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引言 隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，汽車(chē)越來(lái)越普及，汽車(chē)應用已變得日益復雜，而且越來(lái)越多地采用電子驅動(dòng)，因此，將更多創(chuàng )新技術(shù)及專(zhuān)用技術(shù)應用在這個(gè)領(lǐng)域也就不足為奇了。隨著(zhù)汽車(chē)擁有量的增加，發(fā)生交通事故的概率也隨之增加，特別是在夜間行車(chē)，兩車(chē)相匯，汽車(chē)前燈的控制就是一個(gè)重要的問(wèn)題，目前汽車(chē)常包含有帶動(dòng)態(tài)位置控制的前燈，特別是對高強度放電(HID)氙氣燈來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)位置控制功能非常關(guān)鍵。不過(guò)，前燈定位系統對電子組件提出了非常惡劣的環(huán)境要求。如何降低前燈運動(dòng)控制設計的復雜度，節省時(shí)間、降低成本成為汽車(chē)電子研究的重要課題，本文針對汽車(chē)前燈控制的要求，介紹一種價(jià)格低，功能較齊，基于LIN總線(xiàn)汽車(chē)前燈運動(dòng)控制系統的實(shí)現方法，對不同的步進(jìn)驅動(dòng)器/控制器組合，以實(shí)現汽車(chē)前燈運動(dòng)控制系統最優(yōu)化的系統設計方案。 系統硬件電路設計 LIN標準定義了一種車(chē)用分布式電子系統使用的低成本串行通訊系統。LIN是對現有車(chē)用多網(wǎng)絡(luò )組合的補充，這些組合包括采用控制器局域網(wǎng)絡(luò ) (CAN)協(xié)議。LIN標準可以實(shí)現具有成本效益的車(chē)內開(kāi)關(guān)、智能傳感器和制動(dòng)器應用的通訊網(wǎng)絡(luò )。通訊協(xié)議是基于SCI (UART)數據格式，一種單主/多從的概念以及一個(gè)單線(xiàn)(外加地)12V總線(xiàn)。 LIN從節點(diǎn)對總節點(diǎn)發(fā)出的控制信號進(jìn)行處理，并對車(chē)燈驅動(dòng)電路狀態(tài)進(jìn)行測量。當從節點(diǎn)接收到報文信息后，對車(chē)燈發(fā)出相應的控制信號，并分析各燈的狀態(tài)，若發(fā)生故障，則生成一個(gè)數據信息發(fā)送到總節點(diǎn)。LIN從節點(diǎn)在檢測到總節點(diǎn)發(fā)送的信號后，先通過(guò)報文幀進(jìn)行識別，看其是否屬于自己的報文信息。若屬于則首先判斷報文是不是查詢(xún)信息，如果是，則返回一個(gè)響應信息，如果是控制信息，則對相應的車(chē)燈進(jìn)行控制，并對該車(chē)燈驅動(dòng)電路上的測量點(diǎn)電位進(jìn)行測量和進(jìn)行處理�？雌涫欠癜l(fā)生故障。若發(fā)生故障，則通過(guò) LIN總線(xiàn)發(fā)送信息給總節點(diǎn)。并根據傳感器檢測到前方來(lái)車(chē)的燈光信號，實(shí)時(shí)的作出判斷，調整燈光的亮度和變化。圖l示出LIN汽車(chē)前燈控制硬件框圖。 
MCU控制單元 設計中MCU選用飛思卡爾M68HC08系列的MC68HC908QL4作為L(cháng)IN從節點(diǎn)的MCU，其電路框圖如圖2所示。16引腳TOP封裝的QL4芯片，VDD接+5V電源，SLCTX、SLCRX引腳分別接LIN的收發(fā)器(TJA1020)的TXD、RXD引腳。經(jīng)過(guò)收發(fā)器LIN引腳進(jìn)來(lái)+12V的LIN信號，經(jīng)過(guò)收發(fā)器轉換成+5V的接受和發(fā)送信號，分別傳到QL4的接受和發(fā)送引腳。
