用CAN/LIN總線(xiàn)實(shí)現車(chē)門(mén)分布式控制系統

摘要： 結合CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，設計實(shí)現了基于CAN/LIN總線(xiàn)的分層式車(chē)門(mén)控制系統，首先講述了集中式控制系統結構和分布式控制系統結構的實(shí)現及相應的特點(diǎn)，論述了選定分布式結構的原因，然后詳述了車(chē)門(mén)分布式系統的實(shí)現及相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 總線(xiàn)；CAN；LIN；車(chē)門(mén)控制

引言

隨著(zhù)各種傳感器的出現和芯片技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車(chē)的安全性和智能化程度日益提高，汽車(chē)電子控制單元(ECU)的功能和ECU間的信息交互日益增加，汽車(chē)生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)了多種總線(xiàn)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)現相應的網(wǎng)絡(luò )結構[1]，滿(mǎn)足單元間不同要求的數據交換。對車(chē)門(mén)區域的控制而言，要實(shí)現的功能較多，包括車(chē)窗升降、后視鏡的位置調整、門(mén)鎖開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)量的檢測等，針對不同的目標客戶(hù)群，可選擇實(shí)現的智能也較多，包括車(chē)窗防夾，后視鏡折疊和加熱等，筆者采用低速CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)實(shí)現了車(chē)門(mén)分布式控制系統，選擇性地實(shí)現了部分智能，該系統同時(shí)可以迅速修改和升級，而不需要太大的設計變動(dòng)。本文講述下系統結構的確定和分布式控制的具體實(shí)現。

系統結構的確定

車(chē)門(mén)控制系統采用總線(xiàn)式拓補結構，總線(xiàn)一般采用低速CAN總線(xiàn)或LIN總線(xiàn)，采用不同總線(xiàn)協(xié)議和不同的拓補結構可以提供不同程度的智能。第一種方案是每個(gè)車(chē)門(mén)采用一個(gè)集中控制的CAN節點(diǎn)，BSI和四個(gè)車(chē)門(mén)通過(guò)一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò )連接，如圖1所示。

圖1 車(chē)門(mén)集中式控制方案

第二種方案是每個(gè)車(chē)門(mén)采用分布式LIN網(wǎng)結構，將各個(gè)功能做成單獨的節點(diǎn)，即單獨的后視鏡控制節點(diǎn)，車(chē)窗控制節點(diǎn)，門(mén)鎖控制節點(diǎn)，開(kāi)關(guān)輸入控制節點(diǎn)，該開(kāi)關(guān)輸入控制節點(diǎn)可以同時(shí)作為L(cháng)IN的主節點(diǎn)，每個(gè)車(chē)門(mén)的主節點(diǎn)同時(shí)為CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，BSI和四個(gè)車(chē)門(mén)通過(guò)CAN網(wǎng)連接。如圖2所示。

圖2 車(chē)門(mén)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(chē)窗升降及防夾、后視鏡的位置調整、門(mén)鎖、開(kāi)關(guān)量的輸入檢測集中在一個(gè)ECU中實(shí)現，成本較低，采用低速CAN總線(xiàn)連接，拓補結構簡(jiǎn)單，通訊簡(jiǎn)單實(shí)時(shí)，協(xié)議的制定比較簡(jiǎn)單，且CAN采用多主雙線(xiàn)容錯機制，故安全性較高，基于CAN總線(xiàn)的診斷也使得故障的查找和維修比較方便。

隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展和消費者對汽車(chē)智能化的追求，汽車(chē)智能化程度的提高和迅速升級換代是保證汽車(chē)廠(chǎng)商競爭力的關(guān)鍵因素，采用單一CAN總線(xiàn)集中控制的缺點(diǎn)也開(kāi)始暴露出來(lái)。由于車(chē)門(mén)節點(diǎn)內的高性能MCU直接控制車(chē)窗和車(chē)鏡，當ECU的智能性要求越來(lái)越高，需要增加功能或智能時(shí)，只能增強各個(gè)集中控制節點(diǎn)的MCU功能，造成MCU規格增大；且集中控制安裝復雜，接插件和連接線(xiàn)纜較多，當智能增加時(shí)，互連數量增加，缺乏靈活性，產(chǎn)品升級換代需要大量成本，最終導致效率降低[2]。

