摘要：結(jié)合link" href="http://forexkbc.com/tags/CAN" title="CAN" target="_blank">CAN總線和LIN總線各自的優(yōu)缺點,，設(shè)計實現(xiàn)了基于CAN/LIN總線的分層式車門控制系統(tǒng),，首先講述了集中式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)及相應(yīng)的特點,，論述了選定分布式結(jié)構(gòu)的原因,，然后詳述了車門分布式系統(tǒng)的實現(xiàn)及相關(guān)技術(shù),。
關(guān)鍵詞： 總線,；CAN,；LIN,；車門控制
引言
隨著各種傳感器的出現(xiàn)和芯片技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車的安全性和智能化程度日益提高,，汽車電子控制單元(ECU)的功能和ECU間的信息交互日益增加,，汽車生產(chǎn)商開發(fā)了多種總線技術(shù)，提供可靠而低成本的連接,，按照安全性,、智能性的不同要求實現(xiàn)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1]，滿足單元間不同要求的數(shù)據(jù)交換,。對車門區(qū)域的控制而言,，要實現(xiàn)的功能較多，包括車窗升降,、后視鏡的位置調(diào)整,、門鎖開關(guān)、開關(guān)量的檢測等,，針對不同的目標(biāo)客戶群,，可選擇實現(xiàn)的智能也較多，包括車窗防夾,，后視鏡折疊和加熱等,，筆者采用低速CAN總線和LIN總線實現(xiàn)了車門分布式控制系統(tǒng)，選擇性地實現(xiàn)了部分智能,，該系統(tǒng)同時可以迅速修改和升級,，而不需要太大的設(shè)計變動。本文講述下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的確定和分布式控制的具體實現(xiàn),。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的確定
車門控制系統(tǒng)采用總線式拓補結(jié)構(gòu),，總線一般采用低速CAN總線或LIN總線,，采用不同總線協(xié)議和不同的拓補結(jié)構(gòu)可以提供不同程度的智能。第一種方案是每個車門采用一個集中控制的CAN節(jié)點,，BSI和四個車門通過一個CAN網(wǎng)絡(luò)連接,，如圖1所示。
圖1 車門集中式控制方案
第二種方案是每個車門采用分布式LIN網(wǎng)結(jié)構(gòu),，將各個功能做成單獨的節(jié)點,，即單獨的后視鏡控制節(jié)點，車窗控制節(jié)點,，門鎖控制節(jié)點,，開關(guān)輸入控制節(jié)點，該開關(guān)輸入控制節(jié)點可以同時作為LIN的主節(jié)點,，每個車門的主節(jié)點同時為CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點,，BSI和四個車門通過CAN網(wǎng)連接。如圖2所示,。
圖2 車門分布式控制方案
方案1是目前大量生產(chǎn)商采用的典型方案,，這種集中控制的方式將車窗升降及防夾、后視鏡的位置調(diào)整,、門鎖,、開關(guān)量的輸入檢測集中在一個ECU中實現(xiàn)，成本較低,，采用低速CAN總線連接,，拓補結(jié)構(gòu)簡單，通訊簡單實時,，協(xié)議的制定比較簡單,，且CAN采用多主雙線容錯機制，故安全性較高,，基于CAN總線的診斷也使得故障的查找和維修比較方便,。
隨著技術(shù)的發(fā)展和消費者對汽車智能化的追求，汽車智能化程度的提高和迅速升級換代是保證汽車廠商競爭力的關(guān)鍵因素,，采用單一CAN總線集中控制的缺點也開始暴露出來,。由于車門節(jié)點內(nèi)的高性能MCU直接控制車窗和車鏡，當(dāng)ECU的智能性要求越來越高,，需要增加功能或智能時,，只能增強各個集中控制節(jié)點的MCU功能，造成MCU規(guī)格增大,；且集中控制安裝復(fù)雜,，接插件和連接線纜較多,，當(dāng)智能增加時,，互連數(shù)量增加,，缺乏靈活性，產(chǎn)品升級換代需要大量成本,，最終導(dǎo)致效率降低[2],。
