）

汽车转向灯是行车安全的必备条件，除了具有照明作用，对行人和其他车辆还具有转向、超车、停车等警示作用［1］。汽车转向和报警信号灯是汽车运动方向和车身状态的表示信号，关系着汽车的安全问题［2］。 随着现代汽车新技术的不断出现，转向灯已经从一个开关一个继电器的控制时代转变成电子模块控制［3］。如果转向灯发生故障而没有被驾驶员发现，很有可能会造成交通事故。在车身灯光系统不断智能化的今天［4-5］，本文在转向灯系统的电路上，采用具有诊断功能的BTT6050芯片，通过电压跟随来检测转向灯故障并随时报警，提醒驾驶员，为上述问题提供了一种解决方案。

1 硬件电路检测汽车转向灯故障分析

硬件电路检测转向灯故障是根据两输入与非门集成电路特性，当IGN（点火）开关处于ON挡位，再闭合转向灯控制开关时，如果1个转向灯或2个转向灯出现了故障，指示灯不会被点亮，从而提示驾驶员及时更换车灯或检修电路。

1.1 转向灯故障检测原理图（图1）

图1 灯光故障检测电路原理图

1.2 两输入与非门集成电路CD4011介绍

1）IC CD4011 集成电路CD4011引脚如图2所示。

2）各个引脚的主要功能 图2中1、2、5、6、8、9、12、13都是信号输入引脚，3、4、10、11都是信号输出引脚，7为电源负极，14为电源正极。

3）工作原理 以1、2、3引脚为例，当1、2引脚都输入高电平时，3引脚就会输出低电平，二极管两端有正向压降而工作。当1、2引脚都输入低电平时，或其中有一个输入低电平时，3引脚就输出高电平，二极管两端没有正向压降而不工作。

1.3 故障检测分析

图1中，U为24V蓄电池；S1、S2为闪光器，闪光器内部S端接电源正极，E端接电源负极，L端接负载开关；R1、R3、R4、R6为阻值很大的限流电阻；F2、F5、F7、F8为熔断丝，是电路保护装置；D1、D2、D3、D4为整流二极管；K1为汽车IGN开关 ，K2、K3为左右转向灯开关 ；L1、L2为左转向灯，L3、L4 为右转向灯；LED1、LED2左右转向灯指示发光二极管。

该电路工作原理：当汽车IGN开关 K1在ON挡，转向灯开关 K2、K3 不接通时，转向灯L1、L2、L3、L4 在电路中虽然能形成闭合回路，但由于电阻 R1、R3、R4、R6 的阻值很大，使得流过转向灯的电流很小，从而不会被点亮。各灯丝的阻值相较于限流电阻的阻值小很多，分得的电压很小，所以 IC（CD4011）第1、2、5、6引脚输入的为低电平，第3、4引脚输出的为高电平，发光二极管没有正向压降不会被点亮。

以左转向灯为例，①若转向灯L1、L2都无故障，当IGN开关K1闭合，左转向灯控制开关K2也闭合时：引脚1输入的是高电平，引脚2输入的是高电平。经过两输入与非门集成电路CD4011的转换，从引脚3输出的是低电平，此时发光二极管LED1两端有正向压降而导通点亮；②若转向灯L1无故障、L2有故障，当点火开关K1闭合，转向灯控制开关K2也闭合时：若转向灯L2是短路，则输入引脚2输入的是低电平，引脚1 输入的是高电平。经过两输入与非门集成电路CD4011的转换，从引脚3输出的是高电平，此时发光二极管LED1两端无正向压降而不导通。

图2 集成电路CD4011引脚图

其他故障情况分析同上，驾驶员就可以根据指示灯的亮、灭情况，判断出左转向车灯的好坏，及时查找更换。

该电路的缺点是转向灯有一个发生断路故障时无法检测出来，存在一定的安全隐患。

2 软件算法检测转向灯故障

2.1 芯片介绍

该检测方案采用infineon公司具有诊断功能的BTT6050芯片，其引脚定义如图3所示，引脚功能见表1。

诊断模块原理如图4所示，当IN被切换为低电平至高电平时，芯片内的DMOS被激活。如果DEN引脚被激活，则开启芯片的数字信号诊断功能，并且DSEL引脚被选择为正确的通道，ISENSE输出对应通道的反馈电流。

表1 引脚功能

2.2 转向灯控制原理

转向灯控制原理如图5所示。定义转向灯开关为低电平有效，当转向灯开关接通时，车身控制器MCU通过I/O接口识别到该信号，开关滤波函数对这个低电平信号进行10 ms每次的滤波，如果在连续的5个周期内该电平一直为低，则判定开关有效并将信号传递给下一层，并通过BTT6050芯片驱动输出。

