LIN總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)門(mén)控系統中的應用

LINSCI

LINSCI可以集成在8位MCU中，可實(shí)現標頭偵測（HeaderDetection）、指示器（Identifier）和非相關(guān)字節過(guò)濾（IrrelevantByteFiltering）、延伸性錯誤偵測（ExtendedErrorDetection）和再同步化（Resynchronisation）等功能。其作用是使從設備的LIN總線(xiàn)功能更有效地發(fā)揮。

LINSCI也可以實(shí)現更高的精度。LIN總線(xiàn)的波特率（BaudRate）預定標器（Prescaler）一般為8位整型值，分辨率有限，使得很難達成標準SCI位時(shí)間取樣原則所需要的誤差率為2%的準確性。LIN總線(xiàn)波特率一般為10kbps和20kbps，如果按20kbps計算，假設CPU頻率為8MHz，由于LIN的頻率寬容度為15%，量化錯誤將達到2.33%。LINSCI的預定標器則以12位無(wú)符號（Unsigned）定點(diǎn)值（即LDIV）代替8位整型值，量化誤差則可下降到0.15%。

圖三　LINSCI數據結構圖

實(shí)現LIN系統的最優(yōu)化包含許多方面因素。雖然以標準SCI所建立的LIN網(wǎng)絡(luò )已具備極佳性能，但LIN數據傳輸所需要的頻寬和CPU負荷，應用上所需的頻率準確性，以及LIN界面的穩定和有效性等都是應該考慮的因素。此外，硬件技術(shù)上的強化也十分必要。

ST的LINSCI即可通過(guò)這些手段實(shí)現更高的效率和更低的成本。首先，經(jīng)過(guò)強化的硬件SCI端口減少了CPU負載，相應提高了系統效能。低成本主要由高集成度獲得，其內部集成了1MHz震蕩器、帶有運算放大器的快速10位ADC，以及帶有低電壓檢測器的可配置重啟電路，簡(jiǎn)化了外部電路和系統設計，降低了制造成本。同時(shí)，8KB的擴展內存能在單一供給電壓下操作，除了提供更快速的編程能力，還降低了電路板的復雜程度。

汽車(chē)門(mén)控系統架構實(shí)例

以汽車(chē)門(mén)控系統舉例。如圖四所示，目前中高檔車(chē)型的門(mén)控系統主要包括車(chē)門(mén)鎖（Lock）、防盜門(mén)鎖（DeadLockLatch）、動(dòng)力車(chē)窗（PowerWindow）、踏腳燈（Footsteplight），及切換面板照明（SwitchPanelIllumination）等。其主節點(diǎn)為一個(gè)與車(chē)體CAN網(wǎng)絡(luò )相連的中央車(chē)體控制單元（CentralBodyECU），每個(gè)車(chē)門(mén)都有一個(gè)車(chē)門(mén)模塊，即按四門(mén)的車(chē)身則為DM-Driver（司機位置）、DM-Passenger（副駕駛位置）、DM-RearRight（右后門(mén)）和DM-RearLeft（左后門(mén)）提供門(mén)鎖和動(dòng)力車(chē)窗等功能；另外兩個(gè)前門(mén)還有MMR和MML左右后視鏡控制模塊。駕駛端的中央切換面板（CentralSwitchPanel）是一個(gè)獨立的從節點(diǎn)，控制所有的動(dòng)力車(chē)窗、手動(dòng)門(mén)鎖及后視鏡等功能。

圖四　LIN網(wǎng)絡(luò )門(mén)控系統示意圖

汽車(chē)門(mén)控系統的應用場(chǎng)景對LIN網(wǎng)絡(luò )提出了以下需求：當主控器收到從遙控鑰匙發(fā)出的有效信號時(shí)，必須要啟動(dòng)門(mén)控系統，從節點(diǎn)通常通過(guò)CAN總線(xiàn)接收；當正確的鑰匙打開(kāi)前門(mén)時(shí)，也同時(shí)啟動(dòng)門(mén)控系統；從節點(diǎn)會(huì )直接反應而不需經(jīng)由與主控器的通訊；切換面板的詢(xún)問(wèn)動(dòng)作（Polling）功能，以確保響應對各個(gè)驅動(dòng)裝置控制，如動(dòng)力車(chē)窗、后視鏡調整、門(mén)鎖等的主動(dòng)式切換；對所有從節點(diǎn)的詢(xún)問(wèn)功能，以得到車(chē)窗升降的位置狀態(tài)，以及車(chē)門(mén)的開(kāi)關(guān)情況；以及系統對所有從節點(diǎn)的睡眠模式控制（即電池供應操作模式）等。因此門(mén)控系統的MCU也需要與上述功能相符，例如必須針對車(chē)窗的升降提供防夾（Anti-Pinch）功能、馬達的PWM控制及車(chē)窗位置監控；能以SPI接口來(lái)控制門(mén)鎖馬達；對于車(chē)鑰匙的拔出及開(kāi)門(mén)的動(dòng)作，能夠提供電源供應模式的接觸式監控，以及對后視鏡及切換面板的操控功能等。

圖五　門(mén)控模塊功能架構圖

對上述功能的參數設置上，也有一些需要考慮的因素，例如時(shí)序的準確性和動(dòng)作的實(shí)時(shí)性等。以手動(dòng)打開(kāi)汽車(chē)門(mén)鎖的動(dòng)作為例，從鑰匙插入門(mén)鎖到打開(kāi)，需要快速的響應，可接受的延遲必須小于200ms。而在此期間，傳動(dòng)馬達大約需要100ms打開(kāi)門(mén)鎖，因此留給MCU來(lái)完成從低功率模式啟動(dòng)、偵測到鑰匙，并觸發(fā)傳動(dòng)裝置等動(dòng)作的所有時(shí)間只有100ms。LIN總線(xiàn)波特率一般為10kbps或20kbps，如果按最快的20kbps計算，為保證數據傳輸的成功，則CPU的響應時(shí)間必須小于1ms。此外，針對系統的安全性（如防夾）和便利性（如門(mén)鎖偵測）等功能，都會(huì )有實(shí)時(shí)性的要求。

時(shí)序的準確性是為了實(shí)現正確的運作和流程。車(chē)門(mén)模塊需要一個(gè)寬容度小于3%的時(shí)間參考，車(chē)窗防夾（Anti-Pinch）功能的復雜算法就需要這種準確性。

功耗與節能是對于多數ECU來(lái)說(shuō)是十分關(guān)鍵的因素。以門(mén)控系統來(lái)說(shuō)，系統在車(chē)輛熄火以后仍需進(jìn)行間隔性的監控詢(xún)問(wèn)動(dòng)作，會(huì )造成電力的持續消耗。而監控的延遲間隔設定很難取舍，因為時(shí)間間隔太長(cháng)，則會(huì )造成反應延遲；太短的話(huà)，又會(huì )增加系統的功耗。

故障安全設計

故障和安全也是系統設計的重點(diǎn)，例如短路時(shí)總線(xiàn)線(xiàn)路的故障安全（Fail-Safe）機制。因為L(cháng)IN總線(xiàn)與車(chē)體CAN總線(xiàn)系統相比，不具有容錯性能（FaultTolerant），因此每個(gè)節點(diǎn)必須有能力分辨出短路的總線(xiàn)線(xiàn)路，同時(shí)反應動(dòng)作必須遵循特定的程序。