（车辆工程专业论文）基于lin总线技术的车门网络控制系统的开发.pdf

摘要 摘要 随着汽车电子技术的发展，汽车上的控制器越来越多，为了减少控制器之间 的连接导线数量，提高数传输的安全性、可靠性，汽车网络技术应运而生。 本文首先对汽车网络技术产生的必然性进行阐述，并扼要的介绍了车载网 络的主要分类与应用范围，介绍了汽车网络技术的发展现状、发展特点与发展 趋势。同时还对车身网络控制系统进行介绍。跟据上述内容此提出了开发基于 l i n 总线车门网络控制系统的意义和必要性。 在对几种典型的车门网络控制系统结构特点进行分析比较的基础上，最终 确定了本文所使用的车门网络控制系统结构方案，并在对系统功能进行了详细 分析后，制定了网络通讯协议，并在此基础上搭建了l i n 总线车门控制系统仿 真平台，验证了通讯功能与控制功能。 在完成上述工作后，本文详细阐述网络控制器的硬件设计。分析了电磁干 扰的产生原因并提出了提高电磁兼容性的一些措施。之后又阐述了控制器的软 件架构与优点，并分别叙述了l 1 n 总线通讯控制程序、中央控制器节点应用程 序与车门控制器节点应用程序的软件设计内容。并且在对电机进行理论与仿真 分析的基础上，提出了防夹判断方法，设计了防夹判断软件流程。并在此基础 上对系统进行调试，调试结果满足了系统功能要求，并且运行稳定。 本文充分利用l i n 总线在分布式车身控制中的优势，设计了基于l i n 总线 的车门网络控制系统，并开发了相应的硬件和软件。实现了车窗、后视镜电机、 门锁的l 1 n 网络分布式控制与车窗防夹控制，运行效果良好。 关键词：l i n 总线，汽车网络，车门系统，防夹算法 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i mt h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o t i v ee l e c t r o n i c st e c h n o l o g y , t h en u n l b e l s o fc o n t r o l l e r si n c r e a s er a p i d l y i no r d e rt od e c r e a s ec o n n e c t e dl e a d sb e t w e e n c o n t r o l l e r sa n dt oe n h a n c et h es e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t yo fd a t at r a n s m i s s i o n ，i n v e h i c l e n e t w o r kt e c h n o l o g ye m e r g e sa st h et i m e sr e q u i r e f i r s t l y , t h et h e s i se x p l a i n st h ei n e v i t a b i l i t yo fe m e r g e n c eo fi nv e h i c l en e t w o r k t e c h n o l o g y t h e ni tg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o no fc l a s s i f ya n da p p l i c a t i o nf i e l do f v e h i c l en e t w o r k s e v e r a lt y p i c a lt y p e so fv e h i c l en e t w o r kh a v ea l s ob e e ni n t r o d u c e d m e a n w h i l et h et h e s i si n t r o d u c e su st h ea c t u a ls t a t u sa n dt h et r e n do fv e h i c l en e t w o r k , a n dt h es t a t u so fb o d yn e t w o r k ，b a s e do nw h a tt h em e a n i n ga n dt h en e c e s s i t yo f d e v e l o p i n ga c a rd o o rc o n t r o ls y s t e mb a s e do nl i nb u sh a v eb e e nb r o u g h t u p b a s e do na n a l y s eo fs e v e r a lt y p i c a lc a rd o o rc o n t r o ls y s t e ms t r u c t u r e s ，t h ef i n a l s t r u c