【正文】 體和電路設(shè)計方面采取措施對最敏感的器件和部位進行屏蔽保護 [16]。為了保證車載網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)安全和可靠運行，其必須具備良好的電磁兼容性 (EMC)，所以進行硬件設(shè)計時必須考慮抗干擾的問題。在汽車行駛速度超過限定車速 Vmax 的情況下，為該車窗控制器提供的算法包括如下步驟： (1)通過溫度傳感器分別獲得一組車內(nèi)溫度 X1， X2， ? ， Xn，一組車外溫度 Y1，Y2， ? ， Yn； (2)對兩組數(shù)據(jù)分別 采用算術(shù)平均法得到 Xm， Ym，由算術(shù)表達(dá)式 n=[XmYm]可得到車內(nèi)外溫差數(shù)據(jù)； (3)判斷 n 是否在人體適應(yīng)范圍 m 內(nèi)，即 mnm；如果不是，則車窗電機以原來a(0a1)倍的速度轉(zhuǎn)動，反之，車窗電機以原來 b(b1)倍的速度轉(zhuǎn)動 。如果駕駛員在高速行駛時，此時按下車窗升降開關(guān)，車速傳感器將數(shù)據(jù)傳到微控制器上，檢測到行車速度超過限定車速 Vmax，則在駕駛員高速駕駛的途中通過溫度傳感器測得車內(nèi)外溫度，并通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將溫度數(shù)據(jù)傳到微控制器，通過新的車窗控 制算法控制車窗電機實現(xiàn)車窗升降器的智能升降，從而實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)車窗升降的快慢。傳統(tǒng)的汽車車窗控制系統(tǒng)，當(dāng)駕駛員在汽車行駛的過程中，在車 速超過標(biāo)定速Vmax 時，如果車內(nèi)外的溫度反差過大，會在行駛過程中產(chǎn)生過大的氣流而影響汽車的穩(wěn)定性，造成駕駛員短暫的不適，從而可能導(dǎo)致交通意外的發(fā)生。通過升降器電機的電流的變化完全反映玻璃上升或下降過程中遇到阻力的變換情況，通過采樣電機升降過程中通過的電流，監(jiān)測電流就可以知道阻力的大小。 車窗防夾控制模塊的主要部分是車窗電機，一般采用內(nèi)置減速器的可逆性永磁直流電機，電機內(nèi)有磁場線圈，通過控制加在線圈上的電壓方向就可以控制電機的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到實現(xiàn)車窗玻璃的上升和下降的目的。 （ 3） 延時按控窗鍵 (按鍵時間大于 300ms)，車窗上升或下降，上升或下降過程中釋放按鍵車窗即停 。控制模塊可以實現(xiàn)的功能： （ 1） 點按車門控制鍵 (按鍵時間小于 300ms)，車窗自動上升到頂或下降到底，點按同一開關(guān) 任意鍵，車窗停止上升或下降 。升降器電機通過的電流的變化反映玻璃上升或下降過程中遇到的阻力變換情況，通過采樣玻璃升降器電機通過的電流，監(jiān)測電流就可以監(jiān)測玻璃升降過程中阻力的變化情況從而執(zhí)行相應(yīng)的操作。 圖 26 MC33486 芯片 智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計 11 在基礎(chǔ)車型的電動車窗控制電路中，控制車窗電機采用的是繼電器 和 開關(guān)，容易發(fā)生粘連等問題。本論文的車窗防夾控制模塊的設(shè)計采用了飛思卡爾公司的智能功率驅(qū)動器件 MC33486，通過監(jiān)測車窗運行中永磁直流電機的電流變化來實現(xiàn)防夾功能。在車窗系統(tǒng)中，汽車電動窗具有防夾功能已經(jīng)是一種趨勢。其中有效數(shù)據(jù)檢查可以避免因線路故障而采集到虛假數(shù)據(jù)，對輸入信號進行有效性檢查，主要來保證所測量的溫度信號在正常的范圍內(nèi) [15]。 本次設(shè)計一共使用了 3路 AD，分別測量車內(nèi)溫度、車外溫度和電機防夾過程產(chǎn)生的電流變化。 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 25 A/D 轉(zhuǎn)換模塊電路圖 TLC2543芯片的工作原理如下：上電后， EOC為高，片選 CS由高變低， I/O口 CLOCK、DOUPUT脫離高阻狀態(tài)， 12個時鐘信號從 I/O口依次進入，隨著時鐘信號的加入，控制字從 DINPUT在時鐘信號的上升沿輸入，同時輸出上一周期的數(shù)據(jù)從 DOUPUT輸出，前 4個時鐘信號決定了通道號的選擇，然后繼續(xù)采樣，到第 12個時鐘的下降沿， EOC變低，TLC2543則自動完成采樣的模擬量的 A/D轉(zhuǎn)化，然后 進入新的工作周期。此外，它的線性誤差較小，成本較低，節(jié)省口線資源， 也使得它特別適用于 此次車窗設(shè)計。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 因為此次測量信號是溫度信號，不需要過于高的采樣率，所以采用了美國德州儀器公司生產(chǎn)的 TLC2543 芯片 [14]。 (2)監(jiān)視溫度信號的變化情況，通過溫差算法實現(xiàn)車窗智能升降功能。 圖 24 溫度傳感 器模塊電路 因為需要同時測得車內(nèi)外溫度，所以需要兩路溫度傳感器模塊，但為了測量的精確性和減少誤差，所以車內(nèi)外采用了同一組溫度傳感器模塊。溫度傳感器模塊電路由溫度傳感器 LM335A和電位計組成。 針對汽車內(nèi)電磁干擾嚴(yán)重，溫度變化大等十分惡劣的環(huán)境，選用了溫度傳感器LM335A，其正常工作溫度在 40℃ ～ 100℃之間，具有很高的工作精度與較寬的線性工作范圍，集成 了信號調(diào)理電路和傳感電路，且器件輸出電壓和攝氏溫度成正比。由于它的工作智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計 9 條件不像發(fā)動機和底盤那么惡劣，一般工業(yè)用的傳感器稍加改進就可以使用。車窗下降過程、上升過程、上升遇到阻力過程中經(jīng)過電機的電流都呈規(guī)律性的變化，而這些電流變化都可以通過電流采樣實時的反映到單片機中 [11]。電壓進行 A/D 轉(zhuǎn)換和一些計算后就可以得到負(fù)載的真實電流。 除此之外，飛思卡爾的功率芯片 MC33486 還具有負(fù)載電流的線性復(fù)制功能， CurR輸出電流和負(fù)載電流成線性比 例， CurR 輸出電流再通過采樣電阻與限流電阻把電流轉(zhuǎn)化成電壓輸入到單片機來實現(xiàn)電機的雙向控制。 電機控制原理為：初始狀態(tài)中， GLS1 與 GLS2 都同時置于高電平或低電平， OUT1與 OUT2 一直保持高電平。 電流最大達(dá)到 10A，直流輸入電壓范圍是 8～ 28V，而且當(dāng)電壓高于 28 V 時有過壓保護功能。 車窗電機一般采用供電電壓為 11～ 15V，工作電流小于等于 15A，堵轉(zhuǎn)電流不大于 28A 的永磁直流電機，需要的電機功率較大而且伴有沖擊電流的正反相控制要求。工作方式有單 m 拍、雙 m 拍、 3m 拍以及 2m 拍等，一 般情況下電機的相數(shù)越多，工作方式就越多。只有按照一定規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進電動機才能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動。但增大轉(zhuǎn)矩和快速運行存在一定矛盾，高性能和低成本存在矛盾，因此實際選用時，必須考慮全面。利用單片機控制步進電機的控制系統(tǒng)如圖 23 所示。 圖 22 +5V轉(zhuǎn) + 電機驅(qū)動模塊設(shè)計 電機驅(qū)動模塊的合理設(shè)計，主要在于調(diào)節(jié)步進電機程序的啟動頻率。電容和圖 21中電容所起的作用相同 [9]。這樣設(shè)計的輸出電壓就是一個抗干擾能力很強的電源供應(yīng)了。 智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計 7 圖 21 +12V轉(zhuǎn) +5V電源轉(zhuǎn)換電路 在穩(wěn)壓芯片 LM2576瞬間停止輸出時，由電感給電路供電，此時穩(wěn)壓二極管 1N5822作為回路的一部分，能夠承受更大的電流，起到反向保護的作用。車載網(wǎng)絡(luò)中主要用到兩種電源： +12V 和 +5V， +12V 的電壓主要是為電機驅(qū)動供電， +5V 的電壓是給電路中的其它芯片供電，因此需要進行 +12V 到 +5V 的轉(zhuǎn)換，而車載電源的穩(wěn)定性差，需要其輸 出電壓進行穩(wěn)壓 [8]。 2 分電路設(shè)計和論證 電源模塊設(shè)計 目前汽車內(nèi)的蓄電池電源通常都是直流 +12V，它可以為汽車內(nèi)很多電子設(shè)備來供電，比如電子打火器，自動車窗，各類電子儀表等。 PIC18F25J10的增強型異步收發(fā)器可以用硬件完成 LIN報文幀的同步間隔場接收，并以中斷的方式告知單片機開始接收總線的數(shù)據(jù)。其中， PICl8F25JlO供電電源 。因為 LIN總線是單主多從結(jié)構(gòu)，無需總線仲裁，由主節(jié)點控制總線訪問，故對 LIN主節(jié)點的保護額 外重要，所以采用了圖中包含二極管 D3的虛線部分來實現(xiàn)對主節(jié)點的保護。 D1和 D2的設(shè)計是為了用于甩負(fù)載保護，為可選器件。圖中 C3選用陶瓷電容或鉭電容，使芯片能在更大的溫度范圍內(nèi)工作。如圖 13所示。 MCP202x是 LIN總線收發(fā)器，在單片機和 LIN半雙工總線之間提供了一個物理接口，可以為汽車以及工業(yè)應(yīng)用提供一個最高 20K的串行總線傳輸速率。本設(shè)計選用 Microchip公司的 PIC18F25J10單片機和 LIN物理層收發(fā)器 MCP202x芯片構(gòu)成節(jié)點的硬件。 