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  • 安森美半导体车身控制模块设计要求解决方案

    安森美半导体车身控制模块设计要求解决方案

    安森美半导体车身控制模块设计要求解决方案 人们对汽车的操控性及舒适性需求不断升高,汽车车身中的电子设备越来越多,如电动后视镜、中控门锁、玻璃升降器、车灯乃至其它更多的高级功能等。  典型车身控制模块(BCM)设计重要的一步是确定电源要求,以及选择合适的电源方案。一般而言,BCM要求的输入电压在-0.5 V至32 V之间,输出电压为5 V或3.3 V。值得一提的是,汽车内的用电设备越来越多,如果电池直接供电的设备静态电流不够低,而汽车连续停泊较长时间,车内蓄电池可能因为过度放电而使汽车无法重新启动,故BCM设计需要考虑静态电流。此外,汽车应用中可能会常常面对高温环境,所以要求电源提供过温保护。 适合于BCM的电源包括线性电源(或称线性稳压器)和开关电源(或称开关稳压器)。这两种电源各有优势,究竟选择何种电源,还要看具体应用。在车身控制模块的供电电源方面,中国市场上所售汽车中,轿车一般采用12 V电源,而卡车和客车一般采用24 V电源。在12 V电源BCM中,推荐采用安森美半导体的线性稳压器,如NCV4275A等,见图2。NCV4275A是一款带复位和延迟功能的5 V、3.3 V/450 mA低压降(LDO)线性稳压器,这款器件支持可编程微控制器复位,并提供多种特性,如过流保护、过温保护、短路保护等。此外,在下图中位置1处串联一个二极管(MRA4005),这线性电源能有效防止高达-42 V的反向电压;在位置2处并联一个瞬态电压抑制器(TVS)管,可以有效阻止高达+45 V的瞬态电源负载突降(load dump)高压脉冲及不稳定的电源杂波,符合12 V汽车电源系统的ISO16750-2-2003 4.6过压测试规范。实际上,在汽车发动机启动瞬间就可能出现负载突降,从而导致电池电压升高至超过40 V。这些特性让NCV4275A非常适合汽车车身控制模块应用。 实际上,NCV4275A仅是安森美半导体针对汽车应用的宽范围线性稳压器中的一款,其它线性稳压器有如NCV8664/5、NCV4949、NCV8503/4/5/6、NCV4274A等。超低静态功耗的产品,静态电流低至30 μA以下,驱动电流范围在100 mA至450 mA之间。 电源要求及方案选择 24 V电源的BCM应用中,需要将24 V电压转换至5 V或3.3 V,如果采用线性稳压器,电源芯片本身就会有很高的功率消耗,产生大量热量导致温度过高而烧坏芯片,所以我们需要采用开关稳压器,我们推荐采用安森美半导体系列用于汽车的开关稳压器,如NCV51411、NCV8842、NCV8843、NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575及NCV2574等。这些开关稳压器具有较高的效率,避免产生大量的放热,保护芯片,提升系统可靠性。这些汽车应用的开关稳压器驱动电流多数在0.5 A至1.5 A之间,有的达到2.5 A(NCV33163),开关频率在50 kHz至300 kHz之间。以NCV51441为例,这款器件使用V2控制架构,提供无可比拟的瞬态响应、极佳总体稳压精度及最简单的环路补偿。这款器件上的“BOOST”引脚支持“充当启动电路(Bootstrapped)”工作,将能效提升至最高;集成的同步电路支持并行电源工作或将噪声降至最低。 车身网络要求及发展趋势 可以应用于汽车中的系统总线有多种,如控制器区域网络(CAN)、本地互连网络(LIN)及FelxRay等。这些总线的特点各不相同,表1比较了汽车应用中几种常见的系统总线,并列出了典型的安森美半导体总线收发器产品。 安森美半导体的总线收发器系列非常适合车身控制网络应用要求。图3a)及b)分别显示了基于安森美半导体CAN收发器AMIS-42665及LIN收发器NCV7321的典型电路。值得一提的是,AMIS-42665提供小于的10 μA的极低静态电流。支持总线唤醒,共模电压范围-35 V至+35 V,可以承受额定+/-8 kV的静电放电(ESD)脉冲。NCV7321则支持-45 V至+45 V的电压范围,承受额定5 kV的ESD脉冲。这些器件均提供强大的保护功能。 在车身控制网络应用中,需要尽可能地配合降低成本及空间要求,同时提升系统的稳定性和长期可靠性,故需要提升元器件的集成度。得益于近年来出现的混合信号工艺,如安森美半导体的Smart Power高压BCD工艺,高压模拟电路如今能够与低压电路集成起来,使更高集成度的系统芯片得以开发和应用。如安森美半导体的NCV7440在同一颗芯片上集成了线性稳压器及CAN收发器,NCV7420则集成了线性稳压器及LIN收发器。这样的集成有效节省PCB板空间,可以给MCU单独供电,有效遏制其它模块对MCU电源的干扰。 安森美半导体身为全球领先的高性能、高可靠性硅解决方案供应商,更为汽车车身控制网络应用推出一款超高集成度的芯片——NCV7462。这款芯片集成了线性稳压器、CAN收发器、LIN收发器、看门狗(WD)电路、低边驱动及高边驱动,将所需外部元件数量减至极少,仅占用极小的电路板空间,并帮助简化设计流程。 遥控上锁及开锁设计要求及解决方案 汽车中的遥控上锁及开锁的应用越来越普及。车身控制模块使用315 MHz(美国、日本)或433MHz(欧洲)频率,通过高频接收和发送来实现遥控上锁及开锁功能。这类应用中的设计难点在于设计阻抗匹配电路,从而使功率损耗降至最低。此类应用的通用要求包括低静态电流、提供睡眠模式、低发射功率、高接收灵敏度、低功耗及适宜的频率范围等。而安森美半导体的ON-53480高频收发器很好地满足这些设计要求,如静态电流低至小于1 µA,带有唤醒及睡眠检测功能,信号电平仅为10 dBm,接收灵敏度更是低于-100 dBm,且工作电流仅为10 mA,频率范围为280至343 MHz。 板外大功率负载驱动及方案比较 车身控制模块电路板需要为板外的一些大功率负载供电,这些负载包括汽车内部照明(5 W及10 W)、单向电机和汽车喇叭等。一种可选的方案是采用板内继电器。继电器的线圈属于感性负载,而感性负载在启动时需要比维持正常工作所需电流大的启动电流,且感性负载在接通电源或断开电源的瞬间会产生反向电动势。要驱动继电器,可以采用安森美半导体的NUD3124、NUD3160或NCV7608等继电器驱动器。 另一种方案是采用“预驱动器+MOSFET”来驱动板外大功率负载,其中预驱动器可以采用安森美半导体的NCV7513A,这器件支持并行端口及SPI端口通信,可编程,提供失效模式检测及短路和断路诊断功能。 第三种方案是采用SmartFET驱动。这是带保护的MOSFET,在MOSFET基础上增加了多种功能,如过压钳位、ESD保护、过流保护、过温保护、反压保护及高边和低边驱动。典型器件如低边驱动的NCV8401/2/3,及用于高边驱动(内部集成了升压电路)的NCV8450和NCV8460等。这三种方案的优缺点见表2。 应用于BCM的其它方案 除了上述板外大功率负载,汽车应用中常见的电动后视镜方面,可以采用安森美半导体的NCV7703来驱动其中的转向电机。这器件提供3个半桥输出,输出电流为0.6 A,最高达1 A,并具备自诊断功能,提供低静态电流、SPI通信及低压/过压/过温保护等特性。 此外,车身控制模块需要采集车门、车锁、组合开关等数十个信号,往往需要扩展MCU的输入端口,这就需要并行端口转串行端口的逻辑转换芯片,常用的是安森美半导体的8位移位寄存器MC14021B。 安森美半导体还为组合尾灯提供不同的解决方案。如NCV7680是一款8通道低边恒流驱动器,能以脉宽调制(PWM)方式设定尾部行车/刹车电流输出,而NSI45xx则是新推出的恒流线性稳压器(CCR),基于安森美半导体待批专利的自偏置晶体管技术,以低成本、强固等特点提供较高性能,着眼于替代一些汽车尾灯中使用的电阻型驱动器。 总结: 应用环境苛刻的车身控制模块(BCM)对元器件提出了更高的要求。本文探入探讨BCM设计在电源、车身网络及板外大功率负载驱动等多个方面的要求,并比较分析了一些领域中不同方案的优劣势。安森美半导体针身为全球领先的高性能、高能效硅方案供应商,针对车身控制模块等汽车应用提供具有强固保护特性、高可靠性、低静态电流的解决方案,如电源稳压器、总线收发器、高频收发器、继电器驱动器、预驱动器、电机驱动器、LED驱动器及MOSFET等,帮助设计人员为他们的BCM设计选择更佳的元器件方案,从而在市场上占据优势。

    时间:2020-09-10 关键词: 安森美 车身控制

  • 汽车安全性能亟待升级 嵌入式系统把关护航

    汽车安全性能亟待升级 嵌入式系统把关护航

      1 摘要   汽车安全离不开安防,例如,只有通过安防措施保护制动ECU(电子控制单元)固件的完整性和真实性,才能保证汽车的制动安全,防止恶意修改固件等威胁。   安全需要安防的另一个示例是板载网络,板载网络将关键数据从传感器传输到制动ECU。只有通过安防措施防止板载网络抵御修改数据、注入消息和拒绝服务等威胁,才能保证制动ECU及时收到正确的传感器值。   人们希望在汽车中推出Android™或MeeGo™等开放的软件平台,从而出现了一个全新的安全和安防挑战:为了允许通过按钮与用户进行交互并为导航应用从汽车提取当前车速、剩余油量、行驶里程、位置等信息,软件平台及其应用程序需要参与板载汽车通信。然而,需要保护汽车不出应用故障。虚拟化以及运行软件平台(包括沙箱内的应用程序)是在ECU内实现保护的安防措施之一。   在上述情况下,安防措施完善了安全性。然而,在一些情况下,安防需求与安全需求相互矛盾。例如,要保护固件的保密性,在组装了ECU后便以不可逆地方式禁用微控制器的调试端口。如果由于ECU发生故障而导致返修,那么被禁用的调试端口会导致无法在微控制器内进行根本原因分析。特别是无法分析是否有软件、配置或硬件缺陷。新兴的功能安全标准ISO26262要求调查现场返修,以便检测系统故障,然后启动召回。只有借助智能安防生命周期和安全调试等方法,才能满足安全需求并在现场返修时分析根本原因。   本文介绍了先进的微控制器的主要安全特性,以及如何应用这些特性确保汽车安全:具体而言,本文涵盖了安全启动、组件保护和虚拟化。此外,本文也概述了对保证安全和处理现场返修的解决方案。   2 简介   在过去的几年里,汽车微控制器(MCU)的安全特性变得越来越重要。这种趋势受到传统的安全使用案例的推动,例如防盗装置或组件保护,可防止汽车被盗。然而,车对车通信等新的使用案例及更高的安全性要求也增加了安全需求。对于这些用例,汽车行业开始制定安全硬件扩展(SHE)功能规范等规范,或EVITA项目提出的安全架构。   半导体公司开始在新一代微控制器中实施这些规范。这项工作的第一批成果之一便是Qorriva MPC564xB/C系列,该系列实现了一个易于使用的安全模块,以满足SHE规范要求。   i.MX系列等汽车处理器植根于消费电子市场,现在已经打入汽车市场,以实现最先进的驾驶员信息娱乐系统。这些处理器提供硬件安全,支持复杂的数字版权管理系统。   3 Qorivva MPC564xC/B系列   QorivvaMPC564xC/B系列32位微控制器面向安全的、新一代高端汽车车身控制模块(BCM)和网关应用。它提供高度集成,可以满足OEM和一级客户对增强功能集和增加内存空间的日益增长的需求。   从安全性角度来看,MPC564xC/B包含一个加密服务引擎(CSE)。CSE是一组加密硬件特性,允许在ECU之间安全、可信任地传输信息。   MPC564xC/B系列还具有双Power Architecture®内核选项,提供近300DMIP的处理功能和低功耗待机/等待模式,帮助降低功耗,还具有广泛的通信外设集,面向与BCM/网关模块对接的广泛的子系统。此外,这些可扩展器件都由使能生态系统支持,该生态系统包括软件驱动程序、操作系统和配置代码,以帮助您快速部署您的设计。图1展示了Qorivva MPC564xC/B框图。      图1:Qorriva MPC564xC/B框图   3.1 加密服务引擎(CSE)的安全特性   加密服务引擎(CSE)是集成在Qorriva MPC5464中的加密硬件模块。CSE模块实现安全硬件扩展(SHE)功能规范中描述的安全功能。图2展示了CSE模块的框图。      图2:CSE框图   CSE的设计包括一个带有一组内存映射寄存器的主机接口,这些寄存器被CPU用于发起加密命令。此外,还有一个系统总线接口允许CSE直接访问系统内存。在这里,CSE模块的行为与任意其他主机相似。通过主机接口,应用程序可以配置和控制CSE,例如使CSE进入低功耗模式,中断完成的命令处理或暂停命令处理。状态和错误寄存器将提供深入的系统信息。如需完整的CSE命令列表,请参考MPC564xC/B参考手册[3]。两个专用系统闪存块被CSE用于加密密钥存储。其他主机无法从系统访问这些模块,因此这些模块被称为安全闪存。   CSE模块的AES块作为从机连接到CSE模块的内部总线。它处理加密/解密,并提供基于密文的消息认证码(CMAC)。CMAC功能用于实现安全启动机制。   随机数生成器包括一个伪随机数生成器(PRNG)。PRNG的种子由真随机数发生器(TRNG)生成。   CSE控制通过测试接口从外部访问安全闪存,在生产过程中使用该功能,也用于现场返修验证。当Qorriva MPC564xC/B半导体从飞思卡尔工厂出厂时,测试接口是打开的,当加密密钥被编程到器件中后该接口将关闭。   质量工程师可以使用SHE规范中描述的CMD_DEBUG函数重新打开测试接口。CMD_DEBUG函数将删除安全存储器中的所有数据,然后才会授权访问测试接口。CMD_DEBUG函数的一个输入参数为MASTER_KEY,这是一个单独的预编程128位值,对于各个器件都不同。只有MASTER_KEY的知识载体才能成功地启动CMD_DEBUG函数。   在附着了调试器后,可以单独禁用加密密钥。禁用密钥意味着CSE可用该密钥拒绝任何加密功能。   3.2 CSE支持的一些用例   CSE有助于实现下列用例或系统:   •防盗装置   •组件保护   •安全闪存编程   •数据集保护(例如行驶里程)   •防止芯片调节   目前还有许多用例,将来会出现更多。以下段落详细描述了两个重要的使用案例。   3.2.1 安全启动和信任链   当MPC564xC/B重置后,CSE将在公共闪存中自动验证阵列。该阵列的基地址和长度由开发人员指定。同一个地址条目被用作主内核的第一个指令地址。   CSE在该阵列外计算CMAC值,并将其与存储在安全内存中的预先计算的值进行比较。根据比较结果,CSE将提供加密服务或不提供。由于系统闪存较大-MPC564xC/B提供高达3MB的闪存-因此安全启动过程可能需要一些时间。由于这个原因,开发人员可以设置一个信任链。在这种情况下,闪存验证步骤被分为几个子步骤。第一个闪存块由CSE验证,如前所述;对以下闪存块的验证必须由主内核通过已经过验证的程序代码触发。   3.2.2 组件保护   组件保护功能防止从汽车拆除单个ECU,并在其他汽车中重复使用。通常盗取汽车的目的是为了将单个ECU重新销售到零件市场。   OEM现在可以用一个安全组件保护系统解决几个问题。首先,汽车制造商可以减少被盗汽车的数量;其次,他们可以防止对信誉和配置产生负面影响;第三,他们可以保护自己的售后业务。   基于CSE的组件保护系统似乎能够达到上述目的。最有价值的ECU将包含一个带有CSE模块的微控制器。可以通过设计分配一个或多个主ECU,也可以使用特定算法进行动态分配。主ECU将轮询组件保护系统的所有其他ECU,并要求一个特定答案(例如加密的唯一ID)。在这种情况下,只有带有正确的保密密钥的ECU才能发回一个有效的响应。此外,主ECU可以使用特定汽车内组装的所有ECU数据库交叉校验收到的ID。   在使用汽车时可定期进行组件检查。如果主节点在汽车网络中检测到未经授权的ECU,它能够作出反应。