t u r eh a sb e e nd e c i d e d ，a f t e r a n a l y z i n g t h ef u n c t i o n so ft h e s y s t e m c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lh a sb e e ne s t a b l i s c h e d ，b a s e do nw h i c hac a rd o o rs i m u l a t i o n s y s t e mh a sb e e ne s t a b l i s h e dt op r o o ft h ec o m m u n i c a t i o na n dc o n t r o lf u n c t i o n s a f t e r l a tt h eh a r d w a r ec o n s t r u c t i o no ft h ec o n t r o l l e rh a sb e e ne x p l a i n e di nt h e t h e s i s m e a n w h i l es y s t e me m ih a sb e e na n a l y z e da n ds e v e r a lm e a s u r e si no r d e rt o e l l l l r n c et h ee m co ft h es y s t e mh a v eb e e na d v o c a t e d t h es o r w a r ec o n s t r u c t i o nh a s a l s ob e e ni n t r o d u c e da n dt h es o f t w a r eo fl i nc o m m u n i c a t i o nc o n t r o lp a r ta n d a p p l i c a t i o n so ft h ec e n t r a lc o n t r o l l e ra n dt h ed o o rc o n t r o l l e r sh a v eb e e ne x p l a i n e di n d e t a i l a f t e ra n a l y z i n gt h ew i n d o wl i f ts y s t e ma n t i p i n c hm e t h o d sh a v e b e e na d v o c a t e d a n dt h es o f t w a r ec h a r tf l o w sh a v ep r e s e n t e d b a s e do na l la b o v et h es y s t e mh a sb e e n d e b u g g e ds u c c e s s f u l l ya n d r u n ss t e a d i l y i nt h i st h e s i st h ea d v a n t a g eo fl i nn e t w o r kh a sb e e ne x p l o i t e d ，c a rd o o rs y s t e m b a s e do nl 1 nb u sh a sb e e ns e tu p ，h a r e w a r ea n ds o f t w a r eo ft h es y s t e mh a sb e e n d e v e l o p e d f u n c t i o n so fw i n d o wc o n t r o l l i n gm i r r o rc o t r o l l i n ga n dl o c kc o n t r o l l i n g t h r o u g hl i n h a sb e e nr e a l i z e d k e yw o r d s ：l i nb u s ，i nv e h i c l en e t w o r k , c a rd o o rs y s t e m , a n t i p i n c hc o n t r o l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 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国际著名汽车制造商和零部件供应商早在二十世纪八十年代就致力于汽车 网络技术的研究与应用，迄今已推出多种网络协议标准，如j 1 8 5 0 、v a n 、c a n 等。随着汽车网络技术的飞速发展，特别是x b y - w i r e 技术的提出，近几年又诞 第1 章引言 生了许多新的协议，如l i n 、f l e x r a y 、t t p 等。