談?wù)勚悄苘?chē)窗升降設計

　　智能汽車(chē)演進(jìn)從車(chē)窗開(kāi)始

　　當整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)都在熱衷于無(wú)人駕駛汽車(chē)的時(shí)候，我們不能避免一個(gè)尷尬的事實(shí)：目前還沒(méi)有辦法做到，而且未來(lái)十幾年也未必能做好。但是從各種無(wú)人駕駛概念車(chē)的演示中不難發(fā)現，無(wú)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)不錯的主意，與其激進(jìn)地從頭到尾重新定義無(wú)人汽車(chē)，不如先讓一些部件智能起來(lái)，例如動(dòng)力總成、車(chē)載信息娛樂(lè )系統、儀表板、安全和車(chē)身應用等汽車(chē)電子系統。而車(chē)身電子作為汽車(chē)的電子框架，可以作為智能汽車(chē)演進(jìn)的起點(diǎn)。

　　車(chē)身電子系統涉及駕駛艙內部的多種應用，涵蓋了舒適性、安全和安防功能以及高性能計算與車(chē)內網(wǎng)絡(luò )等功能。飛思卡爾半導體(Freescale)豐富的8位、16位和32位微控制器(MCU)系列產(chǎn)品是這類(lèi)應用的核心所在，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(chē)身電子應用提供完整的解決方案。車(chē)身電子應用主要包括：中央網(wǎng)關(guān)/車(chē)內網(wǎng)絡(luò )，車(chē)門(mén)、車(chē)窗升降及座椅控制，入門(mén)級車(chē)身控制模塊，暖通空調(HVAC)，高端車(chē)身控制模塊，照明以及無(wú)線(xiàn)充電等。

　　今天的主角是車(chē)窗，車(chē)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(chē)窗也成為又一大“兒童殺手”，其智能的重要性可見(jiàn)一斑。目前，對于智能車(chē)窗的主要需求集中在防夾和車(chē)窗卡死檢測。車(chē)窗防夾技術(shù)作為較早開(kāi)發(fā)的兒童安全保護技術(shù)已經(jīng)普遍應用到各檔次車(chē)型中，但在中國，這項技術(shù)經(jīng)常只被應用在前排車(chē)窗上，卻忽略了兒童經(jīng)常乘坐的后排和玩耍的天窗。

　　S12VR車(chē)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)驗證的S12 MCU，因而可以簡(jiǎn)化汽車(chē)工程設計。S12VR系列是該組合中第一套基于LL18UHV處理技術(shù)的系統級封裝器件，針對汽車(chē)和工業(yè)防夾車(chē)窗升降系統、電動(dòng)天窗模塊、LIN控制的繼電器驅動(dòng)、智能執行器、基于繼電器的直流電機和其他空間受限的繼電器直流電機控制應用。

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

　　圖1 S12 MagniV車(chē)窗升降和基于繼電器的直流電機控制參考設計電路圖

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

　　圖2飛思卡爾TRK-S12VR-WLFT參考設計電路板

　　這款參考設計的主要特性包括：LIN連接器;通過(guò)HVIX喚醒引腳進(jìn)行繼電器診斷，狀態(tài)可以通過(guò)LIN發(fā)送;工作電壓范圍為8 V~18 V;采用32 LQFP封裝;通過(guò)霍爾編碼器進(jìn)行防夾、電機堵轉檢測;通過(guò)HS0驅動(dòng)的半開(kāi)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以通過(guò)LIN發(fā)送，開(kāi)關(guān)可以通過(guò)定時(shí)或LIN命令禁用;車(chē)窗命令開(kāi)關(guān)，支持一鍵升/降;SWD接口。

　　圖3 S12VR64車(chē)窗升降使用案例

　　集成高電壓模擬組件的S12VR

　　這款車(chē)窗升降參考設計的最大支持來(lái)自飛思卡爾S12VR系列，其將NVM、數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(chē)穩壓器、LIN物理層、低邊驅動(dòng)、高邊驅動(dòng)和輸入。新的高電壓器件都能夠承受汽車(chē)環(huán)境的嚴格要求(高達40 V，這種情況在負載突降時(shí)會(huì )出現)，這些器件與業(yè)界公認的16位S12 CPU和存儲器子系統(包含受ECC保護的閃存和真實(shí)的EEPROM)集成在一起。

　　S12VR集成了一個(gè)系統中的所有元件，節省了寶貴的PCB空間，簡(jiǎn)化了設計，提高了系統的整體質(zhì)量，降低了成本。更小的PCB意味著(zhù)更小的機箱，在汽車(chē)應用中減去一點(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(kāi)發(fā)時(shí)間，從而大大加快了產(chǎn)品上市速度。

　　汽車(chē)標準軟件

　　軟件正逐漸成為客戶(hù)產(chǎn)品差異化的殺手锏，飛思卡爾也早就著(zhù)手幫助客戶(hù)應對這場(chǎng)軟件戰役，以實(shí)現創(chuàng )新和資源整合等。從上面的介紹可以看到，S12 MagniV車(chē)窗升降參考設計的很多功能(如防夾檢測、自校準)就是通過(guò)軟件實(shí)現的。

　　飛思卡爾的汽車(chē)標準軟件產(chǎn)品有：微控制器抽象層MCAL(源代碼)、操作系統(源代碼)和配置工具(可執行文件)。對于飛思卡爾提供的軟件產(chǎn)品，深入的硬件知識是至關(guān)重要的，如面向汽車(chē)電子微控制器的符合AUTOSAR(汽車(chē)開(kāi)放系統架構)標準的軟件。

　　飛思卡爾提供許多S12 MCU的AUTOSAR軟件，AUTOSAR使成本效益的軟件開(kāi)發(fā)不再需要客戶(hù)驅動(dòng)程序。這使得MCU更容易使用，節省了開(kāi)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(lái)，在車(chē)窗升降方面還是有一些值得深入研究之處，如自動(dòng)檢測車(chē)窗(內外)拋物，畢竟由車(chē)窗拋物帶來(lái)的交通事故也是不少。例如，可以利用車(chē)載攝像頭實(shí)時(shí)檢測外部異物，如果判斷有物體飛來(lái)，就自動(dòng)關(guān)閉車(chē)窗并報警，以保護車(chē)內人員安全。