【正文】 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 樣電阻和限流電阻把電流轉(zhuǎn)化為電壓輸入到單片機(jī)的采樣端。當(dāng) U6 中的柵極為低電平且 U7 的柵極為高電平時(shí)，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)， 車窗上升 。其電路圖如圖 3— 6 所示。其正常工作溫度范圍在 － 40℃ 到+150℃ ，正常連續(xù)輸出電流最大達(dá)到 10A，直流輸入電壓范圍為 8~28V，而且當(dāng)電壓高于 28V 時(shí)具有過壓保護(hù)功能。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè) 計(jì) 由于本次車窗電機(jī) 采用供電電壓 11V~15V，工作電流不大于 15A，堵轉(zhuǎn)電流不大于 28A的永磁直流電機(jī)，需要的電機(jī)功率較大并伴有沖擊電流的正反相控制要求。 圖 3— 5 +12V轉(zhuǎn) +5V電源轉(zhuǎn)換電路 穩(wěn)壓芯片 LM2575 是按照開關(guān)電源的工作原理集成的電源芯片，因此其工作效率高，輸出電壓穩(wěn)定，最大輸出電流能達(dá)到 3A， 在穩(wěn)壓芯片 LM2575 瞬間停止輸出時(shí)，由電感的電磁感應(yīng)效應(yīng)形成的電壓給電路供電，此時(shí)快恢復(fù)型肖特基 二極管IN5822 作為回路的一部分 ， 其工作電流的大小直接影響電源實(shí)際輸出電流的大小 。 +12V 的電壓主要是為電機(jī)驅(qū)動(dòng) 和 LIN 收發(fā)器 供電， +5V 的電壓則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，而且車載電源的穩(wěn)定性差，需要其輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。 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 +l2V，汽車內(nèi)很多電子設(shè)備需要依靠它來供電，比如電子打火器，各類電子儀表，自動(dòng)車窗等，雖然是蓄電池，仍難以保證其穩(wěn)定輸出。 MCZ33661 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 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 機(jī)開始接收總線的數(shù)據(jù)。其中， MC9S08DZ60 供電電源 由汽車電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓得到。因 LIN 總線為單主多從結(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，故采用了圖中包含二 極管 D1 的虛線部分來實(shí)現(xiàn)對(duì)主節(jié)點(diǎn)的保護(hù)。 C1 用作外部電壓源的濾波電容。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 圖 3— 4 LIN 節(jié)點(diǎn)硬件電路圖 圖 3— 4 顯示了 LIN 總線的節(jié)點(diǎn)硬件連接示意圖。而 MCZ33661 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，可以為汽車和工業(yè)應(yīng)用捉供一個(gè)最高 20Kbit/s 的串行總線傳輸速率。本文選用 Freescale 公司的 MC9S08DZ60 單片機(jī)和 LIN 物理層收發(fā)器 MCZ33661 芯片構(gòu)成節(jié)點(diǎn)的硬件。 LIN 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 微處理器需要選擇帶有異步串行收發(fā)器模塊 (UART)的微控制器和符合 規(guī)范的收發(fā)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。如今的車窗 控制系統(tǒng)內(nèi)裝有的先進(jìn)電子設(shè)備，具有安全保護(hù)功能，能夠通過電子模塊控制對(duì)電機(jī)的過流、過壓以及過熱保護(hù)，而且當(dāng)玻璃上升途中遇到 障礙時(shí)會(huì)自動(dòng)識(shí)別而停 止轉(zhuǎn)動(dòng)，防止乘客夾傷，實(shí)現(xiàn)防夾功能。車窗控制開關(guān)有兩套，一主一從，可以控制每個(gè)車窗的升降。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 車窗控制系統(tǒng)的硬件 結(jié)構(gòu) 車窗控制系統(tǒng)主要是由車窗、車窗升降器、車窗電機(jī)模塊、控制開關(guān)以 及相關(guān)的電子電路模塊等裝置組成。 