由于各种网络协议对传输速率 与成本要求差异较大h 1 ，因此对其进行分类就显得十分必要。 为了方便研究和设计应用，s a e ( s o c i e t yo f a u t o m o t i v ee n g i n e e r 汽车工程 师协会) 在9 0 年代中期，根据功能侧重点不同，把汽车网络划分为a 、b 、c 三类。其中a 类网络是主要面向执行器、传感器的低速网络，l i n 、t t p a 成为 其主流协议；b 类网络是面向数据共享的中速网络，其主流协议是c a n ( i s 0 1 1 8 9 8 3 1 、s a ej 1 8 5 0 、v a n 等协议；c 类网络是面向实时控制的高速网络， 其主流协议为高速c a n ( i s 0 1 1 8 9 8 - 2 ) 、t t p c ( t i m e t r i g g e r e dp r o t o c 0 1 ) 、f l e x r a y 等协议。 到目前为止，全世界有4 0 多种车辆网络标准，一些基于新协议的网络已经 难以归类到s a e 所定义的3 类网络中去。综合考虑各种因素，并且沿袭了s a e 的分类，又重新划分了d 、e 类网络。其中d 类网络主要面向多媒体、导航系 统等，其主流协议是d d b ( d o m e s t i cd i g i t a lb u s ) 、m o s t ( m e d i ao r i e n t e ds y s t e m s t r a n s p o r t ) ；e 类网络是面向乘客安全系统的网络，主要应用于车辆被动安全领 域，该类网络的协议有b y t e f l i g h t 、p l a n e t 等腩1 。参见表1 1 所示。 表1 1s a e 的汽车网络主流协议分类嘲 a 类b 类c 类d 类e 类 传感器、执行器控独立模块间数据高速实时闭环控 车辆被动安全 面向网络 多媒体控制 制的低速网络 共享的中速网络制 性控制 代表协议 c a n 、j 1 8 5 0高速c a n 、 d d b 、 b y t e f l i g h t 、 l i n 、t r p ，a v a n t n c 、f l e x r a y m o s tp l a n e t 传输速率 17 。1 0 k b p s l o 1 2 5 k b p s1 2 5 1 0 0 0 k b p s1 5 m b p s s m b p s 控制系统 电动门窗、座椅调故障诊断、仪表显 悬架、牵引力控 制、发动机控制、 多媒体、导 乘员安全系统 节、灯光照明示航系统 a b s l i n ( l o c a li n t e r c o n n e c tn e t w o r k ) 是由l i n 协会制定的一种低成本短距离通 信协议。l i n 协议标准定义了传输协议、传输媒质、开发工具接口、以及应用 软件接口。l i n 的初衷是对现有多种汽车网络在功能上的补充，旨在以更低廉的 成本实现传感器，执行器的电气连接。由于无需支付使用费或版税，l i n 的应用 前景相当广阔m 。 2 第1 章引言 由b o s c h 公司提出的控制器局域网c a n ( c o n t r o l l ea r e an e t w o r k ) 是一种多主 方式的串行通信协议，其可以满足高的位速率，高的抗干扰性要求，并且能够 检测出产生的任何错误。作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理 的远程网络通讯控制方式，c a n 总线不仅成为了目前为止应用最为广泛的汽车 通讯协议，并且其应用已经延伸到各个自动化控制领域中阳1 。 下r p ( t i m et r i g g e r e dp r o t o c 0 1 ) 协议是由维也纳大学和奔驰研究院共同研制 的专门为x b y - w i r e 设计的通信协议。t t p c 是1 瞪协议中的基本组成部分，用 于访问t d m a ( 时分多路访问) 介质的实时系统。由于其采用时间触发方式，因 此它具备了高效高准确性的数据传输、迅速的错误检测以及分布式冗余管理等 特点嘲。 f l e x r a y 是b m w 、d a i m l e r c h y s l e r 以及m o t o r o l a 和p h i l i p s 等公司制定的功 能强大的通信网络协议。f l e x r a y 具有容错能力和分时复用能力，为主要的安全 应用提供了可靠的、及时的信息；它具有灵活性，并且给予网络拓扑很大的自 由度，包括从点对点到无源总线拓扑和有源星形拓扑；网络带宽比目前底盘和 动力总体应用中所采用的c a n 总线大2 0 多倍。f l e x r a y 能够把所有系统连接在 一起，同时为汽车系统以一个整体而不是分散的多个系统工作提供了机会。 f l e x r a y 能较好的兼顾通讯可靠性和通讯速率的要求。 