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引言 隨著汽車電子的迅猛發展，現代汽車中電控單元逐漸增多，這些電控單元大致可分成三類：動力傳動裝置控制（如發動機控制和變速控制），底盤部分控制（如汽車防抱死系統ABS）和車身控制。其中車身控制系統主要是為了提高駕駛的方便性和乘坐的舒適性。車身控制系統涵蓋范圍廣，包括燈光控制系統，車門控制系統，座位控制系統，氣候（空調）控制系統，儀表盤顯示等。本文選取燈光、雨刷及底盤部分電磁閥這些控制節點來說明車身控制系統如何實現分布式控制方案。 系統結構 該系統要實現的功能如下： * 控制汽車上所有車燈。 * 控制雨刷低速、高速、間歇式工作。 * 控制與取力器、全輪驅動、輪間和軸間差速器相連的電磁閥的工作。 * 實時響應駕駛室控制開關的動作。 * 燈光自檢功能。 * 故障診斷定位能力。 該系統采用分布式結構，因為車身控制系統的控制對象比較多而且位置分散，若采用點對點集中控制方式，控制模塊與被控對象之間需大量電纜連接，這勢必造成車內布線復雜，制造和安裝困難，并存在故障隱患。而分布式系統結構可以根據控制對象的位置來設計控制模塊，從而縮短了控制對象和控制模塊的距離，各模塊間通過LIN總線來通訊，該方式僅需一根線作為通訊線，這樣加上地線和電源線總共三根線，從而簡化了布線，使系統結構清晰。同時分布式系統結構增加了系統的靈活性，可方便地增減節點。此外分布式系統結構還降低了單板的靜態電流，增加了單板的穩定性。系統結構示于圖1。 圖 1 分布式車身控制系統結構圖 根據系統功能要求和結構特點，系統被分成四個模塊：主控模塊和三個子模塊（前模塊、底盤模塊和后模塊）。 主控模塊位于車的駕駛室內，主要檢測駕駛室內控制開關的狀態，并根據這些控制開關的狀態實現相應的控制策略，然后將控制命令發送給向各子模塊，同時檢查各用電設備的工作狀態，若有故障則報警顯示。前模塊位于車的前部，主要控制車前部的用電器，包括車前部的燈：遠光燈，近光燈，霧燈、左右前轉向燈、雨刷、風扇、加熱、緊急報警、喇叭的工作。底盤模塊位于車的底盤，主要控制與取力器、全輪驅動、輪間和軸間差速器相連的電磁閥的工作。后模塊位于車的后部，主要控制車后部的用電器，包括車后部的燈：尾燈，剎車燈，左右后轉向燈的工作。 主控模塊和子模塊的功能框圖示于圖2和圖3。 圖2 主模塊的硬件框圖 圖3 子模塊的硬件框圖 電壓調整單元將汽車內24V電壓轉換成5V電壓供給單片機、功率芯片等。 微處理器控制單元（MCU）采用Motorola的MC68HC908GZ16和MC68HC908GR8，主控模塊的微處理器控制單元采集輸入的開關狀態，完成相應的控制，將控制命令通過串口送給各子模塊，同時根據各子模塊反饋的負載的狀態判斷是否存在故障，若有故障則報警顯示。各子模塊的微處理器控制單元完成對負載的驅動，并采集負載的工作狀態發送給主控模塊。 開關狀態檢測單元將開關狀態的24V電壓轉換成5V后，將此并行數據轉成串行數據給MCU，這樣可大大減少了所需的MCU引腳數量。功率驅動單元由功率芯片和串行數據轉并行數據的芯片組成，功率芯片代替了傳統的繼電器，許多汽車負載不能被MCU或低電流接口器件直接驅動，而功率芯片可通過MCU控制輸出大電流來驅動各種負載。各子模塊可根據所帶負載來選擇不同的功率芯片,驅動阻性負載選用了MC33286和MC33888，驅動感性負載選用了MC33289。MCU通過I/O端口將控制命令串行輸出，通過串行數據轉成并行數據的芯片送給功率開關。 故障顯示單元用三個發光二極管表示三個子模塊，若子模塊出現故障，相對應的發光二極管會點亮，同時蜂鳴器會報警。同時子模塊上也用發光二極管來表示子模塊所驅動的負載的狀態，這樣可非常直觀地看出子模塊上哪路負載出現開路、過流、過溫、過壓等的故障。 本系統采用LIN總線的通訊方式。LIN總線基于通用的SCI/UART接口的，其成本要低于CAN通訊。LIN可以作為CAN通訊網絡的輔助。LIN總線主要應用在不需要CAN的性能、帶寬及復雜性的低速系統，如開關類負載或位置型系統包括車的后視鏡、車鎖、車座椅、車窗等的控制系統。LIN更有助于實現汽車中與CAN網絡連接的分布式控制系統。LIN以其低成本的優勢成為車身控制系統網絡的首選。 系統的通訊由主控模塊控制通訊順序，LIN的數據幀是按數據內容定義的，而不是數據的目的地址。這樣定義可使多個節點收到同樣的信息，并且數據能夠以多種方式交換。數據可以從主節點發送到一個或多個從節點，也可以通過從節點發送給主節點或其他從節點。因此從節點之間通訊并不需要經過主節點，并且主節點可以將信息廣播給網絡內的所有節點。本系統中數據通訊主要是主模塊向三個模塊發送控制命令和三個子模塊向主模塊反饋的故障狀態數據。本系統定義了幾種數據類型，一種是三個模塊各自接收的數據，另一種是前模塊和后模塊同時接收的數據，第三種是三模塊同時接收的數據，第四種是三模塊各自獨立發送的數據。通訊過程見系統軟件流程。 汽車上電磁干擾較厲害,對系統的抗干擾能力要求較高，系統在硬件和軟件上進行了抗干擾設計。在硬件上，通訊線路上采用了光電隔離電路,電源也采用DC-DC隔離。在電源和地之間設計了一個去耦電容，它可以濾掉來自電源的高頻噪聲。在印刷線路板的布局上，將數字電路和功率驅動電路合理分開，使相互間的信號耦合減少到最小。在軟件上，系統采用了看門狗技術，從而增加了系統的可靠性。 系統軟件流程圖示于圖4。 圖4 軟件流程圖 結語 本設計方案實現了系統的基本功能，且結構簡單成本低，該設計思想同樣適用于轎車和中型車輛。 |