在車窗升降過程中，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安全性和舒適性。反之則不進(jìn)行操作 。此次車窗控制系統(tǒng)總體框架圖如圖 3— 3 所示 。一般 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)。 最后，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)向改變是靠改 變開關(guān)的檔位來改變電機(jī)的極性，開關(guān)本身承受的電流較大，這種結(jié)果容易導(dǎo)致開關(guān)觸點(diǎn)出現(xiàn)氧化，接觸不良的現(xiàn)象。其次，由于電路結(jié)構(gòu)的局限性使車窗控制只能實(shí)現(xiàn) 單一 的上升和下降 。 圖 3— 1 傳統(tǒng)電動(dòng)車窗控制電路結(jié) 構(gòu)圖 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 圖 3— 2 傳統(tǒng)電動(dòng)車窗電路圖 傳統(tǒng)的電動(dòng)車窗系統(tǒng) 雖然制造成本較低，但是在實(shí)際的線路連接上 卻比較復(fù)雜，需要的連線比較多，導(dǎo)致車身上的線束截面積比較大。 表 2— 7 車窗電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)表 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 第 3 章 車窗系統(tǒng)硬件 電路 設(shè)計(jì) 車窗系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)的電動(dòng)車窗控制電路 結(jié)構(gòu)圖 如圖 3— 1 所示 ,車 窗系統(tǒng)的主體控制單元是駕駛室的主電動(dòng)車窗開關(guān)。 電動(dòng)車窗上的電動(dòng)機(jī)是雙向的，按照種類不同分為永磁式直流電動(dòng)機(jī)和雙繞組串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 表 2— 6 三種電動(dòng)車窗主開關(guān)參數(shù)對(duì)比表 A主電動(dòng)車窗開關(guān) B 主電動(dòng)車窗開關(guān) C 主電動(dòng)車窗開關(guān) 俯 視 圖 側(cè) 視 圖 按 鍵 上 拉 按 鍵 下 按 上拉 最大值 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 下按 最大值 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 上拉 行程 第一檔 2mm 第二檔 （相差 mm ） 第一檔 mm 第二檔 4 .0mm （相差 mm ） 第一檔 mm 第二檔 mm （相差 ） 上拉 行程 第一檔 1 mm 第二檔 2 mm （相差 mm ） 第一檔 mm 第二檔 mm （相差 2 mm ） 第一檔 mm 第二檔 mm （相差 ） 外觀 尺寸 材料 ABS PBTGF20 ABS PBTGF30 ABS PBTGF20 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 車窗電動(dòng)機(jī) 車窗電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)車窗系統(tǒng)的唯一執(zhí)行機(jī)構(gòu) ，其性能好壞直接影響到車窗系統(tǒng)的工作情況。操作者可以很輕松的操作按鍵。不易出現(xiàn)檔位的誤操作。 B 主動(dòng)車窗開關(guān)的曲線雖然沒有 A 的連貫，但是在每個(gè)檔位處的作用力變化跨度較大，這種好處就是能讓操作者比較明顯的感覺到檔位之間的變化。而 C 主動(dòng)車窗開關(guān)的力譜圖曲線的波動(dòng)性較大，在實(shí)際操作過程中，按鍵的作用力連續(xù)性不好，有卡滯的現(xiàn)象。 對(duì)比 表 2— 6 中 三種市面上的電動(dòng)車窗開關(guān)我們發(fā)現(xiàn)， A 主動(dòng)車窗開關(guān)的力譜圖曲線連貫性較好，作用力和行程基本上成正比例變化。 圖 2— 5 電動(dòng)車窗開關(guān)原理圖 電動(dòng)車窗開關(guān)選型 在電動(dòng)車窗開關(guān)選型上，除了要求開關(guān)的使用壽命和性能要求要符合JT1371609231《汽車用開關(guān)總成通用技術(shù)條件 》外，在實(shí)際操作過程中還希望開關(guān)能有良好的“手感”，這里的“手感”即開關(guān)表面的觸摸感好壞，操作過程中使用力量的大小，開關(guān)接觸行程的長(zhǎng)短，因?yàn)閷?duì)于目前的消費(fèi)者來說，這是最主要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，也直接影響到消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的主觀評(píng)價(jià)。 