【正文】 、SAE J1939等。SAE J1939協(xié)議具有如下特點：(1) ，物理層標(biāo)準(zhǔn)與ISO11898規(guī)范兼容并采用符合該規(guī)范的CAN控制器及收發(fā)器。(2 ) 采用PDU(Protocol Data Unit協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳送信息，每個PDU相當(dāng)于CAN協(xié)議中的一幀。(3) 。參數(shù)的規(guī)定符合IS011992標(biāo)準(zhǔn)。表1 擴(kuò)展幀格式SOF11位標(biāo)識符SRRIDE12位擴(kuò)展標(biāo)識符CAN ID 位置ID28~ID18ID17~ID0J1939格式優(yōu)先PRDPPFPFPSSA3,2,18~32,18~18~1J1939幀位置12~12131415,1617,2425~32由上表可知，SAEJ1939標(biāo)識符包括PRIORTY（優(yōu)先權(quán)位），R(保留位)，DP（數(shù)據(jù)頁位），PDUFORMAT（PDU格式），PDU SPECIFIC(PDU細(xì)節(jié)域)和SOURCE ADDRESS(源地址)。本設(shè)計采用SAEJ1939協(xié)議對汽車車門控制單元和汽車踏板自動收放控制器狀態(tài)幀標(biāo)志碼和數(shù)據(jù)域進(jìn)行編碼。自動踏板控制器通過編程設(shè)定只對四車門控制單元發(fā)送的報文完成濾波校驗。自動踏板控制器在接收報文并完成收放動作后，將自身狀態(tài)報文發(fā)送至CAN總線上。四個標(biāo)志碼字節(jié)由29位組成，供接收節(jié)點進(jìn)行濾波校驗。ByteByte1和Byte0是檢測和錯誤代碼字節(jié)。自動踏板收放控制器的收放狀態(tài)位于Byte7中。表3 左前門控制單元和自動踏板控制器數(shù)據(jù)域編碼表名稱Byte7Byte6Byte5Byte4Byte3Byte2Byte1Byte0左前門單元車窗指令門鎖指令XXXX左前門狀態(tài)檢測及模式錯誤代碼錯誤代碼自動踏板收放狀態(tài)XXXXXXXX檢測及模式錯誤代碼錯誤代碼 直流電機(jī)控制技術(shù)直流輸入的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)稱為直流電動機(jī)機(jī)，它能實現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。無刷直流電機(jī)沒有碳刷因此噪聲小，適合用在對轉(zhuǎn)速、精度要求高的場合。本文主要對有刷直流電機(jī)機(jī)構(gòu)和控制原理進(jìn)行說明。定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。電樞鐵心有硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則嵌置于這些槽中。由換向器疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個整體。換向器質(zhì)量對運(yùn)行可靠性有很大影響。這種方法簡單易行、設(shè)備制造方便、價格低廉；但缺點是效率低、機(jī)械特性軟，不能得到較寬和平滑的調(diào)速性能。30年代末期，發(fā)電機(jī)電動機(jī)系統(tǒng)的出現(xiàn)才使調(diào)速性能優(yōu)異的直流電動機(jī)得到廣泛應(yīng)用。但此方法的主要缺點是系統(tǒng)重量大、占地多、效率低及維修困難。特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。　直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n和其他參量的關(guān)系可表示為: （）式中， ——電樞供電電壓（V）；——電樞電流（A）；——勵磁磁通（Wb）；——電樞回路總電阻（Ω）；——電勢系數(shù)，　　由式①可以看出，式中Ua、Ra、Ф三個參量都可以成為變量，只要改變其中一個參量，就可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以直流電動機(jī)有三種基本調(diào)速方法：(1)改變勵磁磁通 ；(2)改變電樞回路總電阻；(3)改變電樞供電電壓。 改變電樞總電阻的方法是在電樞回路串聯(lián)一個電阻，通過調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，這種方法效率低、平滑度差，由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率因而經(jīng)濟(jì)效益低，而且轉(zhuǎn)速慢，能耗大[12]。