    时间:2020-09-04 关键词: 微控制器 汽车安全 嵌入式系统 车身控制

  • 车身控制模块与车窗升降电路分析—电路图天天读(288)

      中国上海,2015年11月24日讯——安全互联汽车解决方案全球领导者恩智浦半导体(纳斯达克股票代码:NXPI)与同济大学今日宣布合作支持“上海智能网联汽车示范项目”。双方代表共同出席了在上海举行的太阳能家用电动车Stella Lux中国创新之旅启动仪式,并现场宣告了此项合作。   上海智能网联汽车示范项目于今年十月由上海市政府推出,是《中国制造2025》规划下46个试点示范项目之一,预计将于2019年累计生产两万辆网联汽车。该项目由同济大学牵头,恩智浦V2X(车对车及车对基础设施)技术将作为核心技术方案在项目中进行本地化应用。去年12月,恩智浦与同济大学达成战略合作伙伴关系,携手建立联合实验室,就V2X通信技术开展研发合作,发挥恩智浦的技术优势,为中国市场定制汽车互联解决方案。   恩智浦全球资深副总裁兼中国区总裁郑力先生表示:“我们非常荣幸能够为上海智能网联汽车示范项目提供技术支持。中国智能交通产业具有广阔的发展潜力,作为安全互联汽车技术的全球引领者,恩智浦十分期待将我们在欧洲的成功创新经验分享给中国市场,为中国智能交通产业制定最佳安全解决方案,共同支持中国智能交通系统的建设。”   同济大学副校长江波表示:“恩智浦是互联汽车领域的行业先锋,我们非常欣喜地看到同济大学与恩智浦在汽车互联安全技术应用方面的合作取得了积极的进展。作为车对基础设施技术领域的长期积极研发参与者,同济大学期待与恩智浦精诚合作,基于国家产业政策和科技发展方向,共同为中国带来更加本地化的互联汽车解决方案。”   车载信息服务产业应用联盟(TIAA)秘书长庞春霖先生表示:“恩智浦拥有国际领先的创新和产业化能力,我们希望恩智浦与车联、同济大学等中国产业单位的合作能够继续深化,尽早产生符合中国产业和市场实际的成果,为中国的智能汽车行业发展提供蓬勃动力。”   互联汽车和智能交通基础设施将有效解决伴随人口增长引起的交通堵塞、环境污染等问题。作为安全互联汽车领域的全球技术领导者,恩智浦积极参与最早期V2X技术试验,并于2013年率先推出首款互联汽车解决方案,凭借其RoadLINK解决方案始终引领V2X生态体系。恩智浦V2X芯片产品由软件系统和安全部件两部分组成,不仅为互联汽车带来最高等级的通信和数据安全保护,而且通过车与车、车与交通基础设施之间实现无线通信,减少碰撞、警示潜在危险以及避免交通拥堵,改善道路安全。2014年,恩智浦宣布向德尔福汽车公司提供V2X芯片,首次实现芯片量产,并将于明年首次应用于通用汽车并投放市场。   关于V2X技术   V2X技术,即车对车及车对基础设施技术,通过为驾驶者提供及时的交通预警,包括危险路况、突发拥堵、交通抢险或道路作业工地等交通信息,从而大幅提升道路安全,提高通行效率。V2X技术平台能实现在肉眼察觉和驾驶辅助系统探测之前发现交通堵塞或交通风险,并向数百米范围内发出预警信息。安全的V2X技术对于未来无人驾驶和智能交通系统建设至关重要。根据美国交通部的一份调研报告,安全可靠的V2X技术将减少超过80%的交通事故。配备有V2X互联设备的车辆还可以接收来自智能道路信号的信息,并自动识别交通灯的运行周期。   关于恩智浦半导体   恩智浦半导体(NXP Semiconductors N.V.)(纳斯达克代码: NXPI)的解决方案旨在帮助人们实现“智慧生活,安全连结”。立足于其在高性能混合信号电子产品领域的专业知识,恩智浦不断推动互联汽车、安全设备、便携设备和可穿戴设备以及物联网应用领域的创新。恩智浦在超过25个国家和地区设有业务执行机构,2014年营收达56.5亿美元。

    时间:2020-08-28 关键词: amis-42665 飞思卡尔s12vr 车身控制

  • 改良汽车的配电架构

    改良汽车的配电架构

      汽车行业经历了一场变革,几乎涉及汽车设计的各个方面,从引擎管理到车身控制功能,再到车轮、制动和安全等等。整个车身上下,只有一个地方的架构仍和百年前一样:配电架构。这个遗留部分也将和其他领域一样经历转变 — 加入变革的行列。   50多年以来,作为领先的汽车电子技术供应商,恩智浦了解全球汽车行业的需求,并且凭借颠覆行业的先进技术展现了其满足这些需求的能力。本白皮书将着重介绍汽车行业应改良现有配电架构的原因、描述可做出的改变,并说明此次变革将带来哪些益处。   当今正在经历的电气化   当今正在经历的车辆电气化对所有车辆系统都产生了影响,并且为汽车配电架构革新提供了充分理由。推动电气化浪潮的三股主要力量包括:“互联汽车”模型、新动力系统与法规以及已获得市场研究人员认可的平台的全球化与合并。1本分析将从两个方面进行分析:继电器替代产品和保险丝替代产品。图1显示了汽车制造商在六个特定领域中的现状。      图1.汽车各部位更换继电器的速度存在差异   照明(1)系统已经开始更换继电器。座椅(2)和车门(3)也是如此。而电子控制单元(4)中的冷却风扇、燃油喷射器、泵等装置仍然在非常普遍地使用继电器,数量为7-20个,具体由原始设备制造商决定(OEM)。此领域面临的趋势是,在2018年至2022年期间,将采用固态替代产品完全取代继电器。   电气化的远大未来将依赖于配电架构经过改造的电力分配(5)接线盒。要将电力从蓄电池分配到每一个负载模块或每一组负载,需要使用50到60(甚至100)根保险丝以及5到10个继电器。举例来说,连接至车身控制器的保险丝和电线就能控制数种不同功能。   如今,几乎所有制造商都会在接线盒中使用继电器和保险丝。而从2020年至2025年甚至到2030年的趋势将是更换掉汽车配电盒中的所有机械部件。这个远景似乎非常宏大,但已发生于世界各地的家庭和建筑中。事实上,数十年以前人们用断路器代替保险丝之时就已经发生过。   最后一部分(6)是引擎管理。随着停止-启动系统和其他轻度混合应用中的48V系统功率不断增加,48V总线上产生电弧,致使继电器不足于满足负载开关的要求。这种电弧后续还会造成其他系统问题。因此,48V应用对固态解决方案具有决定性的影响。   互联汽车面临的挑战   对于互联汽车趋势,车辆的电力网络必须与固定结构的外部电源相连。除了电源以外,要将48V轻度混合汽车连接至固定结构,车辆需要与车库中的48V端口或外部48V电源进行通信。   48V功能将会带来许多新特性,例如线传电控技术,要求具备高品质和高安全等级。当下正在探讨的趋势是将集线器归类为ISO 26262元件,适用于关键领域,例如线控转向和线控制动。因此,配线应被视为事关安全的重要一面,需符合ISO 26262标准。虽然多年来,汽车安全的许多方面都要求遵守ISO规范,但对集线器新增这种要求尚属首次。   在车辆中配备12V和48V两种电源所增加的复杂性将会给设计、组装、维修以及售后带来挑战,难以确保系统之间的兼容性和独立性。   虽然与过去相比,汽车技术将变得更为先进,更为适合这些应用,但推动配电架构更替的真正力量却将来自于互联汽车的新功能,因为继电器将不能满足其需求。举例来说,被许多制造商采用的启停功能会影响到某些应用,例如挡风玻璃雨刮器。采用启停动功能之后,雨刮器系统在切换循环数量方面的任务会大幅增大,远远超出普通继电器的承受范围。因此,继电器无法在车辆的整个生命周期内发挥预期的作用。在其他应用(例如泵和HVAC系统)中,继电器也面临同样的窘境。   表1汇总了各种趋势以及固态电源和半导体公司供应商遇到的相应挑战。      4.动力系统与法规   集线器优化和车辆减重背后的成本节省优势引发了是否通过电气化来实现汽车配电架构革新的二次争论。举例来说,2019年,欧盟(EU)每克超限二氧化碳排放的费用将会上涨,首克超限费用达95欧元。2为了避免支付高昂的罚款,OEM应该会积极优化和减轻集线器的重量,尤其是对于集线器平均重达30kg的中等车辆而言。   全球化   最后一个趋势是全球化。借助大型平台方案,OEM能够尽可能缩短工程时间,降低相关成本,并缩短新车的整体上市时间。单个平台能够以最低的工程投入和成本,为一系列车辆提供通用性。对于半导体供应商而言,包含电源分配功能的集线器必须尽可能灵活,以便与高低端车辆兼容。   30多年来,人们一直提议利用半导体技术来取代机械式继电器;近20年来,取代保险丝的功能已经实现。345但是,要使变革的力度足以拒绝现状,则需要大幅减少现有替代产品的排放量。如今,某些OEM仍然需要启动必要的设计活动来完成本次变革。   系统分析:继电器   与机械式版本相比,固态继电器具备多种差异化特性和优势。表2显示了对各项已知特征进行比较的结果。      机械式继电器更为人熟知的问题之一即是触点反弹。如图2所示,触点反弹或回弹可以产生高达300V/µs的dV/dt值。淘汰所有机械式继电器之后,可以减少集线器内的电机干扰(EMI)噪音。      推动实施机械式继电器更换的一个诱因就是有一项安全法规要求执行防夹诊断/保护。7要使机械式继电器满足这项法规要求,将需要许多额外的组件,这会大幅增加机械式设计的成本。这些昂贵的元件为提高系统要求增加了更多理由(例如,由于停止-启动系统的任务增大和质量相关问题,需要加大继电器,以应对浪涌电流)。采用48V电源之后,机械式继电器将面临严峻的兼容性挑战。