再通過程 序的判斷來控制 車窗電機(jī)進(jìn)行 相應(yīng)的動(dòng)作。 圖 2— 3 繩輪式電動(dòng)車窗的基本結(jié)構(gòu) 圖 2— 4 軟軸式玻璃升降機(jī)構(gòu) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 電動(dòng)車窗開關(guān)工作原理 電動(dòng)車窗開關(guān)和傳統(tǒng)的開關(guān)有比較大的區(qū)別，其檔位的改變是通過電壓的改變來實(shí)現(xiàn)的，自動(dòng)上升，手動(dòng)上升，自動(dòng)下降，手動(dòng)下降，四個(gè)檔位上的電壓通過接入的分壓電阻不同從而使基點(diǎn)電壓也不同。另一套為分開關(guān)，分別安裝在每個(gè)車窗上，這樣乘客也可以對(duì)各個(gè)車窗進(jìn)行升降控制。每個(gè)車門各有一個(gè)電動(dòng)機(jī)，通過開關(guān)控制電動(dòng)機(jī)中的電流方向從而控制玻璃的升降。車窗電動(dòng)機(jī)、控制開關(guān)及車窗繼電器在車上的布置如圖 2— 1和圖 2— 2所示。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 第 2 章 電動(dòng)車窗整體 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 電動(dòng)車窗工作原理 現(xiàn)代轎車中普遍安裝了電動(dòng)車窗，以使車窗的升降更加方便。 同時(shí)使用了軟件“看門狗”技術(shù)作為軟件的抗干擾措施，實(shí)現(xiàn)了基于 LIN 總線的車窗控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。采用車窗升降過程中遇到阻力的電流變化快慢程度不一樣和事先預(yù)存在 EEPROM中車窗上升到頂端的最大時(shí)間這兩組 數(shù)據(jù)來判斷是否遇到阻力，增加了判斷的準(zhǔn)確性。采用了模塊化和層次化的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了車窗智能控制系統(tǒng)的整體程序流程圖。對(duì)車窗智 能控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行了需求分析，根據(jù)系統(tǒng)功能需求分析選擇了相關(guān)的功能芯片，完成了相關(guān)的硬件電路設(shè)計(jì)，包括電源電路、 MCU電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、 LIN 收發(fā)通訊模塊 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 等。 3 課題完成的任務(wù) 本課題根據(jù) 總線協(xié)議規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了基于 協(xié)議的車窗控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)， 對(duì)電動(dòng)車窗機(jī)械結(jié)構(gòu)作了介紹，對(duì)電動(dòng)車窗主開關(guān)進(jìn)行了選型和參數(shù)分析， 使用了智能功 率芯片 MC33486 實(shí)現(xiàn)了車窗防夾功能，對(duì)車窗控制系統(tǒng) LIN通信的硬件進(jìn)行了功能性仿真測(cè)試 。 LIN 的標(biāo)準(zhǔn)化將簡(jiǎn)化多種現(xiàn)存的解決方案，促使不同汽車舒適系統(tǒng)零部件供應(yīng)商產(chǎn) 品 的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。對(duì)于追趕世界汽車電子技術(shù)的中國(guó)本土品牌汽車制造商來說，這是一個(gè)十分容易實(shí)現(xiàn)和吸引客戶的差異化設(shè)計(jì)功能，因?yàn)檫@可使得他們能夠很快提供新的賣 點(diǎn)和創(chuàng)造更高的利潤(rùn)。值得注意的是，作為一種十分人性化的安全設(shè)計(jì)，汽車電動(dòng)防夾車窗己經(jīng)在歐美高檔車上流行開來，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是徹底消除目前汽車上流行的電動(dòng)車窗在自動(dòng)關(guān)閉過程中可能引起的卡死、擠壓及傷人危險(xiǎn)。 