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電子技術(shù)的迅速發(fā)展，為汽車發(fā)展帶來了巨大的變化，但隨著汽車電子裝置的增多導(dǎo)致車身布線的增加和復(fù)雜化。傳統(tǒng)的集中式車身控制系統(tǒng)設(shè)計很難滿足大量的數(shù)據(jù)信息在不同電子單元中的共享和實時交換．從而使系統(tǒng)運行可靠性降低、故障維修難度增大。因此，提高汽車車身電子控制系統(tǒng)的人性化和智能化程度，達到減少線束、降低成本、實現(xiàn)信息共享的目的，以提高系統(tǒng)的可靠性和可維護性勢在必行。 1 LIN總線技術(shù) LIN(Local Interconnect Network)是一種低成本的串行通訊協(xié)議，以廣泛應(yīng)用的SCI(UART)為基礎(chǔ)定義，硬件實現(xiàn)成本低廉。它基于主從結(jié)構(gòu)，單主節(jié)點多從節(jié)點，無須仲裁機制，使用單線通信，減少了大量線束的重量和費用，其應(yīng)用目標(biāo)是帶寬性能要求不高的低速系統(tǒng)，通信速率為1～20 Kb／s，目前主要被用于替代CAN總線在汽車網(wǎng)絡(luò)化電子控制系統(tǒng)中實時性要求不高的底端電子控制裝置間的通訊。 LIN總線報文傳輸是由報文幀的格式形成和控制。報文幀由主機任務(wù)向從機任務(wù)傳送同步和標(biāo)識符信息，并將一個從機任務(wù)的信息傳送給其他從機任務(wù)。主機任務(wù)位于主機節(jié)點內(nèi)部，它負責(zé)報文的進度表、發(fā)送報文頭(HEADER)。從機任務(wù)位于所有的節(jié)點中(即主機和從機)，其中一個發(fā)送報文的響應(yīng)(RESP*E)。 一個報文幀(見圖1)是由一個主機節(jié)點發(fā)送的報文頭和一個主機或從機節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)組成。 報文幀的報文頭包括一個同步間隔場(SYNCHBREAK FIELD)、一個同步場(SYNCH FIELD)和一個標(biāo)識符場(IDENTITY FIELD)。報文幀的響應(yīng)(RESP*E)則由3～9個字節(jié)場組成：2，4或8字節(jié)的數(shù)據(jù)場(DATA FIELD)和1個字節(jié)的校驗和場(CHECKSUM FIELD)。字節(jié)場由字節(jié)間空間分隔，報文幀的報文頭和響應(yīng)是由一個幀內(nèi)響應(yīng)空間分隔。最小的字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間是0。 2 車燈系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 2．1 車燈系統(tǒng)方案介紹 整個車燈系統(tǒng)共包括五個模塊(見圖2)：一個主機節(jié)點，負責(zé)掃描來自操作面板開關(guān)信息(如近光燈，霧燈，轉(zhuǎn)向燈)和來自CAN網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)信息(如剎車燈)。并通過LIN總線將其發(fā)送給四個從機節(jié)點；四個從機節(jié)點包括車頭和車尾各兩個控制節(jié)點，負責(zé)接收來自LIN總線的開關(guān)信息，控制車燈負載動作，并采集由驅(qū)動芯片反饋的車燈故障信息，通過LIN總線反饋給主機，由主機節(jié)點負責(zé)故障信息的處理和顯示。 2．2 硬件選擇及說明 主機和從機MCU分別選用FREESCALE的MC9S08DZ60和MC9S08SG04芯片。DZ60芯片內(nèi)部集成一個CAN控制器和兩個SCI模塊，可以作為車燈控制模塊和其他車身網(wǎng)絡(luò)連接的CAN／LIN網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)整車網(wǎng)絡(luò)通訊的統(tǒng)一。