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摘要：本文針對汽車(chē)前大燈隨動(dòng)轉向系統控制，提出基于飛思卡爾S12ZVL的混合集成芯片解決方案。本文詳細描述汽車(chē)前大燈隨動(dòng)轉向系統的軟硬件設計框圖，同時(shí)介紹基于飛思卡爾的LIN驅動(dòng)包的控制器LIN通信實(shí)現。 0 引言 汽車(chē)前照燈是汽車(chē)上重要的安全部件。當前大部分汽車(chē)頭燈的照射角度是固定的，當汽車(chē)在彎道上行駛時(shí)，由于光束不能偏轉，光照視野不能滿(mǎn)足駕駛要求。所以當在夜間行駛轉彎的時(shí)候，會(huì )因為行駛角度問(wèn)題出現一定的“盲區”，這會(huì )在一定程度上影響行車(chē)的安全。在照明光線(xiàn)固定的情況下，這個(gè)盲區是不可避免的，所以“AFS燈光隨動(dòng)轉向系統”就應運而生了。它能根據汽車(chē)的轉向信號以及車(chē)速信號等，自動(dòng)調節車(chē)燈光束的方向，確保車(chē)輛在轉彎時(shí)無(wú)延遲的對準即將進(jìn)入駕駛員視野的路面，為駕駛員提供最優(yōu)的照明效果，確保夜間轉彎行車(chē)的安全，提高了汽車(chē)的主動(dòng)安全性。 如圖1所示，AFS系統以車(chē)輛在轉彎時(shí)方向盤(pán)的轉角以及汽車(chē)瞬時(shí)車(chē)速作為控制參數輸入，根據設計的控制算法得到與車(chē)速和方向盤(pán)轉角相適應的車(chē)燈轉角，并以之作為目標角度來(lái)對汽車(chē)前大燈進(jìn)行隨動(dòng)調節。同時(shí)通過(guò)計算車(chē)身前后橋傳感器信號，自動(dòng)調節大燈高度位置，以適應不同道路坡度的照明需求。本文提出了基于S12ZVL的AFS執行控制器設計，從而實(shí)現與AFS主控模塊之間的LIN通信，并驅動(dòng)步進(jìn)電機轉動(dòng)HID燈。 圖1 AFS系統效果圖 1 S12ZVL特點(diǎn) S12ZVL系列是S12 MagniV混合信號微控制器組合的一部分，提供智能、優(yōu)化集成的高電壓組件。此新系列基于LL18UHV技術(shù)，可在單一芯片上結合高度可靠的180納米非易失性存儲器和高電壓模擬組件，這些高電壓模擬組件能夠承受負載突降時(shí)汽車(chē)環(huán)境的嚴苛要求。S12ZVL產(chǎn)品系統集成了一個(gè)LIN物理層、受ESD保護的12V輸入引腳（能夠進(jìn)行ADC測量）以及在3.5V至40V之間操作的汽車(chē)穩壓器（為霍爾傳感器或RGB LED等片上和片外功能提供穩定的電源）。S12ZVL系列包括可擴展和引腳兼容的MCU，提供廣泛的內存和封裝選件。它重新利用最新推出的S12Z內核、IP和工具，輕松從現有的S12 16位產(chǎn)品進(jìn)行遷移。此外，S12ZVL MCU集成了一些主要特性，包括所有內存（閃存、EEPROM和RAM）上的ECC功能和精確到1.3%的片上振蕩器，這可消除外部晶體振蕩器或共振器對LIN通信的要求，其結構框圖如圖2所示。 同時(shí)S12ZVL系列包括屬于飛思卡爾Safe Assure功能安全保障計劃的第一款16位MCU，旨在符合ISO 26262(ASIL A)要求的功能安全標準。 圖2 S12ZVL系列結構框圖 2 AFS執行控制器設計 AFS執行機構是由一系列的電機和光學(xué)機構組成。一般有投射式前照燈，對前照燈垂直角度進(jìn)行調整的調高電機，對前照燈水平角度進(jìn)行調整的旋轉電機，對基本光型進(jìn)行調整的可移動(dòng)光柵，此外還有一些附加燈，如角燈等等。 如圖3所示，電控單元LCM通過(guò)CAN總線(xiàn)從方向盤(pán)角度、車(chē)速、車(chē)身高度位移傳感器分別取得轉向輪旋轉角度、車(chē)體速度和車(chē)身傾斜度的精確信息。