    时间:2020-08-19 关键词: 汽车电子 继电器 车身控制

  • 摄像头、毫米波雷达以及车身控制器剖析

    摄像头、毫米波雷达以及车身控制器剖析

      其实说到ADAS,我们首先想到的诸如ACC(自适应巡航)、LDW(车道偏离预警)、LKA(车道保持)、FCW(前车碰撞预警)。这些技术已经成熟,产品也已经量产,在近几年的高端车辆上都有配备。并且这些技术都和摄像头、毫米波雷达以及车身控制器有关,貌似和地图并没有多大关系。实际上如果结合了地图,这些功能会变得更强大。下面我们来举几个例子。   ACC实际上是由驾驶员设置一个最高的巡航速度,车上由前置的传感器,如摄像头或毫米波雷达来确认车辆正前方的可通行区域内是否有车辆。如果有车辆,则在安全制动距离内跟车,如果没有车辆,则加速到设置的巡航速度。注意这里要特别强调“车辆正前方”,也就是车头的直线方向。如果是在直线行驶,或者道路曲率几乎可以视为直线的情况下,这种自适应巡航的功能是很棒的。   可是如果在弯道中,如下图,左侧车道中的车辆的传感器会错误的认为右方车道的车辆在自己前方,于是立即减速。可实际上车辆完全可以保持正常速度过弯。      亦或者,如下图中,左侧车道的车辆根本就察觉不到自己车道内前方转弯处有一辆车,也许车辆跟上去的时候,或者前车突然紧急刹车时,已经来不及减速,继而就容易发生事故了。      除此以外,地图能提供道路的曲率,车辆在过弯道的时候可以提前减速,确保安全。或者在弯道的时候,摄像头的识别也可以针对性的变换识别模式,以提升弯道的车道线或交通参与物的检测准确性。地图也可以告知车辆何时会进入以及离开隧道,相应的摄像头可以及时调整曝光率,从而保证感知的连续性。   夜晚行车的时候,车辆也可以根据地图提供的曲率信息,在弯道处自动的左右调整车灯的照射角度,也可以根据地图提供的坡度信息,上下调整车灯的照射角度。   另一方面,目前很多摄像头识别的提供商通过摄像头来识别道路上的限速牌,来达到限速的功能,而其实地图却可以提供更好的服务。比如地图不仅可以告诉车辆在该路段上的限速,还可以在易发危险的路段,桥梁,隧道,上下匝道的时候都可以提供推荐的车速。不仅如此,还可以细化到各个车道的推荐车速。这里还需要强调下,在主动安全及自动驾驶的情况下,推荐的行驶速度比道路的限速更具有实用价值。   基于坡度数据,车辆在上坡前可以加油门,从而适当的加速,而当到达坡顶的时候减小油门,下坡的时候不加油。大陆公司做的电子地平线(Electronic Horizon)就是基于以上完成的,据说能节能达3%,该功能在商用车以及物流公司节约日常运营成本上的意义就更为突出。   也有较为初级的自动驾驶可以基于地图来实现。例如在高速公路自动驾驶场景上,直线行驶的时候或者说在车道内行驶的时候,车辆靠ADAS的主要功能完成,也就是ACC+LKA+FCW。在需要变道的时候,这个变道的指令可以是人工打个转向灯,也可以是自动驾驶系统自己决策的变道。   此时由地图提供的车线信息来确认当前车辆的区域是否可以变道。如果是要下匝道,地图可以提前一个很远的距离通知车辆前方有匝道口,此时车辆有足够的时间,借用地图数据先慢慢靠到最右侧车道,准备下匝道。而如果不下匝道,或者有汇入车流的地方,车流也可以有足够的时间先靠到最左侧的超车车道中,以保证行车的安全。   除此以外,还有大量脑洞大开的应用方法。下一次来介绍下地图在ADAS实现的技术方案以及ADASIS的工作原理。

    时间:2020-08-18 关键词: 摄像头 毫米波雷达 车身控制

  • 恩智浦与深圳航盛电子签订战略合作协议

    开展联合研发 助推汽车电子产业升级 恩智浦半导体与深圳市航盛电子股份有限公司(以下简称“航盛”)在“2018恩智浦未来科技峰会”上签署战略合作协议,双方将在既往产品与技术合作的基础上展开长期深度的联合研发,共同潜心深耕智能出行、互联汽车等创新领域。 基于此协议,恩智浦和航盛将致力于在智能安全辅助和车身控制、车载信息娱乐等方面实现跨越式提升。双方将基于恩智浦整体解决方案,共同研发下一代智能驾舱,该解决方案涵盖了恩智浦i. MX8应用处理器、S32K处理器、电源管理芯片、收音DSP芯片、高性能Class D数字功放、以太网芯片等。新一代智能驾舱将真正在整个智能网联汽车系统中提供 “云—管—端”整体解决方案,将本地处理能力与云连接相结合,融合更集成高效的硬件设备平台和丰富场景体验的软件平台,依托大数据和智能核心算法针对用户所处环境、用户行为习惯等需求提供更加智能、安全、精准的定制化服务。     恩智浦全球资深副总裁兼大中华区总裁郑力表示:“以航盛为代表的汽车电子企业是中国汽车产业发展的重要驱动力,随着他们的产品性能、技术创新能力、市场影响力一步步攀升,目前已经在国际舞台上崭露头角,我们很高兴能够参与其中,通过恩智浦的解决方案和技术支持帮助这些企业提升市场领导力和创新能力。现在,中国正站在汽车向互联、人工智能变革的最前沿,我们感到很兴奋,能够通过与航盛进一步全面纵深合作,开展联合创新,充分利用恩智浦在人工智能物联网和安全互联汽车方面的创新成果和全球实践,助推中国汽车电子产业的升级和腾飞。” 深圳航盛电子股份有限公司总裁杨洪表示:“今年正值航盛创立25周年,在这个有纪念意义的特殊年份,回顾航盛25年来的发展历程,我们能够做大做强,并成为中国汽车电子产业的领军企业,围绕转型升级、围绕创新,为汽车产业作出自己的贡献,这其中很大程度上也受益于恩智浦提供的全球顶级的汽车半导体解决方案和技术支持。经过长期密切合作,恩智浦已经成为航盛的首选供应商。我们很期待与恩智浦联手进一步提升研发和创新实力,在全新的行业理念和业态升级到来前,提前部署技术和人才储备,携手共进,共同迎接产业变革所带来的机遇和挑战。” 伴随近年来人工智能物联网、大数据的迅猛发展,安全互联汽车迎来发展新机遇。智能化、网联化成为全球公认的汽车产业发展新方向,先进的汽车电子技术已成为汽车产业的核心竞争力,其升级换代也在不断加快。恩智浦与航盛的合作,将成为中国汽车电子产业打造全球领先技术创新平台的范例,帮助本土汽车电子企业在技术变革大潮中强化创新实力,立于不败之地,赢在未来。

    时间:2018-09-06 关键词: 恩智浦 互联汽车 车身控制

  • 车身控制模块设计要求及解决方案

    车身控制模块设计要求及解决方案

    汽车电源要求及方案选择车身网络要求及发展趋势板外大功率负载驱动及方案比较解决方案:在12 V电源BCM中采用线性稳压器 24 V电源的BCM采用开关稳压器车身控制网络应用高集成度的芯片遥控上锁及开锁采用高灵敏度带唤醒及睡眠检测的高频收发器随着人们对汽车的操控性及舒适性需求不断升高,汽车车身中的电子设备越来越多,如电动后视镜、中控门锁、玻璃升降器、车灯乃至其它更多的高级功能等。   图1:典型车身控制模块(BCM)的系统架构。 电源要求及方案选择 典型车身控制模块(BCM)设计重要的一步是确定电源要求,以及选择合适的电源方案。一般而言,BCM要求的输入电压在-0.5 V至32 V之间,输出电压为5 V或3.3 V。 值得一提的是,汽车内的用电设备越来越多,如果电池直接供电的设备静态电流不够低,而汽车连续停泊较长时间,车内蓄电池可能因为过度放电而使汽车无法重新启动,故BCM设计需要考虑静态电流。此外,汽车应用中可能会常常面对高温环境,所以要求电源提供过温保护。 适合于BCM的电源包括线性电源(或称线性稳压器)和开关电源(或称开关稳压器)。这两种电源各有优势,究竟选择何种电源,还要看具体应用。 在车身控制模块的供电电源方面,中国市场上所售汽车中,轿车一般采用12 V电源,而卡车和客车一般采用24 V电源。在12 V电源BCM中,推荐采用安森美半导体的线性稳压器,如NCV4275A等,见图2。 NCV4275A是一款带复位和延迟功能的5 V、3.3 V/450 mA低压降(LDO)线性稳压器,这款器件支持可编程微控制器复位,并提供多种特性,如过流保护、过温保护、短路保护等。此外,在下图中位置1处串联一个二极管(MRA4005),这线性电源能有效防止高达-42 V的反向电压。 在位置2处并联一个瞬态电压抑制器(TVS)管,可以有效阻止高达+45 V的瞬态电源负载突降(load dump)高压脉冲及不稳定的电源杂波,符合12 V汽车电源系统的ISO16750-2-2003 4.6过压测试规范。 实际上,在汽车发动机启动瞬间就可能出现负载突降,从而导致电池电压升高至超过40 V。这些特性让NCV4275A非常适合汽车车身控制模块应用。 实际上,NCV4275A仅是安森美半导体针对汽车应用的宽范围线性稳压器中的一款,其它线性稳压器有如NCV8664/5、NCV4949、NCV8503/4/5/6、NCV4274A等。超低静态功耗的产品,静态电流低至30 μA以下,驱动电流范围在100 mA至450 mA之间。   图2:车身控制模块中线性电源典型应用电路示意图。 24 V电源的BCM应用中,需要将24 V电压转换至5 V或3.3 V,如果采用线性稳压器,电源芯片本身就会有很高的功率消耗,产生大量热量导致温度过高而烧坏芯片,所以我们需要采用开关稳压器,我们推荐采用安森美半导体系列用于汽车的开关稳压器,如NCV51411、NCV8842、NCV8843、NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575及NCV2574等。 这些开关稳压器具有较高的效率,避免产生大量的放热,保护芯片,提升系统可靠性。这些汽车应用的开关稳压器驱动电流多数在0.5 A至1.5 A之间,有的达到2.5 A(NCV33163),开关频率在50 kHz至300 kHz之间。以NCV51441为例,这款器件使用V2控制架构,提供无可比拟的瞬态响应、极佳总体稳压精度及最简单的环路补偿。 这款器件上的“BOOST”引脚支持“充当启动电路(Bootstrapped)”工作,将能效提升至最高;集成的同步电路支持并行电源工作或将噪声降至最低。 车身网络要求及发展趋势 可以应用于汽车中的系统总线有多种,如控制器区域网络(CAN)、本地互连网络(LIN)及FelxRay等。这些总线的特点各不相同,表1比较了汽车应用中几种常见的系统总线,并列出了典型的安森美半导体总线收发器产品。   表1:不同汽车总线比较及典型收发器。 图3a)及b)分别显示了基于安森美半导体CAN收发器AMIS-42665及LIN收发器NCV7321的典型电路。值得一提的是,AMIS-42665提供小于的10 μA的极低静态电流。支持总线唤醒,共模电压范围-35 V至+35 V,可以承受额定+/-8 kV的静电放电(ESD)脉冲。NCV7321则支持-45 V至+45 V的电压范围,承受额定5 kV的ESD脉冲。这些器件均提供强大的保护功能。   图3:基于安森美半导体收发器的典型CAN电路(图a)及LIN电路(图b)。 在车身控制网络应用中,需要尽可能地配合降低成本及空间要求,同时提升系统的稳定性和长期可靠性,故需要提升元器件的集成度。得益于近年来出现的混合信号工艺,如安森美半导体的Smart Power高压BCD工艺,高压模拟电路如今能够与低压电路集成起来,使更高集成度的系统芯片得以开发和应用。 如安森美半导体的NCV7440在同一颗芯片上集成了线性稳压器及CAN收发器,NCV7420则集成了线性稳压器及LIN收发器。这样的集成有效节省PCB板空间,可以给MCU单独供电,有效遏制其它模块对MCU电源的干扰。 安森美为汽车车身控制网络应用推出一款超高集成度的芯片——NCV7462。这款芯片集成了线性稳压器、CAN收发器、LIN收发器、看门狗(WD)电路、低边驱动及高边驱动,将所需外部元件数量减至极少,仅占用极小的电路板空间,并帮助简化设计流程。 遥控上锁及开锁设计要求及解决方案 汽车中的遥控上锁及开锁的应用越来越普及。车身控制模块使用315 MHz(美国、日本)或433MHz(欧洲)频率,通过高频接收和发送来实现遥控上锁及开锁功能。 这类应用中的设计难点在于设计阻抗匹配电路,从而使功率损耗降至最低。 此类应用的要求包括低静态电流、提供睡眠模式、低发射功率、高接收灵敏度、低功耗及适宜的频率范围等。而安森美半导体的ON-53480高频收发器很好地满足这些设计要求,如静态电流低至小于1 µA,带有唤醒及睡眠检测功能,信号电平仅为10 dBm,接收灵敏度更是低于-100 dBm,且工作电流仅为10 mA,频率范围为280至343 MHz。 板外大功率负载驱动及方案比较 车身控制模块电路板需要为板外的一些大功率负载供电,这些负载包括汽车内部照明(5 W及10 W)、单向电机和汽车喇叭等。 一种可选的方案是采用板内继电器。继电器的线圈属于感性负载,而感性负载在启动时需要比维持正常工作所需电流大的启动电流,且感性负载在接通电源或断开电源的瞬间会产生反向电动势。要驱动继电器,可以采用安森美半导体的NUD3124、NUD3160或NCV7608等继电器驱动器。   表2:板外大功率负载驱动方案优缺点比较 另一种方案是采用“预驱动器+MOSFET”来驱动板外大功率负载,其中预驱动器可以采用安森美半导体的NCV7513A,这器件支持并行端口及SPI端口通信,可编程,提供失效模式检测及短路和断路诊断功能。 第三种方案是采用SmartFET驱动。这是带保护的MOSFET,在MOSFET基础上增加了多种功能,如过压钳位、ESD保护、过流保护、过温保护、反压保护及高边和低边驱动。典型器件如低边驱动的NCV8401/2/3,及用于高边驱动(内部集成了升压电路)的NCV8450和NCV8460等。这三种方案的优缺点见表2。 应用于BCM的其它方案 除了上述板外大功率负载,汽车应用中常见的电动后视镜方面,可以采用安森美半导体的NCV7703来驱动其中的转向电机。这器件提供3个半桥输出,输出电流为0.6 A,最高达1 A,并具备自诊断功能,提供低静态电流、SPI通信及低压/过压/过温保护等特性。 此外,车身控制模块需要采集车门、车锁、组合开关等数十个信号,往往需要扩展MCU的输入端口,这就需要并行端口转串行端口的逻辑转换芯片,常用的是安森美半导体的8位移位寄存器MC14021B。 安森美半导体还为组合尾灯提供不同的解决方案。如NCV7680是一款8通道低边恒流驱动器,能以脉宽调制(PWM)方式设定尾部行车/刹车电流输出,而NSI45xx则是新推出的恒流线性稳压器(CCR),基于安森美半导体待批专利的自偏置晶体管技术,以低成本、强固等特点提供较高性能,着眼于替代一些汽车尾灯中使用的电阻型驱动器。 应用环境苛刻的车身控制模块(BCM)对元器件提出了更高的要求。本文深入探讨BCM设计在电源、车身网络及板外大功率负载驱动等多个方面的要求,并比较分析了一些领域中不同方案的优劣势。 安森美针对车身控制模块等汽车应用提供具有强固保护特性、高可靠性、低静态电流的解决方案,如电源稳压器、总线收发器、高频收发器、继电器驱动器、预驱动器、电机驱动器、LED驱动器及MOSFET等,帮助设计人员为他们的BCM设计选择更佳的元器件方案,从而在市场上占据优势。

