智能汽車演進(jìn)從車窗升降設(shè)計(jì)開始

　　智能汽車演進(jìn)從車窗開始

　　當(dāng)整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)都在熱衷于無人駕駛汽車的時(shí)候，我們不能避免一個(gè)尷尬的事實(shí)：目前還沒有辦法做到，而且未來十幾年也未必能做好。但是從各種無人駕駛概念車的演示中不難發(fā)現(xiàn)，無人駕駛最重要的因素之一是關(guān)鍵部件能“自發(fā)地”工作。“兵馬未動(dòng)，糧草先行”是個(gè)不錯(cuò)的主意，與其激進(jìn)地從頭到尾重新定義無人汽車，不如先讓一些部件智能起來，例如動(dòng)力總成、車載信息娛樂系統(tǒng)、儀表板、安全和車身應(yīng)用等汽車電子系統(tǒng)。而車身電子作為汽車的電子框架，可以作為智能汽車演進(jìn)的起點(diǎn)。

　　車身電子系統(tǒng)涉及駕駛艙內(nèi)部的多種應(yīng)用，涵蓋了舒適性、安全和安防功能以及高性能計(jì)算與車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)等功能。飛思卡爾半導(dǎo)體（Freescale）豐富的8位、16位和32位微控制器（MCU）系列產(chǎn)品是這類應(yīng)用的核心所在，配以各種模擬器件，提供卓越的電源管理和控制。憑借綜合全面的支持，飛思卡爾可以為車身電子應(yīng)用提供完整的解決方案。車身電子應(yīng)用主要包括：中央網(wǎng)關(guān)/車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，車門、車窗升降及座椅控制，入門級(jí)車身控制模塊，暖通空調(diào)（HVAC），高端車身控制模塊，照明以及無線充電等。

　　今天的主角是車窗，車窗雖然普通，但在最危急時(shí)刻往往成為關(guān)鍵的逃生通道；此外，車窗也成為又一大“兒童殺手”，其智能的重要性可見一斑。目前，對(duì)于智能車窗的主要需求集中在防夾和車窗卡死檢測(cè)。車窗防夾技術(shù)作為較早開發(fā)的兒童安全保護(hù)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用到各檔次車型中，但在中國(guó)，這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)常只被應(yīng)用在前排車窗上，卻忽略了兒童經(jīng)常乘坐的后排和玩耍的天窗。

　　S12VR車窗升降解決方案，提升安全與品質(zhì)

　　飛思卡爾S12 MagniV S12VR混合信號(hào)微控制器（MCU）產(chǎn)品組合提供智能的、優(yōu)化的集成型高精度模擬組件以及經(jīng)驗(yàn)證的S12 MCU，因而可以簡(jiǎn)化汽車工程設(shè)計(jì)。S12VR系列是該組合中第一套基于LL18UHV處理技術(shù)的系統(tǒng)級(jí)封裝器件，針對(duì)汽車和工業(yè)防夾車窗升降系統(tǒng)、電動(dòng)天窗模塊、LIN控制的繼電器驅(qū)動(dòng)、智能執(zhí)行器、基于繼電器的直流電機(jī)和其他空間受限的繼電器直流電機(jī)控制應(yīng)用。

　　飛思卡爾 StarterTRAK TRK-S12VR-WLFT低成本參考設(shè)計(jì)展示了S12 MagniV S12VR 16位MCU用于車窗升降和基于繼電器的電機(jī)控制的主要優(yōu)勢(shì)。該StarterTRAK采用簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)，具有較少的外部組件，能承受較高電壓，并且占用空間較小。該解決方案可驅(qū)動(dòng)一個(gè)基于繼電器的直流電機(jī)，并通過霍爾效應(yīng)編碼器實(shí)現(xiàn)了防夾和車窗卡死檢測(cè)。繼電器通過HVI喚醒引腳診斷。包含LIN通信功能，用于管理狀態(tài)和診斷報(bào)告。目標(biāo)應(yīng)用包括電動(dòng)車窗系統(tǒng)、天窗系統(tǒng)、分區(qū)系統(tǒng)和基于繼電器的直流電機(jī)控制。