調(diào)壓調(diào)速法具有平滑度高，能耗少，精度高的優(yōu)點。 脈沖寬度調(diào)制（PWM） PWM（Pulse Width Modulation）脈沖寬度調(diào)制技術(shù)是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。PWM控制技術(shù)是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用在逆變電路。直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論,非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。汽車踏板自動收放控制器驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動時，不需要對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，只需控制電機(jī)以穩(wěn)定、合理的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動即可。等脈寬PWM調(diào)制技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的原理是，以一個固定的頻率的PWM信號來控制電機(jī)導(dǎo)通和關(guān)斷，而不是持續(xù)向電機(jī)供電。在固定的PWM頻率下，電機(jī)導(dǎo)通時間越長，關(guān)斷時間則越短，輸入電機(jī)的平均能量越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快；反之電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢。PWM調(diào)制下的電機(jī)電樞電壓波形圖。 PWM波形圖則 （）稱為占空比。若，表示電機(jī)始終通電，這時轉(zhuǎn)速最大；若，表示電機(jī)關(guān)斷，停止轉(zhuǎn)動。改變開關(guān)周期的調(diào)制方法，當(dāng)遇到某個特殊的頻率下（系統(tǒng)固有頻率）的機(jī)械諧振時，常導(dǎo)致系統(tǒng)的震動和出現(xiàn)嘯叫聲[11]。 直流電機(jī)正反轉(zhuǎn) 電機(jī)正反轉(zhuǎn)即改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。在控制時，通常直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)實現(xiàn)方法主要有兩種：保持電樞繞組兩端極性不變，將勵磁繞組反接，使勵磁電流反向，磁通即改變方向。 直流電機(jī)的啟動與堵轉(zhuǎn)由于電機(jī)電樞回路電阻和電感都較小，而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動體具有一定的機(jī)械慣性，因此電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始接通電源后的啟動瞬間，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零，流過電樞的電流很大（通常為額定電流的38倍），稱這個電流為啟動電流。電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象產(chǎn)生的電樞電流稱為堵轉(zhuǎn)電流。其中為電機(jī)額定電壓，為電樞繞阻。通常采用串聯(lián)電阻或降低啟動電壓的方法減小啟動電流。而電機(jī)堵轉(zhuǎn)時若障礙物繼續(xù)存在，堵轉(zhuǎn)電流保持不變并不隨時間的推移而衰減。第三章 控制器總體方案設(shè)計 控制器結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計 控制器總體結(jié)構(gòu)框圖 。本章將介紹這五大模塊的設(shè)計方案，并對各方案進(jìn)行論證，最終確定最合理的設(shè)計方案。 由于汽車環(huán)境的溫度變化大，電磁干擾強(qiáng)，控制器的MCU不僅需要實現(xiàn)基本控制功能，又必須具有強(qiáng)抗干擾性。它是一款高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，完全兼容51單片機(jī)指令。片內(nèi)集成1280字節(jié)RAM和8K ROM，完全滿足本設(shè)計程序大小。STC12C5A60S2含有兩路PCA端口，即可用作16位定時器，又可作為PWM信號輸出端口，適用于對電機(jī)控制以及強(qiáng)干擾的場合[13] CAN總線通信模塊CAN總線通訊模塊作為總線接口，介于CAN總線與MCU之間，完成總線驅(qū)動和報文處理的功能。