從節點(diǎn)在初始化完成后，其它操作都在中斷里面完成。SLIC狀態(tài)向量寄存器(SLCSV)提供一個(gè)索引偏移量直接反映LIN模塊當前的工作狀態(tài)，它可以和用戶(hù)提供的跳轉表一起用來(lái)快速進(jìn)入一個(gè)中斷服務(wù)子程序。LIN模塊的所有狀態(tài)在SLCSV里面都有相應的值對應，其值不僅反映LIN模塊狀態(tài)的索引偏移量，還反映中斷的優(yōu)先級。 LIN收發(fā)器 本設計選用TJAl020作為L(cháng)IN收發(fā)器，TJAl020是LIN主/從協(xié)議控制器和LIN物理總線(xiàn)之間的接口，主要用作于車(chē)輛副網(wǎng)絡(luò )。其波特率為2.4~20kbit/s�？刂破髟赥XD引腳輸入的發(fā)送數據流通過(guò)LIN收發(fā)器轉換成LIN總線(xiàn)信號，并由收發(fā)器控制轉換速率和波形，減少極低的電磁發(fā)射(EME)。 LIN總線(xiàn)的輸出引腳通過(guò)一個(gè)內部終端電阻拉成高電平。收發(fā)器在LIN總線(xiàn)的輸入引腳檢測數據流并通過(guò)引腳RXD發(fā)送到微控制器。 電源模塊 在設計中，LIN模塊的電壓調節器均采用微功耗、低壓差穩壓器LTll2l-5。選用 LTl121-5通過(guò)對SHDN輸入低電平，能使其進(jìn)入停止模式，這時(shí)靜態(tài)電流只有16mA，因此在總線(xiàn)上沒(méi)有活動(dòng)時(shí)，就能達到減少功耗的目的;此外，該器件還具有防止輸入和輸出電源反向的功能，即使在輸出端不增加二極管的情況下，也能防止電流反向倒流。 車(chē)燈的驅動(dòng)電路模塊 所設計的車(chē)燈驅動(dòng)電路模塊采用分布式制動(dòng)器控制，其控制框如圖3所示。該控制用于雙前燈的水平定位、旋轉及AFS。LIN微步進(jìn)電機驅動(dòng)器是一種帶集成有LIN控制/診斷的定位控制器的兩相驅動(dòng)器，此控制器通過(guò)LIN接口接收高級定位指令，隨后驅動(dòng)電機線(xiàn)圈到達理想位置。片上位置控制器可為不同電機類(lèi)型、定位距離以及參數(如速度、加速度和減速度)而配置。如果系統檢測到停轉狀態(tài)，無(wú)傳感器停轉檢測就會(huì )阻止定位器失步并使電機停止。
控制器命令集的高抽象水平減少了MCU內微處理器的負載。根據前燈運動(dòng)控制軸數量的不同而將調整應用是直接了當的方法。以模塊化方式擴展硬件和軟件設計，不會(huì )嚴重影響對主微控制器的要求。本系統只用一個(gè)MCU，并且要改變系統控制功能時(shí)增加或移走可選的電機很方便，花費也很少。目前的汽車(chē)常包含有帶動(dòng)態(tài)位置控制的前燈。對于高強度放電(HID)氙氣燈，這種功能很關(guān)鍵。歐洲安全條例要求能動(dòng)態(tài)控制主前燈光束的垂直位置，避免眩光。如果采用步進(jìn)電機驅動(dòng)器芯片，就可為這些應用只需幾個(gè)無(wú)源元件的類(lèi)似應用設計出集成電子電機驅動(dòng)器電路。 驅動(dòng)器芯片通過(guò)一條LIN、I2C或SPI總線(xiàn)得到高水平定位控制和診斷命令指令，并將其轉換成驅動(dòng)步進(jìn)電機線(xiàn)圈的PWM信號。集成電機驅動(dòng)器電路的優(yōu)點(diǎn)包括能增加系統集成度，減小線(xiàn)束復雜度并降低EMI輻射，這樣能降低系統成本，加快終端產(chǎn)品面市時(shí)間并提高性能。傳統上來(lái)看，汽車(chē)鹵素前燈系統都裝有一個(gè)手動(dòng)調節器，來(lái)對準前燈垂直方向。此裝置含有一模擬伺服系統，包含有一傳動(dòng)、有刷直流電機的制動(dòng)器驅動(dòng)到與手動(dòng)調節好的位置相對應的位置。伺服系統的反饋采用一個(gè)連接到制動(dòng)器末端齒輪的電位計，電機驅動(dòng)器為一功放。該系統相對來(lái)說(shuō)價(jià)格低廉。 本設計采用的是線(xiàn)性步進(jìn)電機前燈垂直定位方法。這類(lèi)電機非常牢靠，并且工作在開(kāi)環(huán)模式下不需要電位計反饋。線(xiàn)性運動(dòng)通過(guò)一個(gè)螺栓/螺母組合實(shí)現。繞螺栓旋轉的步進(jìn)電機有一通過(guò)定子線(xiàn)圈內的控制電流帶動(dòng)磁轉子。 用于鹵素前燈水平定位系統、垂直定位、全適應前照明系統(AFS)等。 汽車(chē)前燈是對汽車(chē)夜間行駛安全性很關(guān)鍵的器件，控制其位置的電機必須也工作在自動(dòng)方式，如果通訊總線(xiàn)發(fā)生故障，要將燈轉到安全位置。這一要求意味著(zhù)，驅動(dòng)器電路必須在不借助外傳感器情況下檢測停轉位置，通過(guò)其微步進(jìn)模式，保證運動(dòng)無(wú)聲而平滑。因此，對任何前燈位置控制架構，不論是集中式的還是分布式的，這些功能都是很基本的特征。 軟件設計 車(chē)燈控制系統主要完成兩個(gè)功能：一是實(shí)現LIN子節點(diǎn)對車(chē)燈的控制;二是實(shí)現對車(chē)燈故障的診斷。在控制中，通過(guò)分析總線(xiàn)電位和驅動(dòng)電路中輸入、輸出、故障診斷引腳的電位來(lái)判斷系統是否發(fā)生故障。 