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2024-06-29 16:38| 来源: 网络整理| 查看: 265

前言

天窗控制系统的 LIN 总线

2.1 LIN 总线概述

2.2 LIN 总线协议规范

2.3 防夹控制系统的 LIN 总线

2.4 系统 LIN 网络测试

天窗防夹控制系统整体设计方案

3.1 天窗防夹控制系统功能

3.2 控制系统总体设计

3.2.1 系统结构

3.2.2 天窗防夹控制器

3.2.3 天窗传动系统

3.3 控制器的设计方案

3.3.1 控制器的技术要求

3.3.2 控制器的技术参数

3.3.3 控制器的功能设计与实现

3.4 防夹算法的研究与设计

3.4.1 环境条件对防夹算法的影响

3.4.2 防夹算法的研究

天窗防夹控制系统的硬件设计

4.1 模块设计

4.1.1 最小系统模块

4.1.2 电源管理模块

5.4 产品验证试验

5.4.1 天窗起翘异常分析

5.4.2 位置偏移和按键失效现象分析

前言随着现代电子技术的不断发展和电子技术在汽车系统中的不断应用，汽车的各种性能都得到了较大的改善。驾驶人员对汽车各个方面的要求越来越高，如视野性、安全性、便捷性、舒适性和娱乐性等。新的控制功能随着汽车级别的提升不断增加，如中央门锁控制、灯光控制、车窗控制、后视镜调节控制、点火延时控制、倒车雷达控制等 [5] 。在传统的汽车内饰中，通常使用点对点通信方式，用电缆线连接负载和电子控制单元。但是当有更多电子元件时，负责有线通信的电子设备将爆炸性增长，不仅减少了汽车内部可用空间，而且布线更加困难，汽车的总重量增加，耗油量也增加，总线技术的应用，取代了传统的线束方式，使信息交换变得更加安全、迅捷和高效。本地互联网络 (Local Interconnect Network, LIN) 总线是一种结构简单、配置灵活、成本低廉，用于汽车中分布式电子系统的新型低速串行总线 [6] ，由汽车厂商开发，专门应用与低端系统，作为控制器局域网络 (Controller Area Network, CAN) 总线等高速总线的辅助网络或子网络。在宽带要求不高、功能简单、实时性要求低等场合，使用 LIN 总线，可以有效简化网络线束、降低成本、提高网络通讯效率和可靠性 [7] 。目前，高 / 低速 CAN 和 J1850 总线已经成为标准汽车的车用网络，这些总线速度极高，具有高抗电磁干扰性和高传输可靠性等优越的性能，但价格也高。大量的车身和安全性能方面的应用对车用网络总线的性能要求并不太高，只需要一种性价比更高的标准车用总线网络，而 LIN 总线正好可以满足这一需求。因此， LIN 总线作为一种性能优异、价格低廉的新型汽车总线，必将进一步促进汽车分级制网络结构的实施和完善，推动汽车电子技术的发展 [8]。作为汽车重要的组成部分，天窗的使用可以使车内空气流通，增加新鲜空气进入，提高采光性能，现在大部分车型都有相应配备的不同型号的天窗，改善驾乘感受。因为天窗的运行是通过电机驱动实现，关闭过程中存在夹伤人的危险。 2013 年《法律与生活》报道关于女童因误操作被汽车天窗夹死事件一度将电动天窗的安全性推上风口浪尖，引起大众高度关注和讨论，为了不让更多的乘客受到伤害，电动天窗具备防夹功能已成为一种发展趋势。为了保障乘客人员的安全，我国与北美、欧洲、日本等许多国家及地区都出台了针对天窗防夹功能的法规标准，例如中国新颁布的 GB11552-2009 国家标准，对具备自动关闭功能的电动窗做出了明确规定，即通过电机操作闭合部件的过程中，在法规规定的范围内 (4mm-200mm) ，如果遇到障碍物（防夹力大于 100N ） [9,10] ，电机必须能够及时检测，并且立即停止反转运行。天窗控制系统的 LIN 总线 2.1 LIN 总线概述 LIN 作为低成本的汽车车用总线，主要用在不需要高速率数据传输的场合 [31] 。汽车中的座椅、车门、方向盘、照明、雨量 / 阳光传感器和发动机等使用 LIN 总线可以很容易连接到汽车网络，方便进行诊断和配置。在汽车应用中 LIN 总线形成了汽车通信网络形式的高低速分层结构，这样的网络可以充分根据总线协议的特点，实现最大的网络效率，减少生产成本，缩短产品开发时间 [32] 。 LIN 总线具有以下特点 [33] ： (1) 采取单主多从的结构，没有冲突，不用仲裁； (2) 硬件成本低，可以与大部分微控制器 (Microprogrammed Control Unit, MCU) 匹配使用； (3) 从机节点可以利用报头中的同步场实现同步，不需要晶振或陶瓷振荡器，很大程度上减少了成本； (4) 信号传输延迟时间可以计算，网络通讯可预见性； (5) 低成本单线传输，总线电压 12V ； (6) 具有可预测的 EMC 性能，制约电磁干扰 (Electronic Magnetic Interference, EMI) ，数据速率 20Kbit/s ，满足大多数的车身应用程序需求。 (7) 可以灵活地增加或减少从节点的硬件电路。本文选用了 LIN2.0 版本的总线协议，此版本反映了 LIN 总线协会的定义趋势，通过对比 LIN1.3 和 LIN2.0 规范，重大的两个变化是对于配置和诊断的标准化支持，以及指定节点能力文件，这是为了要简化现有节点的使用。 2.2 LIN 总线协议规范 1. 帧结构在 LIN 总线上进行传送的实体是帧。帧传输时间等于每个字节传输总时间、间隙的响应时间与字节间隙时间之和。字节间隙时间是从前一个字节终止位结束到下一个字节起始位结束之间的时间，这两个字节都不能是负数。帧空间是从帧的结束到下一个帧的开始，内部帧空间不为负。一个完整的帧由帧头（ Header ）和响应（ Response ）组成，主机发送帧头，从机接收帧头，分析帧头信息，然后决定做何反应 [34] ，总线上的信息传输如图 2.1 所示。

