【正文】 體和電路設(shè)計(jì)方面采取措施對(duì)最敏感的器件和部位進(jìn)行屏蔽保護(hù) [16]。為了保證車載網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)安全和可靠運(yùn)行，其必須具備良好的電磁兼容性 (EMC)，所以進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)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(jī)以原來a(0a1)倍的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，反之，車窗電機(jī)以原來 b(b1)倍的速度轉(zhuǎn)動(dòng) 。如果駕駛員在高速行駛時(shí)，此時(shí)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(cè)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(cè)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(jī)實(shí)現(xiàn)車窗升降器的智能升降，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)，如果車內(nèi)外的溫度反差過大，會(huì)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(jī)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(jī)升降過程中通過的電流，監(jiān)測(cè)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(jī)，一般采用內(nèi)置減速器的可逆性永磁直流電機(jī)，電機(jī)內(nèi)有磁場(chǎng)線圈，通過控制加在線圈上的電壓方向就可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)車窗玻璃的上升和下降的目的。 （ 3） 延時(shí)按控窗鍵 (按鍵時(shí)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(shí)現(xiàn)的功能： （ 1） 點(diǎn)按車門控制鍵 (按鍵時(shí)間小于 300ms)，車窗自動(dòng)上升到頂或下降到底，點(diǎn)按同一開關(guān) 任意鍵，車窗停止上升或下降 。升降器電機(jī)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(jī)通過的電流，監(jiān)測(cè)電流就可以監(jiān)測(cè)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(jì) 11 在基礎(chǔ)車型的電動(dòng)車窗控制電路中，控制車窗電機(jī)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(jì)采用了飛思卡爾公司的智能功率驅(qū)動(dòng)器件 MC33486，通過監(jiān)測(cè)車窗運(yùn)行中永磁直流電機(jī)的電流變化來實(shí)現(xiàn)防夾功能。在車窗系統(tǒng)中，汽車電動(dòng)窗具有防夾功能已經(jīng)是一種趨勢(shì)。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(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行有效性檢查，主要來保證所測(cè)量的溫度信號(hào)在正常的范圍內(nèi) [15]。 本次設(shè)計(jì)一共使用了 3路 AD，分別測(cè)量車內(nèi)溫度、車外溫度和電機(jī)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(jì)（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(gè)時(shí)鐘信號(hào)從 I/O口依次進(jìn)入，隨著時(shí)鐘信號(hào)的加入，控制字從 DINPUT在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿輸入，同時(shí)輸出上一周期的數(shù)據(jù)從 DOUPUT輸出，前 4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)決定了通道號(hào)的選擇，然后繼續(xù)采樣，到第 12個(gè)時(shí)鐘的下降沿， EOC變低，TLC2543則自動(dòng)完成采樣的模擬量的 A/D轉(zhuǎn)化，然后 進(jìn)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(jì)。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) 因?yàn)榇舜螠y(cè)量信號(hào)是溫度信號(hào)，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(hào)的變化情況，通過溫差算法實(shí)現(xiàn)車窗智能升降功能。 圖 24 溫度傳感 器模塊電路 因?yàn)樾枰瑫r(shí)測(cè)得車內(nèi)外溫度，所以需要兩路溫度傳感器模塊，但為了測(cè)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(jì)組成。 針對(duì)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(hào)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(jì) 9 條件不像發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤那么惡劣，一般工業(yè)用的傳感器稍加改進(jìn)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(jī)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(shí)時(shí)的反映到單片機(jī)中 [11]。電壓進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換和一些計(jì)算后就可以得到負(fù)載的真實(shí)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(jī)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙向控制。 電機(jī)控制原理為：初始狀態(tài)中， GLS1 與 GLS2 都同時(shí)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(shí)有過壓保護(hù)功能。 車窗電機(jī)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(jī)，需要的電機(jī)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(jī)的相數(shù)越多，工作方式就越多。只有按照一定規(guī)律對(duì)各相繞組輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)才能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。