    时间:2017-05-22 关键词: bcm 车身控制

  • 汽车车身控制模块驱动器参考设计

     描述 TIDA-00296 是一项重点介绍 TI 高侧和低侧继电器、电机以及负载驱动器产品系列的参考设计。我们选择了针对该设计的负载(门锁、车窗升降电机、座椅加热器、HVAC、车灯和 LED)来展示 BCM 可驱动的负载范围以及 TI 解决方案如何满足这些领域。 特性 用于驱动多个负载的灵活可靠的驱动器产品:高侧前 FET 驱动器 (LM9061/TPIC44H01)、座椅加热器、低侧驱动器 (TPL7407L)、车灯、高侧驱动器 (LMD18400)、HVAC 风机、车窗/雨刷传动器、线性LED驱动器 (TPS92630)、LED。 智能驱动器通过 I2C 和 SPI 提供诊断和保护功能 针对该设计的功率级提供反极性保护 前FET驱动器用于驱动分立式 FET,因而该设计可灵活地处理负载驱动需求 突出了 BCM 可直接驱动具有更高电流需求 (~4500mA) 的负载的能力 TIDA-00296 Board 参考设计原理图 应用 中央车身控制模块

    时间:2015-06-22 关键词: 驱动器 车身控制

  • 8位混合信号单片机能够降低汽车电子设计的成本和复杂度

     对于车身电子和动力管理系统而言,从安全和底盘系统角度出发,高性能单片机能够为当今的汽车电子设计提供严苛精准的控制和智能的潜力。混合信号单片机正在更多的汽车电子系统设计中被应用,同时降低了整个系统的设计难度,减少了元器件的数量和印制板的尺寸。 8位混合信号单片机提 供一系列方法使得汽车电子系统变得简单。通过集成大量的外设和通信协议,例如CAN和LIN总线,混合信号单片机最大程度减少外围元器件。现在的增强型8 位混合信号单片机,能够提高处理速度,减少存储器体积,扩展精准的模拟外设。除此之外,这样大规模的集成的同时又是以尽可能小的封装来完成,因为汽车电子 的应用空间通常非常有限,比如门窗升降,门锁,以及发动机控制传感器等。 在减小印制板体积的同时,片上集成能够降低元器件成本,混合信号单片机能够减少了所需要的外围器件,譬如电压参考源,整流元器件,信号发生器等。元器件数 量的减少也是的整个系统的体积变小,更大程度改善了整个系统的可靠性,因为元器件越多,可靠程度就越脆弱。 芯科科技提供的是C8051F58x系 列混合信号单片机就是一个很好的例子,这款单片机提供了相当多的片上外设,比如高精度的振荡器,高精准的电压参考器,5V整流模块,这些具有汽车等级的校 准特性使得外围不再需要校准传感器,高速的内核减少了内存的需求,创新的IO分配系统使得生产和测试成本都不同程度的降低。 在25mm2封装上提供多达128KB的flash和50MPIS的处理能力,F 58x家族融合容量,性能,小封装于一体,为汽车电子工程师提供了难得的小体积解决方案。F58x汽车级单片机提供一个在-40到125度都能够保持精度 为+-0.5%的内部振荡器,通过使用内部ADC和温度传感器,设计者能够进一步把精度提高到+-0.25%,如果要达到同样的效果,使用外部振荡器需要额外多花费0.2美元。如此高的精度使得不需要外部时钟就能够操作高速CAN,LIN总线,降低成本的同时又提高系统可靠性。 另外一个独特的功能呢是ADC有比例增益设置,能够按比例缩小输入电压,使得能够在参考电压范围内全量程的使用输出数字区间。 58X所拥有的高速串行总线也能够为设计者带来便利,例如内置的高速CAN2.0核心提供32个独立的message buffer使得整个系统能够胜任繁忙的网络通信,通过使用内置的LIN2.1控制器,汽车电子工程师能够进一步提高网络性能。内置的8byte的 message buffer能够实现硬件同步和生成checksum,能够节省有限的CPU资源并且使得更为复杂的LIN拓扑结构成为可能。 灵活的设计对于汽车电子工程师来说很重要,一般的,单片机提供的固定引脚使得设计人员只能按照现有资源布板,而混合信号单片机提供一个可编程的IO分配系 统CORSSBAR,使用者可以轻松分配对应的外设IO到可用引脚上,这极大的简化了系统设计的难度并增加了资源,例如,设计者可以在系统运行时有2路独 立的LIN总线重新分配引脚,这降低了系统成本,增强了设计的灵活性。 在设计上进一步来看,一个数字隔离器使得CAN物理层和MCU CAN总线隔离开来,这进一步增加了汽车系统中MCU的抗干扰能力,也消除了地线环路对CAN和LIN网络的影响,在电噪声环境中这么做是一个很好的选 择。在混动和纯电动车中,数字隔离一样也是有需要的,隔离被集成进每一个高压模块,为通讯和高压控制之间提供通道,例如电池模块管理,启停系统,EPS系统等等。

    时间:2015-06-22 关键词: lin Silicon labs can MCU 芯科实验室 车身控制

  • IR推出两款40V车用COOLiRFET™ 功率MOSFET 产品

    IR推出两款40V车用COOLiRFET™ 功率MOSFET 产品

    北京——全球功率半导体和管理方案领导厂商 – 国际整流器公司 (International Rectifier,简称IR) 宣布推出两款40V车用COOLiRFET™ 功率MOSFET 产品——AUIRFN8459和AUIRFN8458,为需要小体积、大电流的汽车应用,比如泵电机控制、车身控制等提供基准导通电阻(Rds(on))。   在采用IR最先进的COOLiRFET™ 40V 沟道技术的车用5x6mm双PQFN功率MOSFET产品系列中,AUIRFN8459和AUIRFN8458是最先推出的两款产品。 AUIRFN8459实现了基准性能,即每通道5.9mΩ的超低导通电阻,可承载50A大电流。 IR亚太区销售副总裁潘大伟表示:“与传统的DPAK (TO-252) 封装相比,IR的AUIRFN8459和AUIRFN8458 40V 5x6mm双PQFN COOLiRFET™器件的体积减小了50%以上,具有超低封装电阻、电感值和基准导通电阻,十分适合要求高效率、高功率密度和节省空间的传统12V汽车应用,比如电机控制应用。” 与SO-8封装相比,新型5x6mm双PQFN COOLiRFET™器件提供到电路板的低导热路径和更高的导热性能,具有更高的效率和功率密度,以及更低的整体系统成本。 所有 IR 车用 MOSFET 产品都遵循 IR要求零缺陷的汽车质量理念,并经过了动态和静态器件平均测试及 100% 自动晶圆级目视检查。AEC-Q101 标准要求器件在经过1,000次温度循环测试后,导通电阻变化幅度不能超过20%。 新器件符合 AEC-Q101 标准要求,采用的物料清单环保、不含铅,也符合电子产品有害物质管制规定 (RoHS) 。 规格  

