LIN總線技術(shù)在汽車門控系統(tǒng)中的應(yīng)用

LINSCI

LINSCI可以集成在8位MCU中，可實現(xiàn)標(biāo)頭偵測（HeaderDetection）、指示器（Identifier）和非相關(guān)字節(jié)過濾（IrrelevantByteFiltering）、延伸性錯誤偵測（ExtendedErrorDetection）和再同步化（Resynchronisation）等功能。其作用是使從設(shè)備的LIN總線功能更有效地發(fā)揮。

LINSCI也可以實現(xiàn)更高的精度。LIN總線的波特率（BaudRate）預(yù)定標(biāo)器（Prescaler）一般為8位整型值，分辨率有限，使得很難達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)SCI位時間取樣原則所需要的誤差率為2%的準(zhǔn)確性。LIN總線波特率一般為10kbps和20kbps，如果按20kbps計算，假設(shè)CPU頻率為8MHz，由于LIN的頻率寬容度為15%，量化錯誤將達(dá)到2.33%。LINSCI的預(yù)定標(biāo)器則以12位無符號（Unsigned）定點(diǎn)值（即LDIV）代替8位整型值，量化誤差則可下降到0.15%。

圖三　LINSCI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

實現(xiàn)LIN系統(tǒng)的最優(yōu)化包含許多方面因素。雖然以標(biāo)準(zhǔn)SCI所建立的LIN網(wǎng)絡(luò)已具備極佳性能，但LIN數(shù)據(jù)傳輸所需要的頻寬和CPU負(fù)荷，應(yīng)用上所需的頻率準(zhǔn)確性，以及LIN界面的穩(wěn)定和有效性等都是應(yīng)該考慮的因素。此外，硬件技術(shù)上的強(qiáng)化也十分必要。

ST的LINSCI即可通過這些手段實現(xiàn)更高的效率和更低的成本。首先，經(jīng)過強(qiáng)化的硬件SCI端口減少了CPU負(fù)載，相應(yīng)提高了系統(tǒng)效能。低成本主要由高集成度獲得，其內(nèi)部集成了1MHz震蕩器、帶有運(yùn)算放大器的快速10位ADC，以及帶有低電壓檢測器的可配置重啟電路，簡化了外部電路和系統(tǒng)設(shè)計，降低了制造成本。同時，8KB的擴(kuò)展內(nèi)存能在單一供給電壓下操作，除了提供更快速的編程能力，還降低了電路板的復(fù)雜程度。

汽車門控系統(tǒng)架構(gòu)實例

以汽車門控系統(tǒng)舉例。如圖四所示，目前中高檔車型的門控系統(tǒng)主要包括車門鎖（Lock）、防盜門鎖（DeadLockLatch）、動力車窗（PowerWindow）、踏腳燈（Footsteplight），及切換面板照明（SwitchPanelIllumination）等。其主節(jié)點(diǎn)為一個與車體CAN網(wǎng)絡(luò)相連的中央車體控制單元（CentralBodyECU），每個車門都有一個車門模塊，即按四門的車身則為DM-Driver（司機(jī)位置）、DM-Passenger（副駕駛位置）、DM-RearRight（右后門）和DM-RearLeft（左后門）提供門鎖和動力車窗等功能；另外兩個前門還有MMR和MML左右后視鏡控制模塊。駕駛端的中央切換面板（CentralSwitchPanel）是一個獨(dú)立的從節(jié)點(diǎn)，控制所有的動力車窗、手動門鎖及后視鏡等功能。

圖四　LIN網(wǎng)絡(luò)門控系統(tǒng)示意圖

汽車門控系統(tǒng)的應(yīng)用場景對LIN網(wǎng)絡(luò)提出了以下需求：當(dāng)主控器收到從遙控鑰匙發(fā)出的有效信號時，必須要啟動門控系統(tǒng)，從節(jié)點(diǎn)通常通過CAN總線接收；當(dāng)正確的鑰匙打開前門時，也同時啟動門控系統(tǒng)；從節(jié)點(diǎn)會直接反應(yīng)而不需經(jīng)由與主控器的通訊；切換面板的詢問動作（Polling）功能，以確保響應(yīng)對各個驅(qū)動裝置控制，如動力車窗、后視鏡調(diào)整、門鎖等的主動式切換；對所有從節(jié)點(diǎn)的詢問功能，以得到車窗升降的位置狀態(tài)，以及車門的開關(guān)情況；以及系統(tǒng)對所有從節(jié)點(diǎn)的睡眠模式控制（即電池供應(yīng)操作模式）等。因此門控系統(tǒng)的MCU也需要與上述功能相符，例如必須針對車窗的升降提供防夾（Anti-Pinch）功能、馬達(dá)的PWM控制及車窗位置監(jiān)控；能以SPI接口來控制門鎖馬達(dá)；對于車鑰匙的拔出及開門的動作，能夠提供電源供應(yīng)模式的接觸式監(jiān)控，以及對后視鏡及切換面板的操控功能等。

圖五　門控模塊功能架構(gòu)圖

對上述功能的參數(shù)設(shè)置上，也有一些需要考慮的因素，例如時序的準(zhǔn)確性和動作的實時性等。以手動打開汽車門鎖的動作為例，從鑰匙插入門鎖到打開，需要快速的響應(yīng)，可接受的延遲必須小于200ms。而在此期間，傳動馬達(dá)大約需要100ms打開門鎖，因此留給MCU來完成從低功率模式啟動、偵測到鑰匙，并觸發(fā)傳動裝置等動作的所有時間只有100ms。LIN總線波特率一般為10kbps或20kbps，如果按最快的20kbps計算，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒Γ瑒tCPU的響應(yīng)時間必須小于1ms。此外，針對系統(tǒng)的安全性（如防夾）和便利性（如門鎖偵測）等功能，都會有實時性的要求。

時序的準(zhǔn)確性是為了實現(xiàn)正確的運(yùn)作和流程。車門模塊需要一個寬容度小于3%的時間參考，車窗防夾（Anti-Pinch）功能的復(fù)雜算法就需要這種準(zhǔn)確性。

功耗與節(jié)能是對于多數(shù)ECU來說是十分關(guān)鍵的因素。以門控系統(tǒng)來說，系統(tǒng)在車輛熄火以后仍需進(jìn)行間隔性的監(jiān)控詢問動作，會造成電力的持續(xù)消耗。而監(jiān)控的延遲間隔設(shè)定很難取舍，因為時間間隔太長，則會造成反應(yīng)延遲；太短的話，又會增加系統(tǒng)的功耗。

故障安全設(shè)計

故障和安全也是系統(tǒng)設(shè)計的重點(diǎn)，例如短路時總線線路的故障安全（Fail-Safe）機(jī)制。因為LIN總線與車體CAN總線系統(tǒng)相比，不具有容錯性能（FaultTolerant），因此每個節(jié)點(diǎn)必須有能力分辨出短路的總線線路，同時反應(yīng)動作必須遵循特定的程序。