SG04是FREESCALE公司開發(fā)的專門用于車身底端網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點的汽車級低成本芯片，內(nèi)部集成一個SCI模塊、兩個PWM模塊和多個A／D轉(zhuǎn)換模塊，可直接作為LIN網(wǎng)絡(luò)的從機節(jié)點并能方便的實現(xiàn)對車燈負載的控制及對模擬負載故障信息的采集。 LIN收發(fā)器選用InfineonTLE6258系列收發(fā)器。TLE6258是單線收發(fā)器，適用于LIN協(xié)議，發(fā)送速率可達20 Kb／s，功耗低，具有短路保護和過溫保護功能，適用于汽車和工業(yè)應(yīng)用。為了減小電流損耗，TLE6258提供了一種空閑模式，在空閑模式下，TLE6258退出總線活動，電流降到最低，從而達到減小功率損耗的目的。在正常工作模式下，通過對ENN引腳置1進入空閑模式；在空閑模式下，通過在總線上發(fā)送喚醒幀，可把主機或從機從空閑模式喚醒，返回到正常工作模式。進入正常模式后，ENN引腳復(fù)位為0，釋放RxD引腳到傳輸數(shù)據(jù)狀態(tài)。 功率驅(qū)動芯片選用Infineon的BTS系列驅(qū)動芯片：BTS*3D用于驅(qū)動大燈，如近光燈、霧燈，BTS724G用于驅(qū)動小燈，如轉(zhuǎn)向燈、位燈。BTS*3D是N溝道FET功率管，內(nèi)部集成充電泵，電流驅(qū)動，并且具有負載電流檢測的故障反饋功能，包括過載、過溫和短路檢測，BTS*3D為單通道輸入輸出，可實現(xiàn)對負載電流的模擬量診斷反饋；BTS724G是電源MOSFET高位開關(guān)，帶四通道輸入輸出，且每一對輸入輸出相互獨立，可輸出數(shù)字量診斷反饋信號。如圖3，圖4以近光燈、轉(zhuǎn)向燈和位燈為例分別顯示了大燈驅(qū)動電路設(shè)計和小燈的驅(qū)動電路設(shè)計。 3 車燈系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括三個相對獨立的模塊設(shè)計：主機對來自操作面板和CAN總線的開關(guān)信息掃描模塊；主機和從機節(jié)點之間信息的通訊模塊；各從機節(jié)點對車燈負載的動作控制及故障信息采集模塊。其中后兩個模塊的設(shè)計是整個系統(tǒng)軟件設(shè)計部分的核心。 3．1 LIN通訊模塊設(shè)計 LIN通訊網(wǎng)絡(luò)包含五個節(jié)點：一個主機節(jié)點和四個從機節(jié)點，其中主機節(jié)點負責(zé)向四個從機節(jié)點發(fā)送控制車燈亮滅的開關(guān)信息，并定時詢問各個從機節(jié)點，接收各從機節(jié)點響應(yīng)的故障信息；四個從機節(jié)點分別控制汽車右前方、右后方、左前方、左后方四個方位的車燈負載動作，并同步采集各個車燈的故障信息，等待主機節(jié)點詢問時將其發(fā)送給主機。定義五個標(biāo)識符ID_0～ID_4，分別表示主機節(jié)點和四個從機節(jié)點的專屬地址，用于控制報文準(zhǔn)確地傳輸?shù)侥康墓?jié)點，當(dāng)主機向各個從機節(jié)點詢問故障信息時，只有專屬地址與當(dāng)前報文標(biāo)識符一致的子節(jié)點響應(yīng)報文，將故障信息發(fā)送給主機節(jié)點；定義標(biāo)識符ID_5表示所有子節(jié)點共屬地址，當(dāng)主機發(fā)送車燈開關(guān)信息時，保證所有子節(jié)點都響應(yīng)當(dāng)前報文，并根據(jù)開關(guān)信息控制車燈負載動作。 LIN網(wǎng)絡(luò)主機節(jié)點包含主機任務(wù)，負責(zé)對報文傳輸進行調(diào)度。LIN通訊協(xié)議中沒有定義仲裁機制，因此任何從機任務(wù)想要發(fā)送報文必須通過主機任務(wù)的調(diào)度：主機任務(wù)發(fā)送報文頭，標(biāo)識符匹配的從機任務(wù)發(fā)送響應(yīng)幀。LIN網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點都包含從機任務(wù)。