引言

隨著汽車電子的迅猛發(fā)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(fā)動機控制和變速控制），底盤部分控制（如汽車防抱死系統(tǒng)ABS）和車身控制。其中車身控制系統(tǒng)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(tǒng)涵蓋范圍廣，包括燈光控制系統(tǒng)，車門控制系統(tǒng)，座位控制系統(tǒng)，氣候（空調）控制系統(tǒng)，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(jié)點來說明車身控制系統(tǒng)如何實現分布式控制方案。

系統(tǒng)結構

該系統(tǒng)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(tǒng)采用分布式結構，因為車身控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)結構清晰。同時分布式系統(tǒng)結構增加了系統(tǒng)的靈活性，可方便地增減節(jié)點。此外分布式系統(tǒng)結構還降低了單板的靜態(tài)電流，增加了單板的穩(wěn)定性。系統(tǒng)結構示于圖1。

 


圖 1 分布式車身控制系統(tǒng)結構圖

根據系統(tǒng)功能要求和結構特點，系統(tǒng)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(tài)，并根據這些控制開關的狀態(tài)實現相應的控制策略，然后將控制命令發(fā)送給向各子模塊，同時檢查各用電設備的工作狀態(tài)，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(tài)，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(tài)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(tài)發(fā)送給主控模塊。

開關狀態(tài)檢測單元將開關狀態(tài)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(tǒng)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(fā)光二極管表示三個子模塊，若子模塊出現故障，相對應的發(fā)光二極管會點亮，同時蜂鳴器會報警。同時子模塊上也用發(fā)光二極管來表示子模塊所驅動的負載的狀態(tài)，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(tǒng)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(tǒng)，如 開關類負載或位置型系統(tǒng)包括車的后視鏡、車鎖、車座椅、車窗等的控制系統(tǒng)。LIN更有助于實現汽車中與CAN網絡連接的分布式控制系統(tǒng)。LIN以其低成本的優(yōu)勢成為車身控制系統(tǒng)網絡的首選。

系統(tǒng)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(jié)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(jié)點發(fā)送到一個或多個從節(jié)點，也可以通過從節(jié)點發(fā)送給主節(jié)點或其他從節(jié)點。因此從節(jié)點之間通訊并不需要經過主節(jié)點，并且主節(jié)點可以將信息廣播給網絡內的所有節(jié)點。本系統(tǒng)中數據通訊主要是主模塊向三個模塊發(fā)送控制命令和三個子模塊向主模塊反饋的故障狀態(tài)數據。本系統(tǒng)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(fā)送的數據。通訊過程見系統(tǒng)軟件流程。

汽車上電磁干擾較厲害,對系統(tǒng)的抗干擾能力要求較高，系統(tǒng)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(tǒng)采用了看門狗技術，從而增加了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)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(tǒng)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。