兼具高可靠性与低功耗的汽车电动尾门主控方案

【导读】在汽车“四化”趋势影响下，下一代汽车电子架构的复杂度与集成性持续攀升，各域之间的安全、实时控制与通信是车规级MCU的关键任务。针对严苛的车用市场需求，设计出具备防夹、自动开关与脚踢感应开门等多功能的汽车电动尾门系统，可以很好地弥补原有汽车尾门开合过程的缺陷，从而达到用户对汽车使用便捷性的需要。快包分析师介绍了汽车电动尾门系统的核心模块，同时也推荐3种不同的汽车电动尾门主控方案供工程师朋友们参考。

汽车电动尾门系统组成

电动尾门系统一般由控制模块、撑杆模块、吸合锁模块、防夹胶条和开关等几部分组成。

（1）电动尾门系统控制器模块

控制器模块是汽车电动尾门系统的中心控制台，主要是以高效能的处理器为核心，由驱动模块、信息收集模块、通讯模块等部分组成。电动尾门的电子控制单元通过控制器局域网与整车的BCM通信，并采用优化的电源管理和电路保护框架。它具有高载流、抗干扰、故障检测、低功耗等特点，能稳定实现和控制电动尾门系统的各种功能。

一般采用直流电动机作为电动尾门的驱动器，具有较高的功率输出和稳定性。同时，在电路设计时需要考虑电动机的尺寸和重量，以保证电动尾门的整体结构紧凑和轻量化。

（2）电动尾门系统撑杆模块

电动撑杆是由接头、传感器、电机、齿轮箱、助力弹簧等构件组成，电动机控制器所给出的指令，是利用齿轮箱驱动螺杆与螺母转动，而使得撑杆轴向延伸或收缩，并在助力弹簧的协同下，完成汽车尾门的自动开关活动。汽车尾门内安装的传感器，其收录的信息是电动尾门开启与智能防夹的关键。

（3）电动尾门系统吸合锁模块

电动吸合锁模块是由尾门锁、锁扣、吸合电机与卷紧拉线等构件组成，与以往的尾门锁相比而言，增设了吸合电机与卷紧拉线的架构，这样能够利用吸合电机来完成尾门从半锁模式自动转变为全锁模式。

方案一：基于小华HC32F460的汽车电动尾门主控方案

使用带霍尔传感器的双电动撑杆，主控MCU采集其正交编码信号和电流信号，实现电动或手动开关尾门。在电动开关门模式下，主控MCU实时采集电流信号和霍尔传感器信号，使用防夹算法对电动尾门的开关动作提供安全保护：在电动关门时受到异常阻挡自动打开，在电动开门时受到异常阻挡自动停止。

系统框图

方案特点

（1）主控芯片：HC32F460

（2）硬件接口：CAN、PWM输出、AB相输入、电流ADC输入、GPIO

（3）功能特点：支持电动开关门或手动开关门；在不同负载、不同电压下保持电动开关门基本一致；电动开关门过程中使用防夹算法提供安全保护

典型应用

HC32F460 系列提供 48pin、64pin、100pin 的 LQFP 封装，48pin、60pin 的 QFN 封装， 100pin 的 VFBGA 封装，适用于高性能电机变频控制、智能硬件、IoT 连接模块等领域。

方案二：基于旗芯微FC4150汽车电动尾门主控方案

该方案以FC4150为主控MCU，FC4150是基于Corex-M4F内核的高性能车规级MCU，内置DSP指令集和浮点运算单元（FPU）及8KB指令Cache，支持ASIL-B功能安全等级，内置HSM硬件加密引擎。工作频率高达150 MHz，并提供高达2 MB的flash、256 KB的D flash、以及高达256 KB的带ECC的SRAM，提供丰富的外设及通讯接口，内置支持IEEE1588和AVB的10/100Mbps以太网接口、6个FlexCAN模块其中部分支持CAN-FD和PNET。产品通过AEC-Q100 Grade 1等级认证

系统框图

独特优势

采用先进的40nm汽车等级芯片制程；集成度高，高主频，产品外设丰富；产品设计注重汽车环境的稳健性，支持ASIL-B功能安全等级。

应用场景

FC4150适用于汽车的BCM、BCM+、照明、电机控制、HVAC、TMPS和T-BOX等应用。

方案三：基于极海APM32A103 汽车电动尾门控制器应用方案

该方案以APM32A103为主控芯片，主流型APM32A103系列车规级MCU，Arm® Cortex®-M3内核，兼具高可靠性与低功耗，集成FPU浮点运算单元与CRC单元，内置EMMC控制器，接口功能丰富，配置模式灵活，支持多样化的车用场景，全面优化汽车电子应用设计。可广泛应用于HUD、前流水灯、盲区监测、车载中控、智能座舱、电动尾门、故障诊断仪、燃油防盗报警器等领域。除了APM32A103系列，极海半导体的APM32A091系列和APM32F103RCT7也可用于汽车电动尾门。

模块框图

芯片特性

   ○ 采用APM32A103系列车规级MCU

   ○ Cortex-M3@96/120MHz

   ○ 工作温度覆盖-40oC~125oC

   ○ 已通过AEC-Q100 Grade1/Grade2 车规级可靠性认证

方案优势

   ○ 集中处理车身控制类功能逻辑，算力集中化

   ○ 简化各节点ECU功能，合理有效的分配系统资源

   ○ 支持自动空调控制、门控逻辑、胎压监测

   ○ 双“CAN”配置，保证数据传输实时性与可靠性

   ○ 集成多种片上资源，增加整车扩展的灵活性

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