　　圖1 S12 MagniV車窗升降和基于繼電器的直流電機(jī)控制參考設(shè)計(jì)電路圖

　　該參考平臺(tái)提供的軟件，可以通過防夾檢測(cè)作為車窗升降器繼電器直流電機(jī)的一個(gè)起點(diǎn)。它擁有HAL和MCU初始化、自動(dòng)反轉(zhuǎn)程序、防夾檢測(cè)、速度和方向處理、自校準(zhǔn)和該應(yīng)用所需的其他基本功能。

　　圖2 飛思卡爾TRK-S12VR-WLFT參考設(shè)計(jì)電路板

　　這款參考設(shè)計(jì)的主要特性包括：LIN連接器；通過HVIX喚醒引腳進(jìn)行繼電器診斷，狀態(tài)可以通過LIN發(fā)送；工作電壓范圍為8 V~18 V；采用32 LQFP封裝；通過霍爾編碼器進(jìn)行防夾、電機(jī)堵轉(zhuǎn)檢測(cè)；通過HS0驅(qū)動(dòng)的半開開關(guān)，開關(guān)狀態(tài)可以通過LIN發(fā)送，開關(guān)可以通過定時(shí)或LIN命令禁用；車窗命令開關(guān)，支持一鍵升/降；SWD接口。

　　圖3 S12VR64車窗升降使用案例

　　集成高電壓模擬組件的S12VR

　　這款車窗升降參考設(shè)計(jì)的最大支持來自飛思卡爾S12VR系列，其將NVM、數(shù)字邏輯電路和高電壓模擬組件組合成一個(gè)單芯片解決方案。這些模擬組件包括一個(gè)汽車穩(wěn)壓器、LIN物理層、低邊驅(qū)動(dòng)、高邊驅(qū)動(dòng)和輸入。新的高電壓器件都能夠承受汽車環(huán)境的嚴(yán)格要求（高達(dá)40 V，這種情況在負(fù)載突降時(shí)會(huì)出現(xiàn)），這些器件與業(yè)界公認(rèn)的16位S12 CPU和存儲(chǔ)器子系統(tǒng)（包含受ECC保護(hù)的閃存和真實(shí)的EEPROM）集成在一起。

　　S12VR集成了一個(gè)系統(tǒng)中的所有元件，節(jié)省了寶貴的PCB空間，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的整體質(zhì)量，降低了成本。更小的PCB意味著更小的機(jī)箱，在汽車應(yīng)用中減去一點(diǎn)點(diǎn)重量都會(huì)提高燃油效率。 S12VR上可集成不同的組件，縮短了獲得一個(gè)完整解決方案所需要的開發(fā)時(shí)間，從而大大加快了產(chǎn)品上市速度。

　　汽車標(biāo)準(zhǔn)軟件

　　軟件正逐漸成為客戶產(chǎn)品差異化的殺手锏，飛思卡爾也早就著手幫助客戶應(yīng)對(duì)這場(chǎng)軟件戰(zhàn)役，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和資源整合等。從上面的介紹可以看到，S12 MagniV車窗升降參考設(shè)計(jì)的很多功能（如防夾檢測(cè)、自校準(zhǔn)）就是通過軟件實(shí)現(xiàn)的。

　　飛思卡爾的汽車標(biāo)準(zhǔn)軟件產(chǎn)品有：微控制器抽象層MCAL（源代碼）、操作系統(tǒng)（源代碼）和配置工具（可執(zhí)行文件）。對(duì)于飛思卡爾提供的軟件產(chǎn)品，深入的硬件知識(shí)是至關(guān)重要的，如面向汽車電子微控制器的符合AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)）標(biāo)準(zhǔn)的軟件。

　　飛思卡爾提供許多S12 MCU 的AUTOSAR軟件，AUTOSAR使成本效益的軟件開發(fā)不再需要客戶驅(qū)動(dòng)程序。這使得MCU更容易使用，節(jié)省了開發(fā)和集成時(shí)間，提高了質(zhì)量并降低了整體成本。

　　圖4 AUTOSAR MCAL包

　　未來，在車窗升降方面還是有一些值得深入研究之處，如自動(dòng)檢測(cè)車窗（內(nèi)外）拋物，畢竟由車窗拋物帶來的交通事故也是不少。例如，可以利用車載攝像頭實(shí)時(shí)檢測(cè)外部異物，如果判斷有物體飛來，就自動(dòng)關(guān)閉車窗并報(bào)警，以保護(hù)車內(nèi)人員安全。