图3 BTT6050引脚定义

图4 BTT6050诊断模块

图5 转向灯工作原理框图

2.3 电路分析

由图6可知，转向灯21 W+21 W+5 W是并联接入电路中，以其中一盏21 W转向灯故障为例。

图6 汽车转向灯电路原理框图

公式（1）为转向灯正常工作的总电阻，公式（2）为转向灯21 W故障工作的总电阻，由公式（3）可知R总常＜R总坏。

由公式（6）可知：I馈常＞I馈坏。理论计算如此，下面通过实际测量测试点TP6对其进行验证。转向灯在24V电压系统中工作，考虑到电压波动情况，测试电压范围为18～32V，测试电压间隔为1V，系统电压在小于18V或大于32V都属于非正常模式，转向灯不工作，故无需电压跟随。在每个测试电压段，转向灯正常工作时测试3组反馈电压，转向灯21 W故障时测试3组反馈电压，详见表2，汽车转向灯控制负载电压设定值曲线见图7。跟随电压U跟等于每组正常反馈电压的最小值U常min和故障电压的最大值U坏max的 平均值。

图7 汽车转向灯控制负载电压设定值曲线图

表2 各电压数值

把标定电压转换成对应的AD值，芯片的最大工作电压为5 V，芯片内部用10个Bit记录AD值，最大工作电压时其对应的值为210，即1024。机器语言中从0开始，所以最大值为1023。各标定电压的具体AD值通过公式ADi=（U标i/5）×1023得到，其值见表3。

表3 标定电压对应的AD值

BTT6050 IS脚为负载电流反馈脚，输出为电流型，电路采用10 kΩ采样电阻（R5），将电流转换为电压并送入到车身控制器MCU的AD接口分析，以此检测负载电流是否发生变化。在系统上电时，MCU每10 ms会通过AD接口获取一次当前工作电压。当转向灯开关有效时，MCU的输出口向BTT6050芯片对应的TURN_LIGHR_CMD输入高电平，同时DEN引脚被使能，开启芯片的数字信号诊断功能，芯片内的DMOS被激活。DSEL引脚选择左转向灯通道或右转向灯通道，ISENSE就会通过MCU的AD接口向其输出对应通道的反馈电流。MCU比较当前工作电压下反馈电压与标定电压的大小，如果反馈电压大于标定电压，则为正常工作模式，MCU以400 ms为周期（转向灯亮400 ms，灭400 ms）控制TURN_LIGHT_CMD；如果反馈电压小于标定电压，则为故障模式，MCU以200 ms为周期（转向灯亮200 ms，灭200 ms）控制TURN_LIGHT_CMD。同时BTT6050芯片按设定的频率输出驱动转向灯工作。这样驾驶员就可以通过转向灯闪烁频率的变化发现故障，确保不会因为转向灯的故障而引起交通事故。

2.4 程序处理过程

软件控制流程如图8所示。

1）通过宏定义，把对应电压的AD值匹配起来。

2）根据AD_BCMPWR_CHANNEL的值，10 ms判断一次当前电压具体属于哪个范围，做到实时跟随。

图8 软件控制流程图

3）创建开关滤波函数，对每个开关输入信号进行滤波处理，如果在50 ms内开关信号一直为低电平或高电平，则判定开关信号有效。防止把开关抖动、杂波判定为开关信号。

4） 建立二维数组，第1行的每一列为各标定电压对应的AD值，第2行的每一列为芯片最大工作电压对应的AD值。

5） 通过枚举类型定义转向灯的工作模式。

6） 根据电压所在的区间和读到的AD值，判断其值是否在正常工作电压范围，如果在则置Bits.Bit0= normal（正常），不在则置Bits.Bit0 = fault（故障）。

最后，程序根据ReturnValue.Bits.Bit0的返回值作出相应动作，如果转向灯故障则开启危险报警灯提醒驾驶员。

3 总结

本文先分析了用传统硬件电路来检测汽车转向灯故障的缺陷，即有报警装置但是无法在其中一个转向灯断路故障时报警。针对此问题，本文设计了一种利用转向灯故障时系统电压的变化来检测识别故障的电路和软件算法。此方法不仅能有效识别转向灯故障，方便驾驶员在行车过程中及时处理更换，提高行车安全，减少硬件电路元器件，还能用在车辆其它负载的故障检测上，例如近光灯、远光灯、制动灯、雾灯、雨刮电机等。