分層式網(wǎng)絡(luò )是解決汽車(chē)產(chǎn)品低成本迅速升級換代的有效解決方案，LIN總線(xiàn)作為CAN總線(xiàn)的有效補充，是分層式汽車(chē)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 )結構，充分發(fā)揮了CAN/LIN總線(xiàn)各自的優(yōu)勢，將部分功能移植到更小，更可靠的節點(diǎn)，降低了各個(gè)ECU的復雜度，且四個(gè)門(mén)內的各LIN節點(diǎn)可以通用，互換性和兼容性更好，可以根據車(chē)門(mén)功能的配置要求隨時(shí)添加或者減掉某個(gè)節點(diǎn)，而不會(huì )對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生任何影響，從而可以迅速升級換代，而不會(huì )帶來(lái)更大的成本消耗。

單芯片傳感器和執行器的出現提供了分布式節點(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(zhù)LIN總線(xiàn)技術(shù)的不斷成熟，對MCU和LIN狀態(tài)機進(jìn)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。

分布式控制的實(shí)現

在車(chē)門(mén)系統的分布式控制實(shí)現中，每個(gè)車(chē)門(mén)均為一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò )，前車(chē)門(mén)包括車(chē)窗節點(diǎn)，后視鏡節點(diǎn)和門(mén)鎖節點(diǎn)，后車(chē)門(mén)不包括后視鏡節點(diǎn)，以下從分布式節點(diǎn)的實(shí)現和網(wǎng)關(guān)的實(shí)現兩個(gè)方面論述一下車(chē)門(mén)分布式控制系統的實(shí)現。

后視鏡節點(diǎn)

后視鏡節點(diǎn)方案如下圖所示,實(shí)現對后視鏡上下、前后兩個(gè)方向的位置調整，實(shí)現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，MM908E625是一個(gè)高度集成的單封裝解決方案，在一個(gè)SOIC54的封裝內集成了HC08內核和SmartMOS模擬控制IC，該模擬控制IC包括LIN物理層收發(fā)器，電壓調整器，4個(gè)半H橋和一個(gè)高端開(kāi)關(guān)，采用半H橋實(shí)現對后視鏡電機的驅動(dòng)從而實(shí)現位置調整和折疊，利用高端開(kāi)關(guān)實(shí)現后視鏡加熱。

圖3 后視鏡節點(diǎn)方案

車(chē)窗節點(diǎn)

車(chē)窗節點(diǎn)方案如下圖所示。實(shí)現車(chē)窗升降及防夾，采用帶電流反饋的智能功率驅動(dòng)芯片，設計基于電流反饋的小算法，可以實(shí)現防夾功能。當車(chē)窗電機啟動(dòng)后，經(jīng)過(guò)百毫秒級的時(shí)間便可以平穩運行，在這段啟動(dòng)時(shí)間后對驅動(dòng)芯片的電流反饋值取樣，經(jīng)車(chē)窗ECU上的MCU內的ADC采樣與閾值比較，如果碰到障礙物，車(chē)窗電機運轉電流增大，ADC采樣值超過(guò)設置的閾值，這時(shí)認為碰到了障礙物，MCU控制驅動(dòng)芯片停止對車(chē)窗電機的驅動(dòng)，從而實(shí)現了防夾。

圖4 車(chē)窗節點(diǎn)方案

網(wǎng)關(guān)

每個(gè)車(chē)門(mén)LIN網(wǎng)的主節點(diǎn)完成該車(chē)門(mén)區域的開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測，控制所有在該LIN網(wǎng)絡(luò )上的通信，設計合理的進(jìn)度表控制每個(gè)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。該節點(diǎn)同時(shí)是CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，完成CAN網(wǎng)和LIN網(wǎng)間的數據緩沖和信息交換。

結語(yǔ)

本文綜合考慮了不同系統結構的優(yōu)缺點(diǎn)和汽車(chē)產(chǎn)品智能化和更新?lián)Q代的要求，設計實(shí)現了基于CAN/LIN總線(xiàn)的車(chē)門(mén)分布式控制系統，系統運行良好，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
　　
參考文獻：
1.  劉曉明、高青春、熊東，基于CAN/LIN總線(xiàn)的汽車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )設計，微機發(fā)展，2005.08期
2.  鄭榮良、袁鵬平，局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )LIN總線(xiàn)在車(chē)輛上的應用，江蘇大學(xué)學(xué)報，2004.02期
3.  侯樹(shù)梅、張云龍、蘇劍，一種新型汽車(chē)車(chē)身低端通訊總線(xiàn)LIN，汽車(chē)技術(shù)，2003.11期