    时间:2015-05-19 关键词: 电机控制 MOSFET coolirfet 车身控制

  • 应用于仪表板控制及车身控制的新一代MCU技术

    在汽车电子的各个系统当中,往往需要采用微控制器(MCU)做为运作控制的核心,而汽车对电子系统的倚重,也刺激车用微控制器市场的快速成长。车用微控器涵盖8位、16位、32位等低、中、高阶产品等级,各有其适合的应用系统,大致如下: 8位MCU:主要应用于车体的各个次系统,包括风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等较低阶的控制功能。 16位MCU:主要应用为动力传动系统,如引擎控制、齿轮与离合器控制,和电子式涡轮系统等;也适合用于底盘机构上,如悬吊系统、电子式动力方向盘、扭力分散控制,和电子帮浦、电子剎车等。 32位MCU:主要应用包括仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统(Telematics)、引擎控制,以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统,如预碰撞(Pre-crash)、自适应巡航控制(ACC)、驾驶辅助系统、电子稳定程序等安全功能,以及复杂的X-by-wire等传动功能。 车用MCU常见接口:CAN & LIN 随着今日汽车对应用功能的要求愈来愈高,需整合的系统也愈来愈复杂,使得汽车电子系统对于高阶32位MCU的需求不断提升。这类车用MCU往往被置放在高热、多尘、剧震、电子干扰严重的运作环境,因此对耐受性的要求远高于一般用途的MCU。此外,在汽车的应用环境中,车用MCU必须与多个车用电子控制装置(ECU)相连结,其中最常见的传输接口为CAN和LIN。 CAN又分为高速CAN和低速CAN,高速CAN的传输率可以达到1 Mbps,适用于ABS、EMS等强调实时反应的应用;低速CAN则可达到125 Kbps,适合较低速的车体零件控制。此外,CAN控制器的型式可分为旧型的1.x、标准型的2.0A和延伸型的2.0B,愈新的规格效能自然愈好,其中2.0B又可分为被动(passive)型式和主动(active)型式。 LIN则是较CAN更为低速且低成本的通讯方案,采用一个主节点、多个从节点的概念(最多支持16个节点),可达 20 kbps数据传输率,总线电缆的长度最多可以扩展到40公尺。它很适合做为空调控制(Climate Control)、后照镜(Mirrors)、车门模块(Door Modules)、座椅(Seats)、智能性交换器(Smart Switches)、低成本传感器(Low-cost Sensors)等较单纯系统的分布式通讯解决方案。 以下将介绍应用于仪表板控制及车身控制的新一代MCU技术,并以富士通新一代的MB91770 系列和 MB91725 系列新型微控制器做为设计参考。请参考(图一)。 图一 仪表盘控制及车身控制MCU在汽车中的应用(以MB91770 系列和 MB91725 系列为例)     汽车仪表板及车身控制设计要领 汽车的仪表板为驾驶提供各种实时的视觉信息,这些信息是辅助决策的重要参考,必须快速且准确无误的传递给驾驶员知道。此外,汽车中的空调及车身控制模块(BCM)系统,负责为驾驶及乘客提供舒适的乘车环境。其中空调系统过执行最佳控制将汽车内部的温度迅速降至较为舒适的水平,并根据来自于各个传感器的信息保持舒适的车内温度。BCM系统则可以集中控制多个ECU,如车门、座椅和组合开关等。 不论是仪表盘控制或车身控制的MCU,都必须提供更高的处理性能、处理大量网络节点的能力、支持多种外围连接的接口功能、可扩展电路板布局范围的功能、先进的内存架构,以及更便利的开发环境。这些设计需求分析如下: 高处理性能: MCU要提升处理性能,必须从其核心及软、硬件系统架构下手以富士通新一代MCU的FR81S CPU核心为例,它的工作性能达到1.3MIPS/MHz,比上一代FR60核心高出30%的处理效能;因具有内置式单精度浮点运算单元(FPU),能够满足图像处理系统和那些需要浮点操作功能的系统(如制动器控制)要求。此外,透过硬件式的FPU支持,能够简化软件程序并提升运算性能。 2. 大量网络节点处理能力: 今日汽车中的CAN网络内存在着大量的内置式ECU,它们的规模随着节点数量的增加而不断扩大,因此车用MCU必须支持更多的讯息缓冲器(message buffer)。上一代的32位CAN微控制器能提供达32个内置式讯息缓冲器,但现在已显得不敷使用,以新一代富士通MCU来说,已能支持达64个内置式讯息缓冲器,而且支持CAN 2.0A/B规格及提供1Mbps的高传输率。 3. 广泛接口支持能力: 车用MCU连接的外围相当多样,而连接的接口可能是UART、频率同步串行、LIN-UART 和 I2C,因此必须具备弹性的接口连接能力。为了满足此需求,富士通将内置式多功能串行接口用作串行通信接口,并透过软件方式来切换上述各种接口,以灵活支持外部组件的通信规范,并提高系统设计的自由度。新系列MCU还提供LIN-UART 的6条通道,从而能够与更多控制单元进行通信;其中MB91725系列因具有定时器功能的多条信道和 A/D 转换器,更容易达成各种功能的整合。请参考(图二)。 图二 使用序列接口达成弹性的通信接口功能整合     可扩展电路板布局范围的功能: 由于车用电路板系统的布局设计方式相当多样,车用MCU必须能满足这些设计的需求。一些可行的作法包括为外部总线接口终端配置独立电源,使得ECU板上无需再安装电平转换器。此一外部总线接口终端的电源范围要广(如涵盖3.0V至5.5V),进而能弹性地和单元内存或图像用ASIC相连。 另一个作法是让MCU具备内置式I/O再分配的功能,透过软件设置即可改变I/O连接埠的分配。如此一来,设计者可以更弹性地与特定外围相连结,进而大幅提升电路板布局的自由度。 5. 先进的内存架构: 为了提升工作处理弹性,今日车用微控制器的系统中往往会内置嵌入式内存(Flash)。过去只将Flash用于程序储存,新一代MCU的架构中也加入数据用的Flash。此架构不仅能提高数据写入速度,因不再需要E2PROM,也能缩小电路板的面积。此外,将数据与程序同时储存于微控制器的Flash内存中,也有助于防止信息的泄露。 6. 更便利的开发环境: 一般产品必须利用ICE主单元和验证用评估芯片来进行系统检验,为了降低验证的复杂度,我们为新一代MCU产品提供芯片上(on-chip)的侦错方式。它采用单线调试接口,可以实现汽车评估或一致性测试,并且能够利用通用同轴电缆、在高达10米的范围内实现小型 ICE 主单元和目标电路板之间的通信。这可以简化按照常规难以实现的汽车评估。 图三 运用芯片上侦错实现汽车评估     结论 一辆汽车中的电子系统愈来愈复杂,对于车用MCU的仰赖也愈来愈深。针对汽车仪表板及车身控制设计,必须为驾驶提供精准迅速的辅助信息,以及便利舒适的乘车空间,因此相关的MCU也必须满足更高的性能及更弹性的设计需求,才能为应用功能的开发带来帮助。

    时间:2012-11-15 关键词: 应用于 MCU 仪表板控制 车身控制

  • 瑞萨推出用于车身控制的车载功率IC

      瑞萨电子发布消息称,开发出了14款用于驱动汽车头灯、雾灯、座椅加热器、车身用马达等的功率IC(智能功率器件),并从近日陆续开始样品供货。所谓智能功率器件,就是将功率MOSFET、控制其开关的电路以及保护电路等集成在一枚芯片上。此次推出的14款IC的特点是,具备比原来精度更高的过热检测的保护功能。新产品在芯片内配置了多个温度传感器,可检测出温度的急剧上升,从而防止局部温度过高。该公司称这一功能为“功率限制功能”。 为了应对不同的驱动负载及用途,瑞萨此次推出了具有不同的导通电阻值、输出通道数量及封装类型的功率MOSFET产品。导通电阻有9种,分别为6mΩ、8mΩ、10mΩ、12mΩ、16mΩ、25mΩ、30mΩ、50mΩ、90mΩ。6mΩ产品、8mΩ产品及10mΩ产品只有单通道款,12mΩ产品与16mΩ产品有单通道款和双通道款,25mΩ产品与30mΩ产品只有双通道款,50mΩ产品与90mΩ产品有双通道款和4通道款。封装备有7端子TO252、12端子HSSOP及24端子HSSOP三种。 所有产品的最大电源电压均为28V,恒定电流为1~10A,最大输出耐压为42V。保护功能方面,除了前面提到的功率限制功能之外,还具备过电流保护功能、过热保护功能、恒定电压关断功能以及输出电压钳位功能,以及两种自我诊断输出功能,一种是可从IS端子输出与输出电流成比例的电流,另一种是在负载短路时或检测出过热时输出异常信号。

    时间:2012-04-18 关键词: 瑞萨 车载 功率ic 车身控制

  • 以灯光控制为例说明LIN总线在车身控制中的应用

    摘要:随着车内电控单元的增加,车内通讯网络也日趋多样化。汽车电子协会(SAE)将车内通讯网络分成四类,其中A类低速网络主要应用在灯光控制,车门车窗控制等车身控制。LIN(Local Interconnect Network)是多家汽车制造商和半导体公司为降低通讯成本提高性能所提出的符合A类的通讯标准。LIN以其通讯成本低,开发方便等优势在车身控制方面有着良好的应用前景。本文对LIN总线进行了详细的描述,并以灯光控制为例说明LIN总线在车身控制中的应用。 关键词:车内通讯网络 LIN总线 车身控制 灯光控制 The Application of LIN Bus in Automotive Body Control Abstract:With the increasing of Electronic Control Unit (ECU) in vehicle, communication networks in vehicle are in variety. The Society of Automotive Engineers (SAE) classified in-vehicle networks into four classes, in which the Class A for low-speed networks mainly apply for body control system such as light control, doors and windows control. In order to reduce costs and enhance performance, many automotive manufactures and semiconductor companies created a new communication standard in line with Class A, that is LIN (Local Interconnect Network). LIN is a low-cost and easier development network, which will well apply for body control system. This paper describes LIN bus in detail and explains LIN bus how to apply for automotive body control by the example of light control. 1. 引言 由于车内电控单元的增多导致车内线束大量增加,这带来了很多问题:减少了布局空间; 给制造和安装增加了难度;当增加额外的功能时将会增加线束,使性价比难以改善;大量线束增加了车的重量,这不利于提高燃油效率和性能;数量众多的连接点增加了故障隐患。因此车内引入通讯网络来管理逐渐增多的电子器件是非常必要的。汽车网络能够灵活方便的集成各子系统从而实现更复杂的系统,同时减少了车内线束和车重量,减少了由电控单元带来的成本的增加,并且提高了系统的可靠性。车内通讯网络种类很多,汽车电子协会(SAE)将车内通讯网络分成四类,见下表: 电控单元之间的通讯根据对通讯带宽和通讯速度的要求选择不同的通讯网络。车身控制部分的电控单元由于传输的数据量比较少且对实时性要求不高,所以车身控制部分采用A类低速通讯网络即可。目前很多车身控制解决方案中采用CAN的低速网络来实现通讯。而最近多家汽车制造商和半导体公司共同制定了可实现车内舒适性和方便性应用的低速网络的通讯标准,该项通讯标准便是LIN。由于LIN是基于通用的SCI/UART接口的,不像CAN需要专用的控制器,而且LIN是单线传输的,其通讯成本要低于CAN,因此用LIN来代替原有的低速CAN,可以降低系统成本提高系统性能。 2. LIN 总线概述 LIN总线的方案是由众多汽车制造商和半导体公司创建的,其目的是为了找到更低成本的子总线网络,作为使用广泛的CAN通讯网络的辅助。LIN网络是基于主从结构的,使用单线通讯,减少了大量线束的重量和费用。LIN目标应用是不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低速系统,如 开关类负载或位置型系统包括车的后视镜、车锁、车座椅、车窗等的控制。LIN更有助于实现汽车中与CAN网络连接的分布式控制系统。 2.1 LIN总线特点 •低成本的单线12v数据传输,线的驱动和接收特性符合改进的ISO 9141单线标准 •传输速率可达20Kbit/s •单主/多从的结构,不需要总线仲裁,由主节点来控制总线的访问 •基于通用UART/SCI的硬件接口,使用成本低的半导体工艺实现,几乎所有的微控制器都有LIN 必需的硬件 •从节点不需要晶振或陶瓷振荡器就可实现自同步,从而减少了从节点硬件成本 •保证在最差状况下信号传送的等待时间,来避免总线访问冲突。 2.2 LIN的通讯协议和数据帧格式 LIN网络由一个主节点和多个从节点构成。所有的节点都包括一个从任务(slave task),从任务又分成发送和接受任务,主节点还包括一个主任务(master task)。在LIN网络中所有通讯都是由主任务发起的,如下图所示。主任务发送一帧头(message head)给所有的从任务,帧头由三部分组成:同步间隔(synch break),同步场(synch field)和信息识别符(identifier)。 从任务通过信息识别符来判断是否响应主任务,若需要响应主任务则开始发送响应信息。响应信息由2,4或8个数据字节和1个校验和字节组成。 信息识别符表示的是信息的内容,而不是信息的目的地址。这样定义可使多个节点收到同样的信息,并且数据能够以多种方式交换。数据可以从主节点发送到一个或多个从节点,也可以通过从节点发送给主节点或其他从节点。因此从节点之间通讯并不需要经过主节点,并且主节点可以将信息广播给网络内的所有节点。主节点中的主任务控制数据帧的发送时序和优先级。 主节点传送信息到从节点,而从节点只在主节点询问时才传送信息。从节点仅在需要发出唤醒信息的时候才主动地发送信息。 LIN的数据帧由帧头和响应信息组成,如图1所示。帧头由主任务发出,主任务在发出同步间隔后发送同步场(0x55),从节点利用同步场将它的波特率调整到传送来的信号的波特率。之后,发送一字节的信息识别符,其中0~3位表示信息类别,4~5位表示信息长度,7~8位是奇偶校验。从任务通过该字节判断数据是否自己有关,并确定自己如何处理该数据。响应信息是由从任务发出的,由2个、4个或8个字节长度的数据和1个字节的和校验构成。和校验(checksum)表示数据帧结束,和校验是通过计算数据的全部字节而得到的(不包括识别字节及同步场)。 LIN 总线的另一个帧是睡眠帧,由主任务发出,它的作用是让总线和节点进入低功耗状态。睡眠帧的识别字段包含数值 0x80之外,除此之外,睡眠帧与数据帧是相似的。当收到唤醒信号时,总线睡眠状态便中止。唤醒信号由从任务发出。 2.3 LIN的物理接口 LIN的物理接口如下图所示,LIN的物理接口是基于通用的SCI (UART)的硬件接口的,SCI (UART)接口是几乎所有的微处理器都集成的硅模块,因此使用LIN更加方便。LIN是单线传输数据的,每个节点通过上拉电阻线与总线,电源从汽车电源网络获得VBAT。和上拉电阻串联的二极管可以防止电子控制单元ECU 在本地电池掉电的情况下通过总线上电。 3. Lin车身控制应用方案 车身控制系统主要包括灯光控制模块,车门控制模块和仪表显示模块等,这些模块的基本原理是采集各种开关的状态量根据这些状态量来驱动负载动作,所以车身控制系统的控制对象主要是不同功率的灯、低速电机、电磁阀和开关量器件。它们对信息传输的实时性要求不高, 因此车身控制系统的通讯网络采用A类标准即可。LIN正是众多汽车生产商和半导体公司联合提出的A类车用通讯网的开放总线协议标准。同时考虑到车身控制系统对成本比较敏感,LIN以其低成本的优势成为车身控制系统网络的首选。 下图给出了卡车车身控制系统的解决方案。车身控制系统的这些电控模块与汽车驱动系统分开有利于保证驱动系统的实时性,这也是汽车内通讯网络分级的一个原因。车身控制系统的中央控制模块也是一个网关,将CAN网络和LIN网络连接起来。 本文选取中央控制模块和灯光控制模块来说明LIN总线的应用。中央控制模块位于车的驾驶室内,主要检测驾驶室内控制开关的状态,并根据这些控制开关的状态实现相应的控制策略,然后将控制命令通过LIN总线发送给向各子模块,同时通过CAN总线接收上层CAN网络的某些信息。中央控制模块的MCU选用Motorola公司的08系列单片机MC68HC908GZ16,该芯片是一款可靠性高和抗干扰能力强的汽车专用芯片,其内部集成了CAN的控制器,并有SCI模块,这方便了CAN和LIN的开发。中央控制模块中的CAN接口芯片采用Motorola公司的MC33388,LIN的接口芯片采用Motorola公司的MC33399。中央控制模块的POWER单元作用是将车内24v电压转换成5v供给MCU。DETECT单元作用是采集开关量的状态,将并行的数据转换成串行数据送给MCU。中央控制模块还可以根据不同需求增加驱动单元,在本例中,中央控制模块还完成了驱动车内的内饰灯和雨刷电机的工作,驱动芯片分别选取Motorola公司的MC33286和MC33289。 灯光控制模块有两块,分别位于车的前部和后部,主要控制前部和后部的车灯。灯光控制模块的MCU采用Motorola公司的低成本的单片机MC68HC908EY4,驱动芯片根据车灯所需功率来选取,本文选取了多片Motorola公司的MC33288和MC33286。 4.结论 LIN总线在车身控制系统的应用,降低了低端通讯网络的成本,同时增加了设计的灵活性,提高了系统的可靠性,有利于分布式车身控制系统的开发。因此LIN总线在汽车领域有着良好的应用前景,此外LIN总线作为一种开放协议,还可用在工业和家电领域,实现对速度要求不高,短距离连接的设备间的通讯。 参考文献: 1 LIN Specification Package 2.0 online. LIN Consortium.2003 2 Local Interconnect Network Applications. Motorola Inc.2004 3 Local Interconnect Network (LIN) Demonstration. Motorola Inc.2000  