主機節(jié)點中的從機任務(wù)負責(zé)將車燈的開關(guān)信息發(fā)送給各從機節(jié)點，接收來自從機節(jié)點的響應(yīng)幀；從機節(jié)點中的從機任務(wù)負責(zé)將從機檢測到的故障信息發(fā)送給主機節(jié)點，接收主機節(jié)點發(fā)送的開關(guān)信息。開關(guān)信息，和故障信息各占用一個字節(jié)從屬LIN報文幀的數(shù)據(jù)場，其定義格式如圖5，其中開關(guān)信息占用一個數(shù)據(jù)字節(jié)，包含所有的車燈開關(guān)信息，邏輯“O”表示相應(yīng)位中車燈開關(guān)閉合，邏輯“1”表示相應(yīng)位中車燈開關(guān)斷開；每個從機節(jié)點的車燈故障信息占用一個數(shù)據(jù)字節(jié)，圖5中顯示的是右前方車燈的故障信息，故障信息的編碼如圖中所示。 3．2 車燈負載智能驅(qū)動軟件設(shè)計 車燈負載故障最容易發(fā)生在開啟的一瞬間，為了減少大燈(近光燈)開啟時的瞬間電流過沖，延長大燈的使用壽命，在開啟時采用PwM控制方式，開啟時逐步提高PWM占空比直到100％，使近光燈的電壓逐步上升到電源電壓，近光燈的控制開關(guān)采用BTS*3D芯片，其內(nèi)部集成的電流反饋功能，能根據(jù)實際通過車燈的電流輸出一個與之成正比的反饋電流，圖3中反饋引腳IS端的外圍電路設(shè)計是將電流輸出轉(zhuǎn)換為O～5V電壓輸出供從機MCU的A／D采樣。在系統(tǒng)運行時根據(jù)命令開通控制開關(guān)后，將啟動A／D實時采集電壓反饋，如果采樣值低于設(shè)定值則認定為車燈斷路故障，如果采樣值大于設(shè)定值則認定為過載或短路故障，從機MCU將迅速關(guān)閉開關(guān)以保護該器件，并生成相應(yīng)的故障信息待主機詢問時將其反饋給主機節(jié)點，主機節(jié)點解碼故障信息并通過發(fā)光二極管顯示出來。近光燈的軟件設(shè)計流程如圖6所示。 3．3 抗干擾冗余軟件設(shè)計 汽車運行時的工況極其惡劣，發(fā)電機的供電電壓在較大范圍內(nèi)波動以及發(fā)動機點火瞬間高頻電磁干擾等對車身網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言都是很大的干擾；汽車使用過程中，由于線路絕緣磨損或者接插件不可靠等因素，可能出現(xiàn)LIN子節(jié)點從網(wǎng)絡(luò)中斷開或者短路等情況。據(jù)此，將總線故障劃分為瞬間干擾故障和永久性故障，并進行了相應(yīng)的可靠性冗余設(shè)計：在硬件上采用汽車級的高性能芯片，在軟件通訊設(shè)計上對子節(jié)點的命令及狀態(tài)信息采取反饋機制：主機將開關(guān)信息發(fā)送給各從機節(jié)點后，啟動500 ms定時器，計時時間到后主機依次詢問各子節(jié)點，請求其反饋各自的狀態(tài)信息。在這種機制下，一旦子節(jié)點在通訊中出現(xiàn)：沒有反饋命令和狀態(tài)；數(shù)據(jù)幀校驗和錯誤；子節(jié)點接收到的命令與主節(jié)點發(fā)送的命令不一致等情況，主節(jié)點馬上重新發(fā)送命令，確保各個子節(jié)點信息接收的正確性。如果某一個從機節(jié)點長時間沒有反饋信息，則可認定此節(jié)點已從網(wǎng)絡(luò)中丟失，主機節(jié)點生成相應(yīng)故障信息，并通過發(fā)光二極管顯示出來；如果LIN總線與地短接，LIN總線一直成顯性狀態(tài)(低電平狀態(tài))，則主機不能接收到任何從機節(jié)點的反饋信息，主機將關(guān)閉LIN收發(fā)器，保護此器件，并將故障顯示給駕駛員。 4 結(jié) 語 提出一個基于LIN總線的車燈控制系統(tǒng)方案，實驗證明總線化的控制系統(tǒng)方案較傳統(tǒng)的集中式控制方案具有布線簡單，結(jié)構(gòu)清晰，不同控制模塊間的獨立性強，便于以后的系統(tǒng)檢修及系統(tǒng)的升級擴展等優(yōu)點，具有一定的可行性。 |