m o s t ( m e d i a - o r i e n t e ds y s t e m st r a n s p o r t ) 是车载l a n 标准化团体“m o s t c o o p e r a t i o n ( 以德国汽车厂商为主形成的) 推动起来的面向多媒体的车载高速 数字通信技术。它属于光纤网络协议，具备较强的数据流能力通，信传输速率 为2 5 m b p s ，用于车载多媒体个人计算机导航系统等等高带宽设备的连接。m o s t 网络中不需要额外的主控计算机系统，结构灵活，性能可靠并便于扩展。支持 “即插即用”方式，其网络特点非常适应汽车多媒体设备应用环境的需要n 训。 1 3 车身控制系统 本文所属的车门网络控制系统属于车身网络范畴。一般而言车身网络包括 车门、座椅、空调、仪表、后备箱、天窗等控制单元。图1 2 示出了车身网络的 组成以及理想的网络拓扑结构。 3 第1 章引言 图11 午身网络构尘f l 成 理想的车身网络控制系统一般使州低速c a n ( 波特率( 1 2 5 k b p s ) 作为主网 络，用于各个车身网络控制单元之问的通讯进行。而l i n 网络则作为c a n 网络 的子网，对c a n 网络进行补充，井构成c a n l i n 分层网络结构的车身网络控 制系统，这一结构也代表了由f r e e s e a l e 等公司所倡导的车身网络发展方向1 ， 自2 0 0 1 年以来，随着l i n 总线技术发展和同趋成熟，国外的一些汽车生产 厂商已经竞相刀始采用l i n 总线技术，并将其应用在车身电子控制系统中，以 降低制造成本，提高整车性能，增强市场竞争力。l i n 总线正避步成为a 类总 线的主流协议。图l1 列出了在车型开发中使用l i b 总线的部分整车制造厂商“。 穆 l 姆 i o 曾 图12 车型开发中使用l i n 总线的部分整车制造厂商 图l3 u d la 6 汽1 ：网络拓扑结构幽”1 第1 章引言 图1 2 示出了奥迪a 6 整车网络拓扑结构图，可以看到，图中的绿色线条连 接的部分为基于低速c a n 总线的车身网络控制系统，其包括了四个车门控制单 元，电能管理控制单元，座椅调节控制单元，辅助加热，辅助停车，使用和启 动授权控制单元，全自动空调控制器，轮胎压力监控等控制节点。图中的红色 线条( 即l i n 总线) ，将执行器与传感器与各自相对应的控制节点相连接，构成 了基于c a n l i n 网络结构的车身网络控制系统。可以看到，在该车型上，l i n 网络已经得到了较为充分的应用，而基于c a n l i n 的分层网络车身控制系统结 构也初见端倪。 除了在奥迪a 6 车型上已经有所应用外，在奥迪a 8 、大众途安、p o l o 、雪 铁龙的c 5 、沃尔沃的$ 8 0 、荣威5 5 0 等诸多车型的车身网络控制系统中，l i n 总线均有所应用。根据飞思卡尔汽车微控制器运营部产品市场经理m a n u e la l v e s 估算，目前平均每部车中约有3 l o 个l i n 节点，而预计至2 0 1 0 年时，每年将 生产1 0 亿个l i n 节点。l i n 总线的前景相当广阔。 在国内，由于对汽车网络技术的研究起步较晚，因此尽管很多整车制造企 业与零部件企业开始涉足汽车网络技术的设计和研究，但是目前为止，仍然鲜 有完全自主知识产权的技术和产品诞生。l i n 总线由于其出现时间较晚，在国内 的开发应用较少，因此研究l i n 总线在车身网络控制方面的应用，可以使国内 汽车电子企业逐步增强开发能力，积累开发经验，为进一步的深入研究打下扎 实的基础。从某种意义上来说，l i n 总线的出现对于国内汽车电子企业来说，是 一个很好的契机。 而随着整车制造商与供应商之间的合作日趋紧密，分工日益细化，汽车网 络开发工具也越来越丰富，并且扮演着越来越重要的角色，因此利用汽车网络 、开发工具进行网络的开发也成为网络技术发展的大势所趋n 们，这一点在车身网 络系统设计开发中也不例外。 1 4 论文的内容和意义 本文在对国内外文献资料、会议报告、技术应用文档进行研究分析的基础 上，以车门网络控制系统为例，探讨了几种网络规划方案的可行性，为实际系 统的开发莫定了基础。 车门网络控制是汽车车身部分的重要组成。本文充分利用l i n 总线在分布 6 第l 苹引言 式车身控制中的优势，设计了基于l i n 总线的车门网络控制系统，并开发了相 应的硬件和软件。系统实现了车窗、后视镜电机、门锁的l i n 网络分布式控制， 同时系统具有低静态功耗等功能。 本文的主要内容由以下几部分组成： 第二章简述了l i n 总线通讯协议的典型特征，比较了几种不同的车门网络 控制系统结构特点，确定了本文基于l i n 总线网络的车门控制系统结构方案， 分析了系统功能，制定了通讯协议，并在此基础上搭建了l i n 总线车门控制系 统仿真平台。 第三章介绍了网络控制器的硬件设计，并介绍了硬件设计所涉及到的关键 器件。与此同时还给出了提高控制器的电磁兼容性的一些措施与方法。 第四章分析了控制器的软件架构，并分别介绍了l i n 总线通讯控制程序、 中央控制器节点应用程序与车门控制器节点应用程序的软件设计内容。 