分層式網(wǎng)絡(luò)是解決汽車產(chǎn)品低成本迅速升級換代的有效解決方案，LIN總線作為CAN總線的有效補充,，是分層式汽車網(wǎng)絡(luò)特征升級和功能增強的關(guān)鍵因素[3],，利用方案2所示CAN-LIN分層式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了CAN/LIN總線各自的優(yōu)勢,，將部分功能移植到更小,，更可靠的節(jié)點，降低了各個ECU的復(fù)雜度,，且四個門內(nèi)的各LIN節(jié)點可以通用,，互換性和兼容性更好，可以根據(jù)車門功能的配置要求隨時添加或者減掉某個節(jié)點,，而不會對整個網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生任何影響,，從而可以迅速升級換代，而不會帶來更大的成本消耗,。
單芯片傳感器和執(zhí)行器的出現(xiàn)提供了分布式節(jié)點的低成本解決方案,，給采取分布式技術(shù)降低成本提供了可能。隨著LIN總線技術(shù)的不斷成熟,，對MCU和LIN狀態(tài)機進行合適的選擇,，就可以獲得功能更強大、更靈活的分布式系統(tǒng),。
分布式控制的實現(xiàn)
在車門系統(tǒng)的分布式控制實現(xiàn)中,，每個車門均為一個LIN網(wǎng)絡(luò)，前車門包括車窗節(jié)點,，后視鏡節(jié)點和門鎖節(jié)點,，后車門不包括后視鏡節(jié)點，以下從分布式節(jié)點的實現(xiàn)和網(wǎng)關(guān)的實現(xiàn)兩個方面論述一下車門分布式控制系統(tǒng)的實現(xiàn),。
后視鏡節(jié)點
后視鏡節(jié)點方案如下圖所示,實現(xiàn)對后視鏡上下,、前后兩個方向的位置調(diào)整，實現(xiàn)折疊功能和加熱功能,，采用飛思卡爾的智能分布式控制單芯片MM908E625實現(xiàn),，MM908E625是一個高度集成的單封裝解決方案，在一個SOIC54的封裝內(nèi)集成了HC08內(nèi)核和SmartMOS模擬控制IC,，該模擬控制IC包括LIN物理層收發(fā)器,，電壓調(diào)整器，4個半H橋和一個高端開關(guān),，采用半H橋?qū)崿F(xiàn)對后視鏡電機的驅(qū)動從而實現(xiàn)位置調(diào)整和折疊,，利用高端開關(guān)實現(xiàn)后視鏡加熱,。
圖3 后視鏡節(jié)點方案
車窗節(jié)點
車窗節(jié)點方案如下圖所示。實現(xiàn)車窗升降及防夾,，采用帶電流反饋的智能功率驅(qū)動芯片,，設(shè)計基于電流反饋的小算法，可以實現(xiàn)防夾功能,。當(dāng)車窗電機啟動后,，經(jīng)過百毫秒級的時間便可以平穩(wěn)運行，在這段啟動時間后對驅(qū)動芯片的電流反饋值取樣,，經(jīng)車窗ECU上的MCU內(nèi)的ADC采樣與閾值比較,，如果碰到障礙物，車窗電機運轉(zhuǎn)電流增大,，ADC采樣值超過設(shè)置的閾值,，這時認為碰到了障礙物，MCU控制驅(qū)動芯片停止對車窗電機的驅(qū)動,，從而實現(xiàn)了防夾,。
圖4 車窗節(jié)點方案
網(wǎng)關(guān)
每個車門LIN網(wǎng)的主節(jié)點完成該車門區(qū)域的開關(guān)狀態(tài)檢測，控制所有在該LIN網(wǎng)絡(luò)上的通信,，設(shè)計合理的進度表控制每個信息幀的傳輸,，同時有效控制關(guān)鍵信號的最大傳輸延遲。該節(jié)點同時是CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點,，完成CAN網(wǎng)和LIN網(wǎng)間的數(shù)據(jù)緩沖和信息交換,。
結(jié)語
本文綜合考慮了不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點和汽車產(chǎn)品智能化和更新?lián)Q代的要求，設(shè)計實現(xiàn)了基于CAN/LIN總線的車門分布式控制系統(tǒng),，系統(tǒng)運行良好,，具有一定的實用價值。