角度和速度信息通過(guò)LCM模塊精確計算后產(chǎn)生輸出信號，通過(guò)LIN總線(xiàn)通信分別控制左右兩個(gè)執行機構，來(lái)控制旋轉電機對前照燈進(jìn)行水平旋轉，傾斜度信息控制調高電機對前照燈進(jìn)行垂直旋轉。 圖3 AFS系統結構 2.1 硬件設計 執行控制器采用S12ZVL來(lái)實(shí)現LIN通信并控制步進(jìn)電機調整車(chē)燈上下左右運動(dòng)，同時(shí)實(shí)現一些輔助功能等。由于S12ZVL集成了LDO，LIN物理層等，所以可以簡(jiǎn)化電路設計，減小PCB的尺寸。S12ZVL通過(guò)SPI接口來(lái)配置兩路NCV70522的電機控制參數，比如步進(jìn)電機控制細分數，運行電流等，同時(shí)S12ZVL通過(guò)Timer模塊產(chǎn)生不同頻率脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機的速度，硬件結構圖如圖4所示。 圖4 AFS執行器硬件結構圖 2.2 軟件設計 S12ZVL的編程調試可以使用飛思卡爾的Code Warrior 10.6環(huán)境，界面比較人性化。AFS執行控制器程序包含主程序，LIN驅動(dòng)程序，步進(jìn)電機芯片的控制程序及標定程序等部分。其中主程序流程圖如圖5所示，LIN驅動(dòng)程序可以使用飛思卡爾的LIN軟件包，其初始化可以通過(guò)LIN軟件包提供的接口函數實(shí)現，步進(jìn)電機驅動(dòng)IC的初始化主要通過(guò)SPI通信來(lái)實(shí)現，可以配置電機驅動(dòng)IC的工作電流，步進(jìn)電機的細分數等參數。在主循環(huán)中通過(guò)使用狀態(tài)機來(lái)實(shí)現函數的跳轉，從而實(shí)現LIN報文接收。 除了主程序之外，還有timer的中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序可以控制兩個(gè)步進(jìn)電機的運行及停止，實(shí)現步進(jìn)電機的加減速運動(dòng)，同時(shí)也能實(shí)現一些LIN報文命令的動(dòng)作，比如自校準運動(dòng)，停止命令，復位命令等。 圖5 主程序流程圖 3 LIN通信實(shí)現 針對S08,S12以及S12 Magniv系列，飛思卡爾提供了符合LIN2.1，LIN2.0和SAE2602規范的軟件包，從而可以幫助開(kāi)發(fā)者非常方便快速的開(kāi)發(fā)出LIN通信程序。圖6為飛思卡爾的LIN驅動(dòng)程序結構圖，LIN2.1 Core API 和J2602 Core API可以實(shí)現對LIN的初始化以及應用層與core層之間的信號傳遞功能，LIN2.1 TL層可以給測試者發(fā)送診斷請求，Low Level層處理程序與硬件之間的信號傳遞功能，比如字節發(fā)送，接收響應，Break檢測等。 圖6 LIN軟件包結構框圖 該軟件包除了驅動(dòng)程序之外，還提供了方便開(kāi)發(fā)者使用的圖形化配置工具NCF GUI，該工具可以根據LIN配置描述文件LCF和節點(diǎn)描述文件NCF自動(dòng)生成節點(diǎn)的配置.c和.h文件，將LIN代碼配置文件，LIN驅動(dòng)程序以及用戶(hù)應用軟件一起編譯，就可以生成實(shí)現LIN通信的可執行程序，如圖7所示。從而可以方便開(kāi)發(fā)者將更多的時(shí)間放在應用程序的開(kāi)發(fā)上。 圖7 LIN配置流程 4 總結 本文詳細介紹了飛思卡爾S12ZVL混合集成芯片在A(yíng)FS中的應用，其中包括S12ZVL芯片的特點(diǎn)，AFS控制系統的結構，同時(shí)也詳細介紹了飛思卡爾的LIN通信軟件包。通過(guò)飛思卡爾S12ZVL混合信號集成芯片及飛思卡爾LIN通信軟件包，開(kāi)發(fā)者可以快速實(shí)現LIN通信功能，同時(shí)可縮小產(chǎn)品尺寸、加快AFS執行控制器的開(kāi)發(fā)過(guò)程。 |