但增大轉(zhuǎn)矩和快速運(yùn)行存在一定矛盾，高性能和低成本存在矛盾，因此實(shí)際選用時(shí)，必須考慮全面。利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)如圖 23 所示。 圖 22 +5V轉(zhuǎn) + 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的合理設(shè)計(jì)，主要在于調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)程序的啟動(dòng)頻率。電容和圖 21中電容所起的作用相同 [9]。這樣設(shè)計(jì)的輸出電壓就是一個(gè)抗干擾能力很強(qiáng)的電源供應(yīng)了。 智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(shí)，由電感給電路供電，此時(shí)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(hù)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(jī)驅(qū)動(dòng)供電， +5V 的電壓是給電路中的其它芯片供電，因此需要進(jìn)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(jìn)行穩(wěn)壓 [8]。 2 分電路設(shè)計(jì)和論證 電源模塊設(shè)計(jì) 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(dòng)車窗，各類電子儀表等。 PIC18F25J10的增強(qiáng)型異步收發(fā)器可以用硬件完成 LIN報(bào)文幀的同步間隔場(chǎng)接收，并以中斷的方式告知單片機(jī)開始接收總線的數(shù)據(jù)。其中， PICl8F25JlO供電電源 。因?yàn)?LIN總線是單主多從結(jié)構(gòu)，無需總線仲裁，由主節(jié)點(diǎn)控制總線訪問，故對(duì) LIN主節(jié)點(diǎn)的保護(hù)額 外重要，所以采用了圖中包含二極管 D3的虛線部分來實(shí)現(xiàn)對(duì)主節(jié)點(diǎn)的保護(hù)。 D1和 D2的設(shè)計(jì)是為了用于甩負(fù)載保護(hù)，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(jī)和 LIN半雙工總線之間提供了一個(gè)物理接口，可以為汽車以及工業(yè)應(yīng)用提供一個(gè)最高 20K的串行總線傳輸速率。本設(shè)計(jì)選用 Microchip公司的 PIC18F25J10單片機(jī)和 LIN物理層收發(fā)器 MCP202x芯片構(gòu)成節(jié)點(diǎn)的硬件。 LIN 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 微處理器需要選擇符合 LIN (UAI)的微控制器，因?yàn)樗鼪Q定了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)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(huì)起作用。車窗與車窗升降器主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)。 在 2021年 11月， LIN協(xié)會(huì)推出了目前為止最新版本的 LIN ，它對(duì)以前的版本的兼容性增強(qiáng)了，對(duì)部分 LIN ，其中詳細(xì)說明和修改了總線配置部分，增強(qiáng)了傳輸層，增加了總線診斷功能 LIN 3個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)。 LIN 總線協(xié)議 LIN協(xié)會(huì)于 1998年由主要汽車制造商成立，主要目標(biāo)是定義和實(shí)現(xiàn)汽車使用的高品智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 質(zhì)線性總線系統(tǒng)的低成本、開放式標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)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(diǎn)，其他的作為從節(jié)點(diǎn)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(jī)任務(wù)模塊來決定什么時(shí)候在總線上傳輸什么報(bào)文幀，而從機(jī)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(gè) LIN網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主機(jī)任務(wù)模塊 (master task)和若干個(gè)從機(jī)任務(wù)模塊 (slave task)組成。 (4)從機(jī)節(jié) 點(diǎn)不需石英或陶瓷諧振器可以實(shí)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(dòng)特性符合改進(jìn)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(bǔ)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(bǔ)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(jì)（論文） 4 則，節(jié)點(diǎn)的增加將減少網(wǎng)絡(luò)阻抗，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境條件變差。在物理上僅僅使用一根 12V信號(hào)線，采用單主多從的結(jié)構(gòu)，避免了總線報(bào)文的競(jìng)爭(zhēng)。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(dòng)器件 MC33486 通過監(jiān)測(cè)電機(jī)的電流變化，通過相關(guān)的防夾算法來實(shí)現(xiàn)車窗的防夾功能，實(shí)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而 LIN協(xié)議用于舒適網(wǎng)絡(luò)。首先對(duì) LIN總線協(xié)議進(jìn)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(shí)現(xiàn)，包括汽車車智能車窗升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 窗防夾系統(tǒng)與溫控車窗舒適系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，改進(jìn)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(jì)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(xiàn)都是講其優(yōu)勢(shì)而不講其缺陷。 與此同時(shí)，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(dòng)機(jī)電子、車身電子和底盤電子