    时间:2012-03-19 关键词: lin 总线 灯光控制 车身控制

  • 分布式汽车车身控制系统设计

    引言   随着汽车电子的迅猛发展,现代汽车中电控单元逐渐增多,这些电控单元大致可分成三类:动力传动装置控制(如发动机控制和变速控制),底盘部分控制(如汽车防抱死系统ABS)和车身控制。其中车身控制系统主要是为了提高驾驶的方便性和乘坐的舒适性。车身控制系统涵盖范围广,包括灯光控制系统,车门控制系统,座位控制系统,气候(空调)控制系统,仪表盘显示等。本文选取灯光、雨刷及底盘部分电磁阀这些控制节点来说明车身控制系统如何实现分布式控制方案。   系统结构   该系统要实现的功能如下:   * 控制汽车上所有车灯。   * 控制雨   刷低速、高速、间歇式工作。   * 控制与取力器、全轮驱动、轮间和轴间差速器相连的电磁阀的工作。   * 实时响应驾驶室控制开关的动作。   * 灯光自检功能。   * 故障诊断定位能力。   该系统采用分布式结构,因为车身控制系统的控制对象比较多而且位置分散,若采用点对点集中控制方式,控制模块与被控对象之间需大量电缆连接,这势必造成车内布线复杂,制造和安装困难,并存在故障隐患。而分布式系统结构可以根据控制对象的位置来设计控制模块,从而缩短了控制对象和控制模块的距离,各模块间通过LIN总线来通讯,该方式仅需一根线作为通讯线,这样加上地线和电源线总共三根线,从而简化了布线,使系统结构清晰。同时分布式系统结构增加了系统的灵活性,可方便地增减节点。此外分布式系统结构还降低了单板的静态电流,增加了单板的稳定性。系统结构示于图1。        图 1 分布式车身控制系统结构图   根据系统功能要求和结构特点,系统被分成四个模块:主控模块和三个子模块(前模块、底盘模块和后模块)。   主控模块位于车的驾驶室内,主要检测驾驶室内控制开关的状态,并根据这些控制开关的状态实现相应的控制策略,然后将控制命令发送给向各子模块,同时检查各用电设备的工作状态,若有故障则报警显示。前模块位于车的前部,主要控制车前部的用电器,包括车前部的灯:远光灯,近光灯,雾灯、左右前转向灯、雨刷、风扇、加热、紧急报警、喇叭的工作。底盘模块位于车的底盘,主要控制与取力器、全轮驱动、轮间和轴间差速器相连的电磁阀的工作。后模块位于车的后部,主要控制车后部的用电器,包括车后部的灯:尾灯,刹车灯,左右后转向灯的工作。   主控模块和子模块的功能框图示于图2和图3。        图2 主模块的硬件框图        图3 子模块的硬件框图   电压调整单元将汽车内24V电压转换成5V电压供给单片机、功率芯片等。   微处理器控制单元(MCU)采用Motorola的MC68HC908GZ16和MC68HC908GR8,主控模块的微处理器控制单元采集输入的开关状态,完成相应的控制,将控制命令通过串口送给各子模块,同时根据各子模块反馈的负载的状态判断是否存在故障,若有故障则报警显示。各子模块的微处理器控制单元完成对负载的驱动,并采集负载的工作状态发送给主控模块。   开关状态检测单元将开关状态的24V电压转换成5V后,将此并行数据转成串行数据给MCU,这样可大大减少了所需的MCU引脚数量。   功率驱动单元由功率芯片和串行数据转并行数据的芯片组成,功率芯片代替了传统的继电器,许多汽车负载不能被MCU或低电流接口器件直接驱动,而功率芯片可通过MCU控制输出大电流来驱动各种负载。各子模块可根据所带负载来选择不同的功率芯片,驱动阻性负载选用了MC33286和MC33888,驱动感性负载选用了MC33289。MCU通过I/O端口将控制命令串行输出,通过串行数据转成并行数据的芯片送给功率开关。   故障显示单元用三个发光二极管表示三个子模块,若子模块出现故障,相对应的发光二极管会点亮,同时蜂鸣器会报警。同时子模块上也用发光二极管来表示子模块所驱动的负载的状态,这样可非常直观地看出子模块上哪路负载出现开路、过流、过温、过压等的故障。   本系统采用LIN总线的通讯方式。LIN总线基于通用的SCI/UART接口的,其成本要低于CAN通讯。LIN可以作为CAN通讯网络的辅助。LIN总线主要应用在不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低速系统,如   &   nbsp; 开关类负载或位置型系统包括车的后视镜、车锁、车座椅、车窗等的控制系统。LIN更有助于实现汽车中与CAN网络连接的分布式控制系统。LIN以其低成本的优势成为车身控制系统网络的首选。   系统的通讯由主控模块控制通讯顺序,LIN的数据帧是按数据内容定义的,而不是数据的目的地址。这样定义可使多个节点收到同样的信息,并且数据能够以多种方式交换。数据可以从主节点发送到一个或多个从节点,也可以通过从节点发送给主节点或其他从节点。因此从节点之间通讯并不需要经过主节点,并且主节点可以将信息广播给网络内的所有节点。本系统中数据通讯主要是主模块向三个模块发送控制命令和三个子模块向主模块反馈的故障状态数据。本系统定义了几种数据类型,一种是三个模块各自接收的数据,另一种是前模块和后模块同时接收的数据,第三种是三模块同时接收的数据,第四种是三模块各自独立发送的数据。通讯过程见系统软件流程。   汽车上电磁干扰较厉害,对系统的抗干扰能力要求较高,系统在硬件和软件上进行了抗干扰设计。在硬件上,通讯线路上采用了光电隔离电路,电源也采用DC-DC隔离。在电源和地之间设计了一个去耦电容,它可以滤掉来自电源的高频噪声。在印刷线路板的布局上,将数字电路和功率驱动电路合理分开,使相互间的信号耦合减少到最小。在软件上,系统采用了看门狗技术,从而增加了系统的可靠性。 系统软件流程图示于图4。        图4 软件流程图   结语   本设计方案实现了系统的基本功能,且结构简单成本低,该设计思想同样适用于轿车和中型车辆。

    时间:2011-02-09 关键词: 汽车 分布式 系统设计 车身控制

  • LIN总线在车身控制中的应用性研究

    LIN总线简介LIN总线主要用于汽车电子控制系统,构成CAN、TTP/C等高速总线的辅助网络,实现汽车网络的分级制结构,以简化线束,合理利用网络资源,节约成本。LIN网络设计中关键问题是LIN总线接口的软件和硬件设计。笔者在研究LIN规范的新修订版本LIN2.0的基础上设计了基于该规范的LIN节点,针对LIN接口设计中几个关键问题提出了解决方法。LIN节点硬件设计1 LIN接口总体设计LIN节点硬件上主要包括LIN接口电路部分、控制输入部分、显示电路或负载驱动输出等,其中LIN接口为节点的核心。以Microchip公司的PIC16F87为控制器、TJA1020为LIN收发器、SA57022 为开关电源的LIN接口电路如图1所示。SA57022电源输出的打开与关断由LIN收发器控制通过INH引脚控制。图1 LIN接口原理图因主机节点需为网络中的从机节点提供时钟基准,故在主机节点中为PIC16F87配置了外部晶振。在从机节点中,从机节点可通过主机节点发送帧头中的同步场来校准自身波特率,故可省去外部晶振而使用PIC16F87内置的RC振荡器。2 LIN收发器应用设计TJA1020为LIN收发器,它是LIN 协议控制器和LIN传输媒体之间的接口,是节点的核心器件,负责收发数据时总线的波形调整和电平转换及节点多种工作模式的实现。TJA1020按LIN物理层规范集成了片内从机端电阻,在从机节点应用中无须再外接从机端电阻,在主机节点应用中按图1所示在其INH引脚和LIN引脚之间串接主机端电阻和二极管可提高总线的驱动能力,并在总线对地短路时使节点自动进入睡眠状态,减少电流损耗。以TJA1020为收发器构造的LIN节点具有普通、低斜率、睡眠、准备四种工作模式,以尽可能降低功耗和电磁辐射,各种模式下的节点状态和模式间转换如图2所示。图2 工作模式的节点状态以及模式间的切换LIN节点软件设计1 LIN主机节点软件设计LIN主机节点行使帧处理和LIN网络的通信管理职能,程序流程如图3所示。图3 主机程序流程LIN规范规定,同步间隔场为至少13个连续的显性位(低电平)。LIN 通信基于通用UART/SCI接口,字节传送使用8N1编码,无法直接产生这样一个显性序列。总线的正常通信波特率为9.6k,从机节点始终以此波特率工作,主机节点在需要发送同步间隔场时将波特率降低到4.8k,并发送0x00,则工作于9.6k波特率的从机节点将检测到18个连续的显性位,从而判断一个新报文帧的到来。主机节点在发送完同步间隔场后将波特率恢复到9.6k。2 LIN从机节点软件设计LIN从机节点的职能可概括为帧头检测与接收和帧处理这两部分。在每个报文帧的帧头中由配置晶体振荡器的主机节点通过同步场给从机节点提供波特率基准,从机节点通过测量同步场来校准自身波特率,以保证在报文传输中各节点之间的同步。同步场逻辑值为0x55,波形如图4所示。从机节点通过测量同步场中第1和第5个下降沿之间的时间间隔来计算校准自身波特率。图4 同步场波形图设主机节点和从机节点的串行口均工作于方式1(8位UART,波特率可变),主机节点波特率为B,从机节点以定时器测量同步场第1和第5个下降沿得到的计数个数为C,从机节点振荡器当前频率为fs,得到式(1)。                  (1) 设从机节点计数器1作为波特率发生器工作于常数自动重新装入的8位定时器/计数器方式,得到式(2)。        (2) 使从机节点与主机节点同步,则令:Bs=B                       (3)由式(1)~式(3)可得到式(4)。            (4)从机节点以由式(4)计算得到的N值作计数器1产生波特率的重新装入值,可产生与主机节点一致的波特率。节点制作与实验利用该设计制作LIN节点构建LIN网络,对其进行了通信试验和初步的抗干扰试验。由于报文帧头和报文帧响应均由主机节点发送,报文帧帧头和报文帧响应间的帧间响应间隔较小。当LIN从机节点在LIN主机节点的引导下相互传送指令或信息时,LIN网络上进行从机节点到从机节点的数据传输,此时LIN主机节点发送报文帧帧头,一个LIN从机节点发送报文帧响应,另一个或几个LIN从机节点接收报文帧响应。由于这种报文帧传送需要3个甚至3个以上节点参与,故预留了较长的帧间间隔,以便报文帧响应的发送节点和接收节点有充足的响应时间,确保报文帧传送的顺利完成。当LIN主机节点向某从机节点请求数据时,LIN总线上进行从机节点到主机节点的数据传输,此时LIN主机节点发送报文帧头, LIN从机节点接收报文帧帧头后发送报文帧响应, LIN主机节点接收报文帧响应。汽车电磁环境恶劣,因此汽车通信系统的抗干扰能力尤为重要,按该设计制作的LIN网络在BZ-5型汽车电火花干扰试验台上进行了抗干扰实验,试验中网络通信顺利,各项功能正常。结束语在车身控制系统中应用LIN总线降低了低端通信网络的成本,同时增加了设计的灵活性,提高了系统的可靠性,有利于分布式车身控制系统的开发。多种工作模式的实现和它们之间的转换可减少电能消耗和电磁辐射;调整波特率产生帧头的方法可摆脱对额外或特殊器件的依赖;从机节点自同步的实现可减小节点体积降低成本。