LIN 節(jié)點設(shè)計 微處理器需要選擇符合 LIN (UAI)的微控制器，因為它決定了系統(tǒng)的硬件設(shè)計連接以及軟件開發(fā)環(huán)境等一系列的問題。一般在主開關(guān)上安裝斷路開關(guān)，如果它斷開，分開關(guān)就不會起作用。車窗與車窗升降器主要是機械結(jié)構(gòu)。 在 2021年 11月， LIN協(xié)會推出了目前為止最新版本的 LIN ，它對以前的版本的兼容性增強了，對部分 LIN ，其中詳細(xì)說明和修改了總線配置部分，增強了傳輸層，增加了總線診斷功能 LIN 3個主要部分： LIN —— 介紹了 LIN的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層的協(xié)議規(guī)范； LIN API操作規(guī)程建議 —— 介紹了網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的接口； LIN配置語言規(guī)范 —— 介紹了 LIN配置文件的格式，用于配置整個網(wǎng)絡(luò)。 LIN 總線協(xié)議 LIN協(xié)會于 1998年由主要汽車制造商成立，主要目標(biāo)是定義和實現(xiàn)汽車使用的高品智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計 5 質(zhì)線性總線系統(tǒng)的低成本、開放式標(biāo)準(zhǔn)。對車載網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用是在汽車中的聯(lián)合裝配單元，如車門、車燈、座椅、溫度傳感器等。如圖 12所示。本次車窗控制系統(tǒng)把駕駛室側(cè)作為主節(jié)點，其他的作為從節(jié)點構(gòu)成了車窗系統(tǒng)的 ，如圖 22所示。在 LIN網(wǎng)絡(luò)中，由主機任務(wù)模塊來決定什么時候在總線上傳輸什么報文幀，而從機任務(wù)模塊則提供每一幀需要傳送的數(shù)據(jù)。 從 LIN協(xié)議通訊的角度來看，一個 LIN網(wǎng)絡(luò)由一個主機任務(wù)模塊 (master task)和若干個從機任務(wù)模塊 (slave task)組成。 (4)從機節(jié) 點不需石英或陶瓷諧振器可以實現(xiàn)自同步，減少了硬件成本。 (2)低成本單線 12V數(shù)據(jù)傳輸，線的驅(qū)動特性符合改進的 IS09141標(biāo)準(zhǔn)。 LIN總線的出現(xiàn)使人們可以采用更低成本的解決方案來補充汽車高端 CAN總線的不足 [4]。 LIN總線的目標(biāo)是為現(xiàn)有的汽車網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能， LIN網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的補充提高了汽車總體網(wǎng)絡(luò) 的性能，降低了汽車電子控制裝置的開發(fā)以及生產(chǎn)成本。否菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 則，節(jié)點的增加將減少網(wǎng)絡(luò)阻抗，會導(dǎo)致環(huán)境條件變差。在物理上僅僅使用一根 12V信號線，采用單主多從的結(jié)構(gòu)，避免了總線報文的競爭。LIN總線的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能。在車窗的升降過程中，智能功率驅(qū)動器件 MC33486 通過監(jiān)測電機的電流變化，通過相關(guān)的防夾算法來實現(xiàn)車窗的防夾功能，實現(xiàn)了車窗系統(tǒng)的智能化控制過程，提高了駕駛員行車過程中的舒適性和安全性 [3]。本次車窗控制系統(tǒng)總體框架圖如圖 11 所示。一般來說 CAN 協(xié)議用于驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)，而 LIN協(xié)議用于舒適網(wǎng)絡(luò)。首先對 LIN總線協(xié)議進行了研究，制定了相應(yīng)的 LIN總線協(xié)議規(guī)范，然后完成了車窗控制系統(tǒng)軟硬件功能的實現(xiàn)，包括汽車車智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計 3 窗防夾系統(tǒng)與溫控車窗舒適系統(tǒng)的實現(xiàn)，改進了車窗控制系統(tǒng)的舒適性和安全性，使得車窗控制系統(tǒng)的設(shè)計更加人性化。突破技術(shù)封鎖也是我國面臨的巨大挑戰(zhàn) [2]。目前我們的研發(fā)工作還處于向國外學(xué)習(xí)的階段，但許多與汽車電子技術(shù)相關(guān)的外國文獻都是講其優(yōu)勢而不講其缺陷。 與此同時，在我國國外企業(yè)壟斷了利潤豐厚、技術(shù)含量高的發(fā)動機電子、車身電子和底盤電子