基于單片機(jī)的車身控制系統(tǒng)

摘要：設(shè)計(jì)了集中式與分布式控制相結(jié)合的電子控制單元。該單元不僅可以集成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，還支持車載網(wǎng)絡(luò)CAN、LIN的通信功能，通過這兩種總線機(jī)制，不但可以與汽車其他電控系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，還可以對(duì)車身控制系統(tǒng)本身進(jìn)行功能拓展。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；控制單元；操作系統(tǒng)；通信

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2012） 16-0063-01

一、前言

在車身控制領(lǐng)域上，國(guó)內(nèi)的汽車制造商和國(guó)外的企業(yè)還存在很大的一段差距。但是，國(guó)內(nèi)的汽車制造商在本土適應(yīng)性、開發(fā)成本等方面還是有一定的優(yōu)勢(shì)。因此，國(guó)內(nèi)的汽車制造商在車身電子控制方面還是有很好的發(fā)展前景的。近年來，國(guó)內(nèi)的汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展，逐漸涌現(xiàn)出一批以研發(fā)及生產(chǎn)車身控制系統(tǒng)的優(yōu)秀企業(yè)。預(yù)計(jì)在今后的汽車技術(shù)發(fā)展中，車身控制系統(tǒng)在汽車中的作用將會(huì)更加重要。目前，車身控制系統(tǒng)的主要控制方式有分布式控制和集中式控制2種。分布式控制技術(shù)設(shè)計(jì)車身控制系統(tǒng)可以為車內(nèi)人員提供差異化及高品質(zhì)的用戶體驗(yàn)，廣泛應(yīng)用于當(dāng)前國(guó)內(nèi)外中高檔車型中。而集中式控制技術(shù)可以有效地控制車身控制系統(tǒng)的制造成本，估計(jì)將會(huì)成為今后汽車車身控制發(fā)展的主要方向。

二、車身控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)電路按照工作原理和功能實(shí)現(xiàn)對(duì)車身控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。由于考慮到系統(tǒng)的合理劃分和整合，采用電路模塊化設(shè)計(jì)，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件電路的開發(fā)過程。

汽車電控系統(tǒng)大致可以分為6個(gè)部分：中控臺(tái)（駕駛員使用）、行駛控制系統(tǒng)、傳動(dòng)控制系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)。在本文的設(shè)計(jì)中，中控臺(tái)是作為上位機(jī)激勵(lì)控制使用，通過CAN總線向其他5個(gè)模塊系統(tǒng)發(fā)送控制命令信息，并采集各個(gè)模塊系統(tǒng)的返回信息，而其他5個(gè)模塊系統(tǒng)之間也是通過CAN總線進(jìn)行信息交互，以達(dá)到更加智能化控制的目標(biāo)。

車身控制系統(tǒng)由許多電子電控單元組成，主要包括車體中的車燈、車門、車窗、雨刷、電動(dòng)座椅、車身防盜以及車身上其他部分，為駕駛帶來更多的智能與舒適性和安全性。在本文的設(shè)計(jì)中，將車身控制系統(tǒng)分為集中式和分布式控制兩種，其中，將車燈控制子系統(tǒng)和車窗控制子系統(tǒng)列為集中式控制，集成到中央控制模塊中，而對(duì)其他子系統(tǒng)例如雨刷控制子系統(tǒng)等歸為基于LIN總線的分布式控制。

本文設(shè)計(jì)的基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的車身控制系統(tǒng)將中央控制模塊作為中控臺(tái)對(duì)車身控制系統(tǒng)的CAN總線通信的節(jié)點(diǎn)，并且作為L(zhǎng)IN總線的主機(jī)節(jié)點(diǎn)來設(shè)計(jì)。為了驗(yàn)證方案的可行性，在中央控制模塊上集成了車燈和車窗控制的集中式控制，而將雨刷、電動(dòng)座椅、后視鏡控制等子系統(tǒng)作為L(zhǎng)IN總線的從機(jī)節(jié)點(diǎn)，屬于分布式控制的部分。由于ECU模塊作為通信的主機(jī)節(jié)點(diǎn)，并且作為整個(gè)車身控制系統(tǒng)的核心，而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也是移植在這個(gè)模塊上，同時(shí)集成了車燈和車窗控制子系統(tǒng)，所以本文通過對(duì)這個(gè)模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于驗(yàn)證整個(gè)車身控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案具有實(shí)踐性的意義。為了證明整個(gè)方案的正確性和測(cè)試環(huán)境的便利，將這個(gè)部分分為3個(gè)模塊：ECU（Electronic Control Unit）模塊、車燈驅(qū)動(dòng)模塊、車窗驅(qū)動(dòng)模塊。