    时间:2009-10-20 关键词: lin 中的应用 总线 车身控制

  • CAN总线在汽车车身控制中的应用

    一、引言     20世纪80年代以来,随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用,汽车上的电子控制单元越来越多,例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等等。在这种情况下,如果仍采用常规的布线方式,即电线一端与开关相接,另一端与用电设备相通,将导致车上电线数目的急剧增加,使得电线的质量占整车质量的4%左右。另外,电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性,但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性,增加了维修的难度。为此,改革汽车电气技术的呼声日益高涨。因此,一种新的概念——车用控制器局域网络CAN应运而生。     CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称,它是由德国Bosch公司及几个半导体生产商开发出来的,CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性,而且简单实用,网络成本低。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。     二、CAN总线的技术特点     CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤,其主要特点如下: CAN总线为多主站总线,各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息,且不分主从; CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术,高优先级节点优先传送数据,故实时性好; CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能; CAN总线采用短帧结构,每帧有效字节数最多为8个,数据传输时间短,并有CRC及其它校验措施,数据出错率极低; CAN总线上某一节点出现严重错误时,可自动脱离总线,而总线上的其他操作不受影响; CAN总线系统扩充时,可直接将新节点挂在总线上,因而走线少,系统扩充容易,改型灵活; CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s,直接通信距离最远可达到10km(速率在5kbps以下); CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路。在标准帧(11位报文标识符)时可达到110个,而在扩展帧(29位报文标识符)时,个数不受限。     三、车身系统的CAN控制设计     1. CAN总线网络系统架构     现代汽车典刑的控制单元有发动机控制模块、变速器控制模块、多媒体控制模块、气囊控制模块、空调控制模块、巡航控制模块、车身控制模块(包括照明指示和车窗、刮雨器等)、防抱死制动系统(ABS)防滑控制系统(ASR)等。完善的汽车CAN总线网络系统架构如图1所示。 图1 汽车CAN总线网络系统架构    2. CAN节点的硬件架构     本系统中,CAN节点采用:     ECU(AT89C51)+CAN控制器(SJA1000)+CAN收发器(PCA82C250)的电路结构以下是其核心芯片简介:     (1)CAN控制器     为了系统进一步扩展的需要,可选取支持CAN 2.0B通讯协议的芯片SJA1000。SJA1000是PHILIPS公司生产的既支持CAN 2.0B,又支持CAN 2.0A的CAN控制器,它与仅支持CAN 2.0A的CAN控制器PCA82C200在硬件和软件上完全兼容。     (2)CAN收发器     PCA82C250是PHILIPS推出的CAN控制器和物理总线接口芯片,可提供对总线的差分发送和接收。它与ISO 11898标准完全兼容,并有高速、斜率控制和待机3种不同的工作方式,可根据实际情况选择。     (3)单片机AT89C51     AT89C51是ATMEL公司的单片机。它是一种低功耗、高性能、内含4KB闪速存储器的8位CMOS微控制器,与工业标准MCS-51指令系统和引脚完全兼容。AT89系列的优越性在于其片内闪速存储器可进行1000次的编程与擦除,且数据不易丢失,数据可保存10年。     CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接基本方法如图2所示。 图2 CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接图    三、车身控制模块中的CAN应用层协议     1. 协议原则     本协议遵循CAN2.0B规范,根据车身控制模块的特点,采用源→目的方法,每个节点都有自己固定的标识地址,且节点数小于64,设计时可将中央控制模块设为主节点,而将车门、电动座椅子模块及自检子模块设置为从节点。本协议可完成以下功能:     (1)特定信息的广播;     (2)主从节点之间的连接;     (3)主从节点之间的信息交换(包括故障信息)。     本协议采用帧优先原则分配标识符,每一帧标识符中的高四位表示帧类型,不同帧类型有不同的优先权,优先权决定了各种信息帧在同等情况下的发送顺序,协议中的29位标识符的分配如下:     帧类型(4位)+目的地址(6位)+源地址(6位)+命令(或状态、报告)属性(13位)[或数据属性+分段标志+分段号(共13位)]。     对所有的命令或状态、数据、报告属性、除定时采集发送的数据外,原则上均需应答(发送确认帧以保证通讯正常)。     2. 帧格式仲裁场和控制场定义     仲裁场由29位标识符ID28-ID0以及SRR、IDE和RTR组成,SJA1000中的寄存器17-21用来存放扩展帧格式帧信息的标识符。发送时,SRR=1,IDE=1,RTR=1/0(远程帧/数据帧)。标识符中的ID28-ID25为车身控制模块交换报文的帧类型(共4位)。ID24-ID19为车身控制模块中帧信息使用者的地址(或称为目的地址,共6位)。ID18-ID13为车身控制模块中帧信息发送者的地址或称为源地址(共6位)。ID12-ID5为车身控制模块中交换的命令、状态、数据或报告属性(共8位),ID4位需附加命令或状态、数据、报告属性时的分段标志。ID3-ID0为附加命令或状态、数据、报告属性的分段号(共4位)。当ID4=0时,ID3-ID0控制场、数据寄存器0-7有效。对于远程帧,则可忽略ID4-ID0以及控制场的值。SJA1000的寄存器16低四位DLC3-DLC0可构成控制场,以决定数据帧的数据长度。     3. 车身控制模块CAN2.0B通讯报文约定     按车身控制模块的节点要求,通讯的信息帧分为表1所列的6种,表1中的优先级按序号从高到低排列。其目的地址和源地址的分配见表2所列。表1 车身控制模块帧模型表2 车身控制模块各节点地址分配其工作方式如下:     (1)开机后或唤醒时,从节点向主节点发送状态信息,主节点发送广播信息远程帧(两次),广播信息为共用信息,包括车速信号,档位信号,点火开关位置信号等。     (2)正常情况下,从节点内部巡查各端口状态,如有故障则向主节点发送故障代码3次,主节点收到三次故障报警后开始响应,从节点停止发送,一旦故障消失,再向主节点发送正常信息。在主节点中应有一故障表,以用于已诊断模块的通讯。     (3)主结点分别发送自检信息后,如各从节点正常,则发送正常信息,状态和数据帧。如有故障,则通过分段数据帧发送故障报警帧。     (4)从节点监测到正常输入信号的变化(包括开关量和模拟量采样级数的变化)后,便通过报告帧发送信息给主节点,主节点则发送命令帧以示响应。     4. 通讯报文定义     表3所列是中央控制模块与诊断模块的通讯报文定义。表中,aaaa为分段号,可在故障代码多于8个时设置,最多可达传送16×8个字节代码;bbbbbb为各传感器代号,其响应帧采用不分段的数据帧,cccccccc为执行相应动作的代码,如车窗上升为00000001,下降为00000010,该响应最多可以执行256个动作。响应帧采用远程帧,请求帧为远程帧。表3 中央控制模块与诊断模块通讯表4 正常工作时各节点通讯协议约定    在系统正常工作时,各节点的通讯协议约定如表4所列。表中的dddd为分段起始命令中包含的总段数;eeee为广播信息的某一段号,控制场中的数据长度为该段内的数据长度,数据场中的数据广播的某段实际数据,按顺序定义数据有:数据寄存器1=车速信息高8位; 数据寄存器2=车速信号低8位; 数据寄存器3=发动机转速信号高8位; 数据寄存器4=发动机转速信号低8位; 数据寄存器5=点火开关位置,其中,0表示钥匙拔出;1表示钥匙位于OFF;2表示钥匙位于ACC;3表示钥匙位于RUN;4表示钥匙位于START; 数据寄存器6=档位信号,0表示空档;1表示驱动档;2表示驱动档;3表示倒档;4表示驻车档; 数据寄存器7=遥控信号,0表示遥控解锁主驾车门;1表示遥控锁定主驾车门;2表示遥控解锁所有车门;3表示遥控锁定所有车门;4表示遥控解锁行礼箱; 数据寄存器8用于防盗模式;0表示进入防盗模式,1表示解除防盗模式; 数据寄存器9-16:保留。     四、软件流程    各控制器应按规定格式和周期发送数据到总线上,同时也要接受其他控制器的信息。总线上的其他控制器则根据需要各取所需的报文。对于接收数据,本系统采用中断方式实现。一旦中断发生,即将接收的数据自动装载到相应的报文寄存器中,此时还可采用屏蔽滤波方式,利用屏蔽滤波寄存器对接收报文的标识符和预先在接收缓冲器初始化时设定的标识符进行有选择地逐位比较,只有标识符匹配的报文才能进入接收缓冲器,那些不符合要求的报文则将被屏蔽于接收缓冲器之外,从而减轻CPU处理报文的负担。此外,不同数据应放入不同的报文寄存器中,因此在接收中断服务程序中,就可以容易地判断出中断是由哪个接收报文引起的,其程序流程图如图3所示。 图3 程序流程框图    五、结束语     CAN总线作为一种可靠的汽车计算器网络总线,现已开始在先进的汽车上得到应用,从而使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源,以达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统之目的,进而使得汽车的动力性、操作稳定性、完全性都上升到新的高度、随着汽车电子技术的发展,具有高度灵活性、简单的扩展性、优良的抗干扰性和纠错能力的CAN总线通信协议必将在汽车电容系统中得到更广泛的应用。

