利用分布式LIN和CAN網結構實現車門控制系統的設計

引言

隨著各種傳感器的出現和芯片技術的飛速發展，汽車的安全性和智能化程度日益提高，汽車電子控制單元（ECU）的功能和ECU間的信息交互日益增加，汽車生產商開發了多種總線技術，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現相應的網絡結構，滿足單元間不同要求的數據交換。對車門區域的控制而言，要實現的功能較多，包括車窗升降、后視鏡的位置調整、門鎖開關、開關量的檢測等，針對不同的目標客戶群，可選擇實現的智能也較多，包括車窗防夾，后視鏡折疊和加熱等，筆者采用低速CAN總線和LIN總線實現了車門分布式控制系統，選擇性地實現了部分智能，該系統同時可以迅速修改和升級，而不需要太大的設計變動。本文講述下系統結構的確定和分布式控制的具體實現。

系統結構的確定

車門控制系統采用總線式拓補結構，總線一般采用低速CAN總線或LIN總線，采用不同總線協議和不同的拓補結構可以提供不同程度的智能。第一種方案是每個車門采用一個集中控制的CAN節點，BSI和四個車門通過一個CAN網絡連接，如圖1所示。

圖1 車門集中式控制方案

第二種方案是每個車門采用分布式LIN網結構，將各個功能做成單獨的節點，即單獨的后視鏡控制節點，車窗控制節點，門鎖控制節點，開關輸入控制節點，該開關輸入控制節點可以同時作為LIN的主節點，每個車門的主節點同時為CAN-LIN網關節點，BSI和四個車門通過CAN網連接。如圖2所示。

圖2 車門分布式控制方案

方案1是目前大量生產商采用的典型方案，這種集中控制的方式將車窗升降及防夾、后視鏡的位置調整、門鎖、開關量的輸入檢測集中在一個ECU中實現，成本較低，采用低速CAN總線連接，拓補結構簡單，通訊簡單實時，協議的制定比較簡單，且CAN采用多主雙線容錯機制，故安全性較高，基于CAN總線的診斷也使得故障的查找和維修比較方便。

隨著技術的發展和消費者對汽車智能化的追求，汽車智能化程度的提高和迅速升級換代是保證汽車廠商競爭力的關鍵因素，采用單一CAN總線集中控制的缺點也開始暴露出來。由于車門節點內的高性能MCU直接控制車窗和車鏡，當ECU的智能性要求越來越高，需要增加功能或智能時，只能增強各個集中控制節點的MCU功能，造成MCU規格增大；且集中控制安裝復雜，接插件和連接線纜較多，當智能增加時，互連數量增加，缺乏靈活性，產品升級換代需要大量成本，最終導致效率降低［2］。

分層式網絡是解決汽車產品低成本迅速升級換代的有效解決方案，LIN總線作為CAN總線的有效補充，是分層式汽車網絡特征升級和功能增強的關鍵因素［3］，利用方案2所示CAN-LIN分層式網絡結構，充分發揮了CAN/LIN總線各自的優勢，將部分功能移植到更小，更可靠的節點，降低了各個ECU的復雜度，且四個門內的各LIN節點可以通用，互換性和兼容性更好，可以根據車門功能的配置要求隨時添加或者減掉某個節點，而不會對整個網絡產生任何影響，從而可以迅速升級換代，而不會帶來更大的成本消耗。

單芯片傳感器和執行器的出現提供了分布式節點的低成本解決方案，給采取分布式技術降低成本提供了可能。隨著LIN總線技術的不斷成熟，對MCU和LIN狀態機進行合適的選擇，就可以獲得功能更強大、更靈活的分布式系統。

分布式控制的實現

在車門系統的分布式控制實現中，每個車門均為一個LIN網絡，前車門包括車窗節點，后視鏡節點和門鎖節點，后車門不包括后視鏡節點，以下從分布式節點的實現和網關的實現兩個方面論述一下車門分布式控制系統的實現。

后視鏡節點

后視鏡節點方案如下圖所示，實現對后視鏡上下、前后兩個方向的位置調整，實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實現，MM908E625是一個高度集成的單封裝解決方案，在一個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物理層收發器，電壓調整器，4個半H橋和一個高端開關，采用半H橋實現對后視鏡電機的驅動從而實現位置調整和折疊，利用高端開關實現后視鏡加熱。

圖3 后視鏡節點方案

車窗節點

車窗節點方案如下圖所示。實現車窗升降及防夾，采用帶電流反饋的智能功率驅動芯片，設計基于電流反饋的小算法，可以實現防夾功能。當車窗電機啟動后，經過百毫秒級的時間便可以平穩運行，在這段啟動時間后對驅動芯片的電流反饋值取樣，經車窗ECU上的MCU內的ADC采樣與閾值比較，如果碰到障礙物，車窗電機運轉電流增大，ADC采樣值超過設置的閾值，這時認為碰到了障礙物，MCU控制驅動芯片停止對車窗電機的驅動，從而實現了防夾。