其中，CAN收發(fā)器是CAN控制器和物理總線之間的接口，提供對總線的差動發(fā)送和接收的驅(qū)動功能；CAN總線控制器通常用于CAN的報文緩沖與驗收濾波，執(zhí)行 CAN規(guī)定的通信協(xié)議，實現(xiàn)CAN總線協(xié)議部分和微控制器接口部分的電路組成[2]。這些CAN收發(fā)器大多數(shù)結(jié)構(gòu)與功能類似。它具有如下特征與優(yōu)勢[14]：特征：l 完全符合“ISO11898”標(biāo)準(zhǔn)l 高速(可達(dá)1Mbps)l 可掛110個節(jié)點l 低電流待機(jī)模式l 未供電的節(jié)點不會干擾總線 l 斜率控制以降低射頻干擾(RFI) l 差動接收器具有寬共模范圍，有很強(qiáng)的抗電磁干擾(EMI)的能力[9]優(yōu)勢： l 在汽車環(huán)境中，對總線提供瞬變保護(hù)l 對電源和地的短路保護(hù)l 熱保護(hù) CAN總線協(xié)議控制器的選擇 CAN控制器芯片產(chǎn)品分兩類：一類是獨(dú)立的CAN總線控制器芯片，如Philips公司生產(chǎn)的PCA82C200、SJA1000、SJF1000系列，另一類是集成CAN控制器的單片機(jī)，如Philips公司的P8Xc591,ATMEL的AT89C51CC03，Motorola的MC68HC705X4。 SJA1000是目前應(yīng)用最廣泛的CAN控制器，通常與CAN收發(fā)器PCA82C250配合使用。SJA1000完全兼容PCA82C200的軟件與硬件，在PCA82C200的基礎(chǔ)上增加了PeliCAN模式，；具有較強(qiáng)的抗干擾能力和檢錯、糾錯能力[15]。SJA1000介于CAN總線收發(fā)器與MCU之間，其接口管理邏輯單元的每一個寄存器都可由MCU通過地址/數(shù)據(jù)總線訪問。接收濾波器對收到的報文進(jìn)行濾波校驗，通過校驗的報文且無差錯才把該報文送至接收緩沖區(qū)，并產(chǎn)生中斷通知MCU讀取數(shù)據(jù)。 總線接口結(jié)構(gòu)圖 直流電機(jī)驅(qū)動模塊 電機(jī)的驅(qū)動方式單片機(jī)控制系統(tǒng)的輸出功率太小，不足以直接驅(qū)動直流電機(jī)，因此必須使用半導(dǎo)體功率器件配合相應(yīng)的驅(qū)動芯片完成電機(jī)驅(qū)動任務(wù)。采用MOSFET的驅(qū)動電路。使晶體管工作在線性工作區(qū)將增大器件的電功率，降低驅(qū)動效率，因此只適合用于小功率電機(jī)驅(qū)動的場合。 線性放大驅(qū)動方式Ⅱ.功率管開關(guān)驅(qū)動方式開關(guān)驅(qū)動方式就是半導(dǎo)體功率器件工作在導(dǎo)通區(qū)與截止區(qū)。晶體管導(dǎo)通時間越長，電動機(jī)受到的平均電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，反之，電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢。這種具有一定頻率的、高低電平交替出現(xiàn)的信號即PWM信號。MCU選擇的STC12C5A60S2單片機(jī)有兩路PWM信號自動輸出端，與傳統(tǒng)51單片機(jī)只能通過定時或軟件查詢方式輸出PWM相比，自動輸出PWM的方式大大減小了CPU資源，效率更高。 由于絕大多數(shù)小型直流電機(jī)都采用鋁鎳鈷永磁體勵磁的磁路系統(tǒng)，與他勵、并勵直流電機(jī)相比除了定子部分沒有勵磁繞組外，其余部分完全相同[16]。 為了實現(xiàn)直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，采用由功率半導(dǎo)體器件組成的H橋控制電路。直流電機(jī)跨接在兩橋臂的中間?？梢?，利用單片機(jī)輸出信號來控制對角線上的功率管的導(dǎo)通情況，就能實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。在低壓場合下，MOS管與IGBT的性能差異不大，且MOS管的開關(guān)速度更快。設(shè)計選擇MTP20N08系列MOS管，它的漏源飽和電壓達(dá)60V，漏極電流最大為20A，并且具有較小的漏源電阻，滿足本設(shè)計條件。（2）定時收放時間的方式踏板的在收放過程中受到各種阻力的影響可能會改變收放時間，這個方法只有在踏板無負(fù)荷轉(zhuǎn)動時才有效。踏板轉(zhuǎn)動至終點后電機(jī)會發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象?？蛇_(dá)額定電流的38倍[13]。