要使LIN總線(xiàn)節點(diǎn)有效、實(shí)時(shí)地完成通信任務(wù)，軟件設計是關(guān)鍵。本設計采用結構化程序設計方案，具有較好的模塊性、可移植性和可修改性。 LIN信息的接收采用中斷方式，當MC68HC908QL4控制器檢測到符合該節點(diǎn)要求的信息幀后，首先判斷本地節點(diǎn)接收到的是什么信息，若為控制信息，則接收2個(gè)字節的數據信息;若為查詢(xún)信息，則將本地節點(diǎn)車(chē)燈的狀態(tài)以信息幀的形式發(fā)送回主節點(diǎn)，以反映節點(diǎn)情況。然后判斷，若為接收數據幀，則在 SLIC模塊中的數據寄存器(SLCDx)上讀取相應的信息。最后是根據數據信息中相關(guān)的位進(jìn)行車(chē)燈控制，在發(fā)出控制信號后，相應采集車(chē)燈驅動(dòng)芯片輸入、輸出和故障診斷引腳的電位，驅動(dòng)車(chē)燈的運動(dòng)狀況，接通水平方向車(chē)燈、接通左右方向車(chē)燈、AFS照明系統，通過(guò)對電位的分析判斷，向驅動(dòng)電路發(fā)出控制信號，若不需要啟動(dòng)車(chē)燈，則發(fā)送一個(gè)返回信息，返回到掃描車(chē)燈的位置。其程序設計車(chē)燈控制的流程如圖4所示。
在系統啟動(dòng)并進(jìn)行初始化以后， 儀表模塊開(kāi)始啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器， 實(shí)現周期性地對儀表盤(pán)的車(chē)燈按鈕狀態(tài)進(jìn)行掃描， 然后將信息通過(guò) L I N總線(xiàn)傳送到車(chē)燈控制模塊， 該信息包含了駕駛員對于車(chē)燈狀態(tài)的要求( 開(kāi)通或關(guān)斷) 。車(chē)燈控制模塊同時(shí)對數字量診斷輸出的車(chē)燈信息和模擬電流傳感器診斷輸出的車(chē)燈進(jìn)行檢測，對于出現故障的車(chē)燈信息，通過(guò) L I N總線(xiàn)傳輸到儀表模塊上。傳輸信息包括車(chē)燈的名稱(chēng)、車(chē)燈所在的位置和車(chē)燈狀態(tài)等 。車(chē)燈控制模塊結合儀表模塊判斷結果及儀表盤(pán)的掃描結果，決定是否打開(kāi)車(chē)燈或關(guān)閉車(chē)燈。儀表模塊通過(guò) L I N總線(xiàn)接收/傳送車(chē)燈控制模塊的信息。 結語(yǔ) 基于LIN總線(xiàn)汽車(chē)前燈運動(dòng)控制系統，能夠通過(guò)LIN總線(xiàn)對車(chē)燈進(jìn)行線(xiàn)診斷，系統具有結構簡(jiǎn)單、性能可靠、功能較齊、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，對不同的步進(jìn)驅動(dòng)器/控制器組合，以實(shí)現汽車(chē)前燈運動(dòng)控制系統最優(yōu)化的系統設計方案。設計了MCU+LIN接口芯片的LIN節點(diǎn)硬件結構，實(shí)現了主機/從機任務(wù)的LIN網(wǎng)絡(luò )通訊。目前在國內如何采用總線(xiàn)技術(shù)提高整車(chē)性能，降低制造和維護成本，已成為汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家關(guān)注的熱點(diǎn)。 參考文獻： [1] 盧珞先, 卓偉. 基于LIN總線(xiàn)的車(chē)燈在線(xiàn)診斷系統設計與實(shí)現[J]. 國外電子元器件, 2008(6) [2] 張天柱, 王旭東, 胡博. 基于LIN總線(xiàn)的車(chē)燈控制的故障診斷系統[J]. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報, 2007(6) [3] 胡博, 王旭東, 王力等. 基于CAN/LIN總線(xiàn)的車(chē)燈控制器設計與實(shí)現[J]. 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版), 2007(4) [4] 李文言, 陳無(wú)畏, 楊柳青. 汽車(chē)車(chē)燈CAN總線(xiàn)控制系統通信節點(diǎn)設計[J]. 公路與汽運, 2007(3) 作者：河南安陽(yáng)工學(xué)院電子信息與電氣工程系 秦長(cháng)海 王奎英 時(shí)間：2009-12-10 |