三、車身控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

汽車操作系統(tǒng)應(yīng)是嵌入式系統(tǒng)向?qū)崟r(shí)多任務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)耦合與通信的高端應(yīng)用過渡的產(chǎn)物，可以提高汽車電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和智能化程度。除了具備普通嵌入式系統(tǒng)的共有特性之外，它還具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)處理有很強(qiáng)的支持能力，中斷響應(yīng)時(shí)間短；合理進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，充分利用系統(tǒng)資源；系統(tǒng)集成度高，成本低；系統(tǒng)本身為超低功耗級(jí)；支持軟件多線程結(jié)構(gòu)，軟件抗干擾性強(qiáng)。本文采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II作為解決方案的嵌入式操作系統(tǒng)，其主要的原因是μC/OS-II是一種免費(fèi)公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能，完全符合本文設(shè)計(jì)方案的要求。

汽車上電子裝置的急劇增加和信息相互傳送的網(wǎng)絡(luò)化提出了嵌入式操作系統(tǒng)的需求，由法德兩國(guó)汽車行業(yè)所倡導(dǎo)的OSEK（Open Systems and the Corresponding Interfaces For Automotive Electronics）技術(shù)是針對(duì)符合汽車電子開放式系統(tǒng)及其接口的軟件規(guī)范所研發(fā)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。OSEK規(guī)范從實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和軟件的開發(fā)平臺(tái)兩方面作了全面的定義和規(guī)定并日趨完善，在國(guó)際汽車電子領(lǐng)域影響力日益增強(qiáng)，將成為未來汽車電子行業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛被采用。

本文將整個(gè)系統(tǒng)軟件分為三部分：底層驅(qū)動(dòng)模塊、操作系統(tǒng)模塊、應(yīng)用程序模塊。其中，底層驅(qū)動(dòng)模塊包含系統(tǒng)硬件所需要的寄存器的操作，操作系統(tǒng)模塊的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為μC/OS-II作為任務(wù)與底層驅(qū)動(dòng)硬件溝通的橋梁，而應(yīng)用程序模塊將系統(tǒng)的功能劃分為具體的任務(wù)實(shí)現(xiàn)。

四、總結(jié)

本文主要闡述了基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的汽車車身控制系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)方法，并對(duì)車燈控制子系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在對(duì)目前比較常用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II、車身控制系統(tǒng)的控制原理和兩種車載通信總線CAN/LIN協(xié)議進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹后，對(duì)車燈控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程及考慮因素作了較深入的闡述。設(shè)計(jì)的車燈控制子系統(tǒng)目前系統(tǒng)一直運(yùn)行良好，各項(xiàng)基本功能都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)；總的來說，基本上達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)。雖然其本身是一個(gè)基于功能驗(yàn)證性的設(shè)計(jì)，成本還較高，但對(duì)國(guó)內(nèi)汽車廠商在車身控制方面具有很好的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀樂廳，翟習(xí)健.汽車電動(dòng)車窗防夾裝置的研制[J].輕型汽車技術(shù)，2003：11-16.

[2]夏群生，李建秋.汽車電子學(xué)[M].北京：清華大學(xué)大學(xué)出版社，2005：117-162.

[3]孫仁云，付百學(xué).汽車電器與電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：213-216.

[4]黃鵬.基于CAN/LIN的智能車身網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2009：1-2.

[5]徐春艷，劉桂霞，周春光，姜豐，呂曉楓.基于LIN總線車燈控制系統(tǒng)的研制[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2009：1-3.