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1車身控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1通用模塊設(shè)計(jì)

為使系統(tǒng)適于分布式安裝，節(jié)省大量的線束和繼電器，將信號(hào)采集和功率控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為具有良好互換性的通用模塊。通用模塊選用飛思卡爾的MC9S08DZ60為主控制芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)、模擬、脈沖信號(hào)的采集功能和對(duì)功率負(fù)載的控制功能，同時(shí)具備SPI和can通信功能以及通信地址的可配置功能。為實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬量信號(hào)的采集和通信地址可配置，選用多路復(fù)用芯片MC33993，它通過(guò)SPI與MC9S08DZ60通信，可實(shí)現(xiàn)共22路開(kāi)關(guān)信號(hào)的輸入，開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入引腳還可以作為模擬量信號(hào)的輸入引腳。當(dāng)作為模擬信號(hào)輸入引腳時(shí)，通過(guò)SI寫入控制命令，在片選信號(hào)CS的上升沿時(shí)，將需要采集的模擬量信號(hào)接入到AMUX，并在下一個(gè)SO輸出數(shù)據(jù)中將對(duì)應(yīng)引腳位的值置為0。AMUX將捕捉到的最高為VDD電壓的模擬信號(hào)接入到主控芯片，實(shí)現(xiàn)該信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換。脈沖信號(hào)的采集處理，利用三極管的開(kāi)關(guān)通斷特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)處理。功率負(fù)載的輸出控制選用芯片BTS840，它可提供單路12A電流和雙路24A電流，并具備過(guò)熱保護(hù)和短路、斷路診斷反饋功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外接負(fù)載工作狀態(tài)的監(jiān)控。

1.2數(shù)字化儀表設(shè)計(jì)

儀表選用飛思卡爾的MC9S12D64為主控制芯片。該芯片為112腳封裝，有豐富的I/O資源和工業(yè)控制專用的通信模塊[4]，特別適用于汽車。儀表作為系統(tǒng)主控單元，不必配置通信地址，故可將芯片MC33993的輸入引腳全部用作采集開(kāi)關(guān)信號(hào)。為實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛狀態(tài)信息，在儀表上側(cè)布有30個(gè)LED指示燈陣列，由主控芯片根據(jù)對(duì)車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算后，通過(guò)I/O引腳控制對(duì)應(yīng)狀態(tài)指示燈。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、機(jī)油壓力、蓄電池電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫、燃油量和前后橋氣壓等參數(shù)，采取驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)指針來(lái)指示刻度表盤的實(shí)現(xiàn)方式。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片選用MC33976，通過(guò)SPI與主控芯片通信，每個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片可驅(qū)動(dòng)2個(gè)步進(jìn)電機(jī)。儀表采用240x120像素的LCD屏，在主頁(yè)面顯示LOGO、重要參數(shù)和報(bào)警信息，并可分頁(yè)顯示更多信息。儀表還設(shè)計(jì)有四個(gè)按鍵，主控芯片通過(guò)中斷方式接收按鍵信號(hào)，通過(guò)選擇不同按鍵，可實(shí)現(xiàn)LCD屏的分頁(yè)顯示信息，還可以設(shè)置日期、時(shí)間、主減速比和單圈脈沖數(shù)等參數(shù)。

1.3CAN通信設(shè)計(jì)

儀表和通用模塊通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信。為提高CAN通信性能，選用基于iCoupler磁耦隔離技術(shù)的ADUM1201代替常規(guī)的光電耦合器，它是符合車用等級(jí)的雙通道數(shù)字隔離器，具有比光電耦合器更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時(shí)序精度和瞬態(tài)共模抑制能力，在性能、功耗等各方面明顯優(yōu)于光電隔離器件[5]，具體電路如圖2所示。為消除通信線路信號(hào)串?dāng)_，在ADUM1201兩側(cè)分別采用隔離電源供電。高速CAN收發(fā)器TJA1040T通過(guò)CANH和CANL與總線相連，經(jīng)過(guò)ADUM1201的隔離，再通過(guò)TXCAN和RXCAN與主控芯片內(nèi)CAN控制器相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

1.4CAN通信網(wǎng)絡(luò)組成

為實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信，將儀表、通用模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU和尿素液位ECU通過(guò)雙絞線相連，組成CAN總線網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，為提高通信時(shí)的抗干擾能力，在總線兩端各配備一個(gè)120歐姆的電阻。

2車身控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為Metrowerks公司的CodeWarrior。儀表將所有采集或通過(guò)總線接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后，通過(guò)LED陣列、LCD屏和步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)指針顯示當(dāng)前車輛狀態(tài)，并經(jīng)過(guò)CAN總線將控制命令發(fā)送給相應(yīng)模塊，實(shí)時(shí)控制功率負(fù)載的啟停。車身控制系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間通過(guò)CAN總線收發(fā)數(shù)據(jù)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制模塊在主程序中先對(duì)CAN控制器進(jìn)行初始化，分別分配一段內(nèi)存空間作為接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的隊(duì)列，并通過(guò)中斷完成CAN總線數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

3結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了符合CAN通信協(xié)議的儀表和通用模塊，并與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU和尿素液位ECU通過(guò)CAN總線連接組成整車控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用ADUM1201作為隔離器件，提高了CAN通信的抗干擾能力。信號(hào)和負(fù)載的通用處理和儀表的集中控制邏輯運(yùn)算，使系統(tǒng)的售后維護(hù)變得更便捷、靈活。本系統(tǒng)已小批量裝車后運(yùn)行數(shù)萬(wàn)公里，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

作者：廖吉春嵇黎明單位：航天新長(zhǎng)征電動(dòng)汽車技術(shù)有限公司重慶長(zhǎng)安新能源汽車有限公司