第五章在对电机进行理论与仿真分析的基础上，提出了防夹判断方法，给 出了防夹判断软件设计流程。 第六章阐述了系统调试环境与调试方法。 第七章系统地总结了本文的研究工作及研究成果，并对今后的工作提出展 望。 上述工作为l 1 n 总线网络的进一步推广与实际应用奠定了一定的基础，具 有一定的理论和实际意义。 7 第2 章车门网络控制系统总体设计 第2 章车门网络控制系统总体设计 2 1l in 总线通讯协议简介 在对车门网络控制系统进行总体设计之前，有必要先对l i n 总线通讯协议 进行一番介绍，在充分解了l i n 总线通讯协议的特点后，进而再进行车门网络 控制系统的设计分析。 2 1 1l in 总线概述 1 9 9 8 年，汽车制造商奥迪公司、宝马公司、戴姆勒克莱斯勒公司、沃尔沃 公司、大众汽车公司、火山通信技术公司以及摩托罗拉公司共同创建了l i n ( l o c a li n t e r c o n n e c tn e t w o r k ) 协会。该协会于1 9 9 9 年6 月5 日制定了第一个 l i n 协议版本v 1 0 n 5 1 。l i n ( l o c a li n t e r c o n n e c tn e t w o r k ) 是一种串行通信协议， 可用于只需传输少量数据的场合，以达到简化线束、合理利用网络资源、节约 成本的目的。l i n 目前已经越来越成为a 类车载网络的主流总线协议之一。自 从l i n 规范推出以来，已先后进行了多次修订，迄今为止，l i n 协议版本已经 发展至v 2 1 。国内外对l i n 的研究和应用也日渐增多，l i n 的应用前景可谓相 当广泛。l i n 总线主要有以下特点n 旬n ： 总线通讯基于低成本的通用i7 a r t s c i 接口，几乎所有微控制器都具备 l i n 必需的硬件，因此l i n 总线具有很好的通用性； 采用低成本单线1 2 v 传输数据，总线的驱动和接收特性符合改进的 i s 0 9 1 4 1 标准； 传输速率最高可达2 0k b p s ； 单主控器多从设备模式，无需仲裁机制； 理论上从节点不需要晶振或陶瓷震荡器就能实现自同步，节省了从节点 设备的硬件成本； 保证信号传输的延迟时间； 无需对l i n 从节点的硬件和软件进行更改就可以在网络上增加或删除 网络节点； 8 第2 章车门网络控制系统总体设计 通常一个l i n 网络上节点数目小于1 2 个，共有6 4 个标志符。 值得一提的是，l i n 总线的出现的初衷并不是用来完全取代现有的汽车网 络，而是对现有的汽车网络( 例如c a n 总线) 进行补充和辅助，以更低廉的成 本实现传感器，执行器的电气连接n 阳。 2 1 2l in 总线通讯机制 l 1 n 总线网络由一个主节点一个或多个从节点组成。所有节点都包含一个从 任务( s l a v e t a s k ) 模块负责消息的发送和接收；主节点还包含一个主任务( m a s t e r t a s k ) 模块负责启动网络中的通信n 引，如图2 1 所示： 图2 1l i n 网络结构示意图 主任务模块发送一个报文头用于启动一次通信过程。所有节点中的从任务 模块都对所接收到的报文头中的标志符进行监测，发现本次通信与自己有关时 就进行相关的操作，例如接收由数据场与校验场组成的响应或是发送由数据场 与校验场组成的响应。这种机制可以确保主一从节点、从一从节点之间多种方式 的数据交换。 2 1 3l ln 总线报文帧结构 图2 2l i n 总线报文帧结构 9 第2 章车门网络控制系统总体设计 一个报文帧( 见图2 2 ) 是由一个主节点发送的报文头和一个主节点或从 节点发送的响应组成。报文帧的报文头包括一个同步间隔场、一个同步场和一 个标识符场；报文帧的响应则由3 个到9 个字节场组成，其中包括2 、4 或8 个 字节的数据场与一个字节的校验和场。 同步间隔场 为了能清楚识别报文帧的开始，报文帧的第一个场是一个由至少1 3 位显性 位构成的同步间隔场。同步间隔场是由主任务发送。 同步场 同步场包含了时钟的同步信息。同步场的格式是“0 x 5 5 ”，表现为8 个位定 时中有5 个下降沿( 即“隐性”跳变到“显性”的边沿) 。 标识符场 标识符场定义了报文的内容和长度，其内容是由6 个标识符位和两个i d 奇 偶校验位组成。标识符位的第4 和第5 位i d 4 和i d 5 定义了报文的数据场长 度，如图2 3 所示。 槲：5 符场 长度控翻 图2 3 标识符场 数据场 数据场由2 、4 或8 个字节的数据组成，每个字节由一个起始位、8 个数据 位和一个停止位构成。发送时最低位( l s b ) 在前。 校验和场 帧的最后一部分是校验和场。校验和场是数据场所有字节的和的反码按带 进位加“a d d c 方式计算，每个进位都被加到本次结果的最低位( l s b ) 。上 述这种方式成为传统校验和。而在l i n2 0 版本中的增强校验方式则规定校验和 的计算包括数据场和标识符场的所有字节。