LIN 總線的目標(biāo)是低成本的汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，將來隨著 LIN總線網(wǎng)絡(luò)在汽車行業(yè)的普及應(yīng)用，電子控制器件將會(huì)采用模塊的形式，可以方便地 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 插入到 LIN 總線網(wǎng)絡(luò)，并與位于儀表板或駕駛室附近的主控制器單元連接在一起。在 1999 年針對(duì)低成本的汽車應(yīng)用引入了 LIN 總線網(wǎng)絡(luò)， 本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) LIN(Local Interconnect Network)是一種低成本的串行通信網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制， LIN 的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò) (例如CAN 總線 )提供輔助功能。車窗控制系統(tǒng)是車身電子的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)各個(gè)車窗單元的控制以及防夾功能的實(shí)現(xiàn)，早期的車窗控制系統(tǒng)采用了 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)。其中德 國(guó)博世公司 (BOSCH)為汽車應(yīng)用引入了 CAN 總線系統(tǒng)，其目的是將本地網(wǎng)絡(luò)的概念應(yīng)用到汽車系統(tǒng)內(nèi)，有效的解決了汽車內(nèi)部眾多控制器與測(cè)量設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換問題。這種設(shè)計(jì)顯示三種通訊協(xié)議的共存。 LIN 的概念注定這種協(xié)議用於傳感器 /執(zhí)行器中，一般用 于 低速通訊，即速度不是關(guān)鍵因素的應(yīng)用中。 CAN 協(xié)議的目標(biāo)應(yīng)用可以包括電機(jī)控制、懸架控制和車內(nèi)資訊娛樂功能。其目的是通過電子信號(hào)傳輸來替代傳統(tǒng)的制動(dòng)踏板和制動(dòng)器或方向盤和車輪之間的機(jī)械傳動(dòng)。 （ 1） FlexRay 高速度（每通道高達(dá) 10Mbps）、雙通道、時(shí)間觸發(fā)、強(qiáng)大的容錯(cuò)協(xié)議，設(shè)計(jì)用作骨干網(wǎng)。此次課題的研究成功對(duì)以后逐步實(shí)現(xiàn)汽車電子技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化有重要意義。本課題旨在提出一種基于 LIN 線技術(shù)的汽車車窗智能控制系統(tǒng)中，使得該系統(tǒng)具有低成本、低功耗、易于維護(hù)和很好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果使得我國(guó)許多從事汽車電子技術(shù)的研發(fā)人員在研發(fā)過程中，不能進(jìn)行取長(zhǎng)補(bǔ)短，使研發(fā)陷入困境。國(guó)內(nèi)的汽車公 司大多沒有建立自己的總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，更多的還主要是開發(fā)支持 CAN/LIN 車載設(shè)備，配合某種車型的 CAN/LIN 網(wǎng)絡(luò)使自己的產(chǎn)品支持這種總線通信協(xié)議。這樣當(dāng)車窗上升遇到障礙物 (如手、頭等 )時(shí)可以自動(dòng)后退到底，從而可以避免事故的發(fā)生，車窗防夾功能對(duì)汽車的安全性能而言是一種十分人性化的設(shè)計(jì)。 隨著汽車的普及，人們對(duì)汽車的安全性方面也越來越重視。根據(jù)汽車電子專業(yè)調(diào)研公司的數(shù)據(jù)，去年中國(guó)汽車市場(chǎng)車身電子的半導(dǎo)體器件需求量約為 19 億美元，而中國(guó)本地設(shè)計(jì)的比例大約為 10%~15%之間，預(yù)計(jì)未來幾年這一比例將會(huì)迅速增長(zhǎng)。在車身電子中，對(duì)半導(dǎo)體需求量排列前三位的應(yīng)用領(lǐng)域分別是 :車載空調(diào)，約占 44%。 關(guān)鍵詞 ： LIN總線，車窗智能控制 ，防夾功能 Abstract With the rapid development of automobile electronic technology, Automotive’s safety and fort requirements are being constantly improving for people. Windows system is an important part of automotive syst