    时间:2009-08-20 关键词: 汽车 can 总线 车身控制

  • 车身控制模块设计要求及解决方案

      随着人们对汽车的操控性及舒适性需求不断升高,汽车车身中的电子设备越来越多,如电动后视镜、中控门锁、玻璃升降器、车灯乃至其它更多的高级功能等。图1:典型车身控制模块(BCM)的系统架构。  电源要求及方案选择  典型车身控制模块(BCM)设计重要的一步是确定电源要求,以及选择合适的电源方案。一般而言,BCM要求的输入电压在-0.5V至32V之间,输出电压为5V或3.3V。值得一提的是,汽车内的用电设备越来越多,如果电池直接供电的设备静态电流不够低,而汽车连续停泊较长时间,车内蓄电池可能因为过度放电而使汽车无法重新启动,故BCM设计需要考虑静态电流。此外,汽车应用中可能会常常面对高温环境,所以要求电源提供过温保护。  适合于BCM的电源包括线性电源(或称线性稳压器)和开关电源(或称开关稳压器)。这两种电源各有优势,究竟选择何种电源,还要看具体应用。在车身控制模块的供电电源方面,中国市场上所售汽车中,轿车一般采用12V电源,而卡车和客车一般采用24V电源。在12V电源BCM中,推荐采用安森美半导体的线性稳压器,如NCV4275A等,见图2。NCV4275A是一款带复位和延迟功能的5V、3.3V/450mA低压降(LDO)线性稳压器,这款器件支持可编程微控制器复位,并提供多种特性,如过流保护、过温保护、短路保护等。此外,在下图中位置1处串联一个二极管(MRA4005),这线性电源能有效防止高达-42V的反向电压;在位置2处并联一个瞬态电压抑制器(TVS)管,可以有效阻止高达+45V的瞬态电源负载突降(loaddump)高压脉冲及不稳定的电源杂波,符合12V汽车电源系统的ISO16750-2-20034.6过压测试规范。实际上,在汽车发动机启动瞬间就可能出现负载突降,从而导致电池电压升高至超过40V。这些特性让NCV4275A非常适合汽车车身控制模块应用。  实际上,NCV4275A仅是安森美半导体针对汽车应用的宽范围线性稳压器中的一款,其它线性稳压器有如NCV8664/5、NCV4949、NCV8503/4/5/6、NCV4274A等。超低静态功耗的产品,静态电流低至30μA以下,驱动电流范围在100mA至450mA之间。图2:车身控制模块中线性电源典型应用电路示意图。  24V电源的BCM应用中,需要将24V电压转换至5V或3.3V,如果采用线性稳压器,电源芯片本身就会有很高的功率消耗,产生大量热量导致温度过高而烧坏芯片,所以我们需要采用开关稳压器,我们推荐采用安森美半导体系列用于汽车的开关稳压器,如NCV51411、NCV8842、NCV8843、NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575及NCV2574等。这些开关稳压器具有较高的效率,避免产生大量的放热,保护芯片,提升系统可靠性。这些汽车应用的开关稳压器驱动电流多数在0.5A至1.5A之间,有的达到2.5A(NCV33163),开关频率在50kHz至300kHz之间。以NCV51441为例,这款器件使用V2控制架构,提供无可比拟的瞬态响应、极佳总体稳压精度及最简单的环路补偿。这款器件上的“BOOST”引脚支持“充当启动电路(Bootstrapped)”工作,将能效提升至最高;集成的同步电路支持并行电源工作或将噪声降至最低。  车身网络要求及发展趋势  可以应用于汽车中的系统总线有多种,如控制器区域网络(CAN)、本地互连网络(LIN)及FelxRay等。这些总线的特点各不相同,表1比较了汽车应用中几种常见的系统总线,并列出了典型的安森美半导体总线收发器产品。表1:不同汽车总线比较及典型收发器。  安森美半导体的总线收发器系列非常适合车身控制网络应用要求。图3a)及b)分别显示了基于安森美半导体CAN收发器AMIS-42665及LIN收发器NCV7321的典型电路。值得一提的是,AMIS-42665提供小于的10μA的极低静态电流。支持总线唤醒,共模电压范围-35V至+35V,可以承受额定+/-8kV的静电放电(ESD)脉冲。NCV7321则支持-45V至+45V的电压范围,承受额定5kV的ESD脉冲。这些器件均提供强大的保护功能。图3:基于安森美半导体收发器的典型CAN电路(图a)及LIN电路(图b)。   在车身控制网络应用中,需要尽可能地配合降低成本及空间要求,同时提升系统的稳定性和长期可靠性,故需要提升元器件的集成度。得益于近年来出现的混合信号工艺,如安森美半导体的SmartPower高压BCD工艺,高压模拟电路如今能够与低压电路集成起来,使更高集成度的系统芯片得以开发和应用。如安森美半导体的NCV7440在同一颗芯片上集成了线性稳压器及CAN收发器,NCV7420则集成了线性稳压器及LIN收发器。这样的集成有效节省PCB板空间,可以给MCU单独供电,有效遏制其它模块对MCU电源的干扰。   安森美半导体身为全球领先的高性能、高可靠性硅解决方案供应商,更为汽车车身控制网络应用推出一款超高集成度的芯片——NCV7462。这款芯片集成了线性稳压器、CAN收发器、LIN收发器、看门狗(WD)电路、低边驱动及高边驱动,将所需外部元件数量减至极少,仅占用极小的电路板空间,并帮助简化设计流程。  遥控上锁及开锁设计要求及解决方案  汽车中的遥控上锁及开锁的应用越来越普及。车身控制模块使用315MHz(美国、日本)或433MHz(欧洲)频率,通过高频接收和发送来实现遥控上锁及开锁功能。这类应用中的设计难点在于设计阻抗匹配电路,从而使功率损耗降至最低。此类应用的通用要求包括低静态电流、提供睡眠模式、低发射功率、高接收灵敏度、低功耗及适宜的频率范围等。而安森美半导体的ON-53480高频收发器很好地满足这些设计要求,如静态电流低至小于1µA,带有唤醒及睡眠检测功能,信号电平仅为10dBm,接收灵敏度更是低于-100dBm,且工作电流仅为10mA,频率范围为280至343MHz。  板外大功率负载驱动及方案比较  车身控制模块电路板需要为板外的一些大功率负载供电,这些负载包括汽车内部照明(5W及10W)、单向电机和汽车喇叭等。一种可选的方案是采用板内继电器。继电器的线圈属于感性负载,而感性负载在启动时需要比维持正常工作所需电流大的启动电流,且感性负载在接通电源或断开电源的瞬间会产生反向电动势。要驱动继电器,可以采用安森美半导体的NUD3124、NUD3160或NCV7608等继电器驱动器。表2:板外大功率负载驱动方案优缺点比较  另一种方案是采用“预驱动器+MOSFET”来驱动板外大功率负载,其中预驱动器可以采用安森美半导体的NCV7513A,这器件支持并行端口及SPI端口通信,可编程,提供失效模式检测及短路和断路诊断功能。  第三种方案是采用SmartFET驱动。这是带保护的MOSFET,在MOSFET基础上增加了多种功能,如过压钳位、ESD保护、过流保护、过温保护、反压保护及高边和低边驱动。典型器件如低边驱动的NCV8401/2/3,及用于高边驱动(内部集成了升压电路)的NCV8450和NCV8460等。这三种方案的优缺点见表2。  应用于BCM的其它方案  除了上述板外大功率负载,汽车应用中常见的电动后视镜方面,可以采用安森美半导体的NCV7703来驱动其中的转向电机。这器件提供3个半桥输出,输出电流为0.6A,最高达1A,并具备自诊断功能,提供低静态电流、SPI通信及低压/过压/过温保护等特性。  此外,车身控制模块需要采集车门、车锁、组合开关等数十个信号,往往需要扩展MCU的输入端口,这就需要并行端口转串行端口的逻辑转换芯片,常用的是安森美半导体的8位移位寄存器MC14021B。  安森美半导体还为组合尾灯提供不同的解决方案。如NCV7680是一款8通道低边恒流驱动器,能以脉宽调制(PWM)方式设定尾部行车/刹车电流输出,而NSI45xx则是新推出的恒流线性稳压器(CCR),基于安森美半导体待批专利的自偏置晶体管技术,以低成本、强固等特点提供较高性能,着眼于替代一些汽车尾灯中使用的电阻型驱动器。  总结:  应用环境苛刻的车身控制模块(BCM)对元器件提出了更高的要求。本文探入探讨BCM设计在电源、车身网络及板外大功率负载驱动等多个方面的要求,并比较分析了一些领域中不同方案的优劣势。安森美半导体针身为全球领先的高性能、高能效硅方案供应商,针对车身控制模块等汽车应用提供具有强固保护特性、高可靠性、低静态电流的解决方案,如电源稳压器、总线收发器、高频收发器、继电器驱动器、预驱动器、电机驱动器、LED驱动器及MOSFET等,帮助设计人员为他们的BCM设计选择更佳的元器件方案,从而在市场上占据优势。

    时间:2009-07-21 关键词: 方案 模块设计 车身控制

  • 分布式车身控制系统设计

    分布式车身控制系统设计

       摘要:分布式车身控制系统是针对国产重型车电子化自控操作和故障诊断显示的需求而设计的。该系统采用分布式结构和LIN(Local Interconnect Network)总线通讯方式,优化了系统结构,减少了电缆数量。该系统同时采用智能功率芯片来驱动大电流负载,从而增加了系统的可靠性,降低了售后服务的成本。     关键词:分布式;车身控制;LIN总线;智能功率芯片;故障诊断 1 引言 随着汽车电子的迅猛发展,现代汽车中电控单元的数量也逐渐增多,这些电控单元大致可分成动力传动装置控制(如发动机控制和变速控制)、底盘控制(如汽车防抱死系统ABS)和车身控制三类。其中车身控制系统主要用来提高驾驶的方便性和乘坐的舒适性,该系统涵盖的范围较广,包括灯光控制、车门控制、座位控制、气候(空调)控制、仪表盘显示等。本文将介绍一种分布式车身控制系统的设计方法,该系统可对汽车灯光、雨刷及底盘部分电磁阀等节点进行分布式控制。 该控制系统的主要功能如下: ●控制汽车上所有车灯。 ●控制雨刷低速、高速、间歇式工作。 ●控制与取力器、全轮驱动、轮间和轴间差速器相连的电磁阀工作。 ●实时响应驾驶室控制开关的动作:按照SAE(Society of Automotive Engineers)的标准,实时性响应时间在10ms~100ms之间。 ●灯光自检功能:汽车上电后所有的灯点亮5ms后熄灭,以检查所有灯是否工作正常。 ●故障诊断定位能力:智能功率开关具有过流、过温、过压保护和开路检测功能,MCU通过检测智能功率开关各通路的State引脚状态可判断出哪路负载出现故障。 2 系统结构 该系统采用分布式结构。因为车身控制系统的控制对象比较多而且位置分散,若采用点对点集中控制方式,控制模块与被控对象之间就需要大量连接电缆,这势必造成车内布线复杂、制造和安装困难,并存在故障隐患。而分布式系统结构可以根据控制对象的位置来设计控制模块,从而缩短了控制对象和控制模块的距离。各模块间通过LIN总线来通讯,该方式仅需一根线作为通讯线,这样加上地线和电源线总共三根线,从而简化了布线和系统结构?增加了系统的灵活性,并可方便地增减节点。此外,分布式系统结构还可降低单板的静态电流,增加单板的稳定性。图1所示是其系统结构图。 根据系统功能要求和结构特点,该控制系统被分成主控模块和三个子模块(前模块、底盘模块和后模块)。其中主控模块位于车的驾驶室内,主要检测驾驶室内控制开关的状态,并根据这些控制开关的状态实现相应的控制策略,然后将控制命令发送给各子模块,同时检查各用电设备的工作状态,若有故障则报警显示。前模块位于车的前部,主要控制车前部的用电设备,包括车前部的灯(远光灯、近光灯、雾灯、左右前转向灯)、雨刷、风扇、加热、紧急报警、喇叭的工作等。底盘模块位于车的底盘,主要控制与取力器、全轮驱动、轮间和轴间差速器相连的电磁阀的工作。后模块位于车的后部,主要控制车后部的用电设备,包括尾灯、刹车灯、左右后转向灯的工作。 主控模块和子模块的功能如图2所示。其中电压调整单元可将汽车内的24V电压转换成5V电压,供给单片机、功率芯片等电压为5V的芯片。 主模块中的微处理器控制单元(MCU)采用Mo-torola的MC68HC908GZ16来实现,主要用于采集输入的开关状态,以完成相应的控制策略,同时将控制命令通过串口送给各子模块,并根据各子模块反馈的负载状态判断是否存在故障,若有故障则报警显示。图3所示是主模块的硬件原理图。 各子模块中的微处理器控制单元采用MC68HC908GR8,主要用于完成负载驱动,并采集负载的工作状态发送给主控模块。其硬件原理图如图4所示。 开关状态检测单元的任务是在24V的开关状态电压转换成5V后,将此并行数据转换成串行数据送给MCU,这样可大大减少所需MCU的引脚数量。 功率驱动单元由功率芯片和串/并转换芯片组成,功率芯片代替了传统的继电器后,许多汽车负载不能被MCU或低电流接口器件直接驱动,但功率芯片可通过MCU控制输出大电流来驱动各种负载。各子模块可根据所带负载来选择不同的功率芯片?本设计选用MC33286和MC33888来驱动阻性负载,选用MC33289来驱动感性负载。MCU通过I/O端口串行输出控制命令后,将通过串/并芯片送给功率开关。    故障显示单元用三个发光二极管表示三个子模块,若其中某个子模块出现故障,相应的发光二极管会点亮,同时蜂鸣器会报警。此时该子模块上用发光二极管来表示子模块所驱动的负载状态显示也会作出响应,从而可以非常直观地看出子模块上哪路负载出现开路、过流、过温、过压等故障。 3 系统通讯 本系统采用LIN总线通讯方式。LIN总线是基于通用SCI/UART接口的,其成本要低于CAN通讯。LIN可以作为CAN通讯网络的辅助。LIN总线主要应用于不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低速系统,如开关类负载或位置型系统(包括车的后视镜、车锁、车座椅、车窗等)的控制。因此,LIN更有助于实现汽车与CAN网络连接的分布式控制系统。 LIN总线的特点如下: ●采用低成本的单线12V数据传输,线驱动和接收特性符合改进的ISO 9141单线标准;    ●传输速率可达20kbit/s ; ●采用单主/多从的结构,不需要总线仲裁,由主节点来控制总线的访问; ●基于通用UART/SCI的硬件接口,几乎所有的微控制器都有LIN 必需的硬件; ●从节点不需要晶振或陶瓷振荡器就可实现自同步,从而减少了从节点的硬件成本; ●最差状况下的信号传送等待时间可得到充分保证,因此可避免总线访问冲突。 本系统的通讯顺序由主控模块控制,LIN的数据帧是按数据内容,而不是数据的目的地址定义的。这样定义可使多个节点收到同样的信息,并且数据能够以多种方式交换。数据可以从主节点发送到一个或多个从节点,也可以通过从节点发送给主节点或其它从节点。因此从节点之间的通讯并不需要经过主节点,并且主节点可以将信息广播给网络内的所有节点。系统中的数据通讯主要是主模块向三个子模块发送控制命令和三个子模块向主模块反馈故障状态数据。本系统定义了四种数据类型,一种是三个模块各自接收的数据,第二种是前模块和后模块同时接收的数据,第三种是三个模块同时接收的数据,第四种是三个模块各自独立发送的数据。其通讯过程可参见图5所示的系统软件流程。4 系统抗干扰设计 由于汽车上的电磁干扰比较厉害?因此对系统的抗干扰能力要求较高,本系统在硬件和软件上均进行了抗干扰设计。在硬件上,通讯线路采用了光电隔离电路?电源也采用DC-DC隔离。在电源和地之间设计了一个去耦电容,可用来过滤掉来自电源的高频噪声。在印刷线路板的布局上,将数字电路和功率驱动电路合理分开,这可使相互间的信号耦合减少到最小。在软件上采用了看门狗技术,从而增加了系统的可靠性。 5 结论 本设计方案可实现分布式车身控制系统的基本功能,且结构简单、成本低。此外,该设计思想同样也适用于轿车和中型车辆控制。

    时间:2005-09-27 关键词: 分布式 系统设计 车身控制

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