控制器對電流的檢測必須具有可靠性和高效性，以達(dá)到準(zhǔn)確、迅速發(fā)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)、關(guān)閉電機(jī)的功能。 電機(jī)電流波形分析 ，電機(jī)啟動時和堵轉(zhuǎn)時電流峰值很大，但啟動峰值電流持續(xù)時間很短，而堵轉(zhuǎn)電流持續(xù)直到電機(jī)被關(guān)閉。電機(jī)在轉(zhuǎn)動過程中，電流波形始終圍繞某一平均值層脈沖狀上下波動，而不是某一確定的值。(a) 電機(jī)無阻力轉(zhuǎn)動電流波形圖(b) 電機(jī)遇阻力轉(zhuǎn)動時的波形 電機(jī)電流檢測方法Ⅰ.集成電路檢測法。這類器件的特點是，輸入為電機(jī)直流電流，輸出與電流大小成一定比例的電壓值，電壓值經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送入MCU，可以獲得電流的數(shù)值大小。將直流電機(jī)串聯(lián)一個采樣電阻，由于電阻電壓與電流的存在的線性關(guān)系，流過采樣電阻的電流越大，則輸出的采樣電壓也越大。 采樣電阻測電流這兩種方法都有優(yōu)缺點。方法Ⅱ硬件成本較低、能對設(shè)定大小的電流經(jīng)行區(qū)分，但是在電機(jī)轉(zhuǎn)動期間采樣電阻對電機(jī)造成了分壓和耗能。將該電壓送至單片機(jī)的AD中獲得電流的大小，從而可以判斷電機(jī)堵轉(zhuǎn)情況。因此對踏板終點位置的檢測，必須將硬件檢測和判斷算法結(jié)合起來，實現(xiàn)對踏板轉(zhuǎn)動終點準(zhǔn)確的判斷。但是長期保持電機(jī)帶負(fù)載轉(zhuǎn)動，或者對障礙物不采取“避讓”措施，會增大電機(jī)和踏板的損耗，電流過大的場合降低控制器的安全性。如果控制器判斷踏板堵轉(zhuǎn)，則關(guān)閉電機(jī)，此次收放完成；如果控制器判斷出踏板遇阻狀態(tài)，即受到阻力作用，但不足以使電機(jī)堵轉(zhuǎn)的狀態(tài)。 汽車供電電源模塊 一般來說，使用汽車發(fā)動機(jī)的汽車，如SUV，汽車直流供電電壓是12V，而柴油發(fā)動機(jī)汽車，如大客車，供電電壓是24V。12V電源可對直流電機(jī)直接供電。 常用的LM7805穩(wěn)壓芯片可產(chǎn)生5V的電壓。原因在于7805屬于線性穩(wěn)壓，輸入與輸出相差電壓就完全發(fā)熱浪費(fèi)掉。 抗干擾措施汽車不僅工作在高低溫、灰塵和雨水等惡劣的環(huán)境下，車內(nèi)外的電磁干擾會對汽車電子系統(tǒng)的運(yùn)行造成巨大的影響。由于CAN總線上存在較大的共模干擾，為防止噪聲通過電源線或電線串入控制器電路中，必須將CAN收發(fā)器的供電電源和后續(xù)電路的電源進(jìn)行DCDC隔離。光耦的輸入和輸出部分采用隔離的電源，否則光耦將失去意義[4]。遵照模塊化設(shè)計方法，先選擇各模塊所需硬件，根據(jù)功能需求設(shè)計出合理的硬件連接電路，再將模塊的硬件連接起來，連接時必須保證各端口的驅(qū)動能力足夠并注意必要的電氣隔離。其中MC3486具有反饋電機(jī)電流的特點并由單片機(jī)AD采樣獲得電流值。本設(shè)計的電路結(jié)構(gòu)簡潔、可靠。它對總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力。② Rs為斜率電阻輸入引腳。這種模式的輸出轉(zhuǎn)換速度可被故意降低以減少電磁輻射準(zhǔn)備模式在電池供電的應(yīng)用要求系統(tǒng)功率消耗非常低的情況下使用汽車踏板自動收放控制器位于C類總線上，對傳輸速度的要求不高，因此PCA82C250設(shè)定為低速的斜率模式即可。斜率模式下總線輸出信號的轉(zhuǎn)換速率被降低，并且在給定位速率下的最大總線長度被降低。④ VrefPCA82C250 提供了一個參考電壓輸出。⑤ VCC為5V電源輸入，GND接地。 （1）SJA1000內(nèi)部功能模塊 SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，各功能模塊如下：① 接口管理邏輯（IML）負(fù)責(zé)解釋來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址，向CPU提供中斷信息和狀態(tài)信息② 發(fā)送緩沖器（TXB）是CPU和位流處理器（BSP）之間的接口，負(fù)責(zé)存儲發(fā)送到CAN總線上的一條完整的報文。③ 接收緩沖器（RXB、長度為13個字節(jié)）是驗收濾波器和CPU之間的接口，用來存儲從CAN總線上接收并被確認(rèn)的信息。CPU在接收FIFO的支持下可以處理一條報文的同時接收其他報文。在純粹的接收測試中，所有的報文都保存在接收FIFO中，但只有驗收濾波通過且無差錯的報文，才能被保存在接收緩沖器重。它還執(zhí)行總線上的錯誤檢測、仲裁、總線填充和錯誤處理。它在信息開頭“弱勢支配”的總