如图 2.2 所示，帧头包括同步间隔段、同步段以及受保护 ID(Protected Identifier, PID) 段，应答包括数据段和校验和段[34]。

2. 帧类型根据不同的传输条件分为无条件帧、事件触发帧、偶发帧、诊断帧和保留帧。本文设计的 LIN 节点支持无条件帧、诊断帧两种类型，前者用于传统应用报文，后者用于诊断和配置，其他的不使用。 (1) 无条件帧无条件帧用来携带数据信息，如图 2.3 所示，当主机任务分配给其固定帧时隙时，将发送无条件帧。如果有帧头被发送，从机任务必须应答（无条件发送应答），如果没有接收到应答，可视为通信网络出现了错误。

(2) 事件触发帧事件触发帧的引入降低了带宽使用， LIN 总线的响应能力和 LIN 机群的可靠性增强。多个响应共享一个帧头，并且帧头被分配有一个单独的帧时隙，处理偶发事件。 (3) 偶发帧偶发帧确保在调度表确定性条件下为系统的动态行为设置灵活性。 (4) 诊断帧诊断帧携带 8 个字节的诊断信息或组态信息。 3. 调度表提供 LIN 总线上所有帧的调度，当发送每条报文时，为主机节点提供时序信息，顺序执行表中的报文，每条报文在前一条报文发送后，延迟一段预定义的时间才发送。报文的延时时间必须要比发送时间长。调度表如图 2.4 所示，主机按照调度表循环发送报文，并在多个调度表中自由切换。

4. LIN 总线物理层物理层是单线连接，每个节点通过上拉电阻连接到总线，来自汽车电源网络的电源和与二极管串联的上拉电阻以防止电子控制单元在本地电池掉电状况下，通过总线通电。总线通信的标称位速率为 19200bit/s ，所有的 LIN 节点除要支持标称位速率外，也要支持较低位的位速率（ 9600bit/s 、 4800bit/s 、 2400bit/s ）。 (1) 信号定义定义的 LIN 逻辑电平如图 2.5 所示。

(3) 位速率误差 LIN 主 / 从节点的位速率误差与节点的振荡器精度、 MCU 内部软件定时有关。 LIN 主节点需要精度好的外部振荡器，允许误差

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