基于現(xiàn)場總線技術(shù)的車門發(fā)布式控制方案的實(shí)現(xiàn)

作者：馬建輝 ，王知學(xué)， 李研強(qiáng)， 李建新

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(shí)現(xiàn)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(shí)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(shí)現(xiàn)的智能也較多，包括車窗防夾，后視鏡折疊和加熱等，采用低速CAN總線和LIN總線實(shí)現(xiàn)了車門分布式控制系統(tǒng)，選擇性地實(shí)現(xiàn)了部分智能，該系統(tǒng)同時(shí)可以迅速修改和升級，而不需要太大的設(shè)計(jì)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(shí)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(bǔ)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(bǔ)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(diǎn)，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(dú)的節(jié)點(diǎn)，即單獨(dú)的后視鏡控制節(jié)點(diǎn)，車窗控制節(jié)點(diǎn)，門鎖控制節(jié)點(diǎn)，開關(guān)輸入控制節(jié)點(diǎn)，該開關(guān)輸入控制節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)作為LIN的主節(jié)點(diǎn)，每個車門的主節(jié)點(diǎn)同時(shí)為CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)，成本較低，采用低速CAN總線連接，拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)簡單，通訊簡單實(shí)時(shí)，協(xié)議的制定比較簡單，且CAN采用多主雙線容錯機(jī)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(fèi)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(diǎn)也開始暴露出來。由于車門節(jié)點(diǎn)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(shí)，只能增強(qiáng)各個集中控制節(jié)點(diǎn)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(shí)，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。

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(bǔ)充，是分層式汽車網(wǎng)絡(luò)特征升級和功能增強(qiáng)的關(guān)鍵因素，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(diǎn)，降低了各個ECU的復(fù)雜度，且四個門內(nèi)的各LIN節(jié)點(diǎn)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(shí)添加或者減掉某個節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)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(jī)進(jìn)行合適的選擇，就可以獲得功能更強(qiáng)大、更靈活的分布式系統(tǒng)。

分布式控制的實(shí)現(xiàn)

在車門系統(tǒng)的分布式控制實(shí)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(diǎn)，后視鏡節(jié)點(diǎn)和門鎖節(jié)點(diǎn)，后車門不包括后視鏡節(jié)點(diǎn)，以下從分布式節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)和網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)兩個方面論述一下車門分布式控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

后視鏡節(jié)點(diǎn)

后視鏡節(jié)點(diǎn)方案如下圖所示，實(shí)現(xiàn)對后視鏡上下、前后兩個方向的位置調(diào)整，實(shí)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(shí)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(jī)的驅(qū)動從而實(shí)現(xiàn)位置調(diào)整和折疊，利用高端開關(guān)實(shí)現(xiàn)后視鏡加熱。

圖3 后視鏡節(jié)點(diǎn)方案

車窗節(jié)點(diǎn)

車窗節(jié)點(diǎn)方案如下圖所示。實(shí)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(jì)基于電流反饋的小算法，可以實(shí)現(xiàn)防夾功能。當(dāng)車窗電機(jī)啟動后，經(jīng)過百毫秒級的時(shí)間便可以平穩(wěn)運(yùn)行，在這段啟動時(shí)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流增大，ADC采樣值超過設(shè)置的閾值，這時(shí)認(rèn)為碰到了障礙物，MCU控制驅(qū)動芯片停止對車窗電機(jī)的驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)了防夾。

圖4 車窗節(jié)點(diǎn)方案

網(wǎng)關(guān)

每個車門LIN網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)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(jì)合理的進(jìn)度表控制每個信息幀的傳輸，同時(shí)有效控制關(guān)鍵信號的最大傳輸延遲。該節(jié)點(diǎn)同時(shí)是CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)和汽車產(chǎn)品智能化和更新?lián)Q代的要求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于CAN/LIN總線的車門分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行良好，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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