所有数据字节的和的补码与校验和 1 0 第2 章车门网络控制系统总体设计 字节之加的和必须是“0 x f f 。 由于篇幅限制，l i n 总线协议的其他内容请参见参考文献 1 9 】，此处不再多 做赘述。 2 2 系统方案设计 2 2 1 系统简述 一个典型的车门模块由车窗升降器、后视镜电机、车门锁、数个开关以及线 束构成( 有时也可将前灯，后备箱锁并入车门模块) 呦1 。而本文所述的车门控 制系统设计方案所涉及的控制对象主要为： 电动车窗升降系统：包括车窗升降电机、升降器控制开关等部件。 电控集控门锁系统：包括门锁控制电机、门锁控制开关等部件。 电动后视镜系统：包括后视镜控制电机、后视镜控制开关等部件。 车门系统的特点主要可以归纳为： 通讯速率要求较低，波特率 1 0 k b p s ； 控制实时性要求不高，延迟 3 0 0 m s ，通过l i n 总线，向该车门节点发 送升降器手动上升下降信号乜引； 某一车窗升降器手动上升下降时，松开相应按键，通过l i n 总线，向该 车门节点发送升降器停止上升下降信号； 按动某一车窗上升下降按键 2 5 k m s 时，通过l i n 总线向四个 车门节点发送闭锁指令 当从c a n 总线上接收到碰撞信号时，通过l i n 总线向四个车门节点发 送开锁指令 1 6 第2 章车门网络控制系统总体设计 ( 4 ) 后视镜控制 后视镜选择开关处于左侧时，可对左后视镜进行控制；后视镜选择开关 处于右侧时，可对右后视镜进行控制； 后视镜选择开关处于左侧时，根据后视镜操作按键信号，通过l i n 总线 向左前门节点发送左后视镜控制指令信号； 后视镜选择开关处于右侧时，根据后视镜操作按键信号，通过l i n 总线 向右前门节点发送右后视镜控制指令信号。 ( 5 ) 休眠与唤醒控制 当从c a n 总线上接收到钥匙打开信号时，通过l i n 总线发出唤醒信号， 唤醒各个车门节点，并开始1 0 m i n 计时； 当1 0 m i n 计时结束，仍未从c a n 总线上接收到点火信号时，通过l i n 总线发出休眠信号，使各个车门节点处于休眠状态； 当1 0 m i n 计时未结束时，从c a n 总线上接收到点火信号时，则取消1 0 m i n 计时； 当1 0 m i n 计时未结束时，中央控制器任一按键状态变化，则重新开始 1 0 m i n 计时 当1 0 m i n 计时结束后，从c a n 总线上接收到点火信号时，则通过l i n 总线发出唤醒信号，唤醒各个车门节点，然后切换进入l i n 通讯进度表； 当从c a n 总线上接收到熄火信号时，再次开始1 0 m i n 计时( 相应操作 过程同上) ； 当从c a n 总线上接收到钥匙关闭信号时，通过l i n 总线发出车窗升降 器上升、门锁关闭信号，同时检测车窗升降器是否至顶，门锁是否关闭； 当检测到车窗升降器至顶，门锁关闭后，通过l i n 总线发出休眠信号， 使各个车门节点处于休眠状态。 值得一提的是，中央控制器的功能可以具备一定的扩展性，也就是说中央控 制器除了具备车门系统的主节点功能外，还可以作为诸如雨刮、天窗、照明、 空调等系统的控制单元或是在这些系统各自组成的局域网络中担任主控节点的 角色。 1 7 第2 章车门网络控制系统总体设计 2 3 2 左前门控制器节点 2 3 2 1 输入方式 l i n 总线、左前门控制按键、左前门接触开关、左前门锁开关。 2 3 2 2 输出方式 l i n 总线、左前门车窗升降器、左前门锁闭锁器、左后视镜电机。 2 3 2 3 控制功能描述 ( 1 ) 通讯控制 从l i n 总线上接受有关系统控制的信息：如车窗升降控制信号、后视镜 控制信号、门锁控制信号等。 向l i n 总线上发送右前门节点的状态信息：如车窗状态信号、后视镜状 态信号、门锁状态信号、节点电压信号、节点温度信号等。 ( 2 ) 车窗升降器控制 点火开关接通期间的功能： 按动车窗升降器开关上升下降键 3 0 0 m s ，使升降器手动上升下降； 车窗升降器手动上升下降时松开升降器开关，使升降器停止上升下 降； 按动车窗升降器开关上升下降键 3 0 0 m s ，使升降器手动上升下降； 车窗升降器手动上升下降时松开升降器开关，使升降器停止上升下 降； 按动车窗升降器开关上升下降键 3 0 0 m s ，使升降器自动上升下降； 车窗升降器自动上升下降时按动升降器开关上升下降键 3 0 0 m s ，使升 降器变成相应的手动上升下降； 接收到l i n 总线上左前升降器上升下降信号时，根据该信号执行相应 动作； 将车窗升降器的相应运行状态通过l i n 总线向中央控制器进行报告。 ( 3 ) 门锁控制 接收到门锁开关的“开锁闭锁”信号，使门锁执行相应的开锁闭锁动 作； 接收到l i n 总线发出的“门锁开锁闭锁”控制信号，使门锁执行相应 的开锁闭锁动作； 将门锁状态通过l i n 总线向中央控制器进行报告。 2 3 5 右后门控制器节点 右后门控制器与左后门控制器组成、功能基本一致，这里不再多做赘述。 2 3 6 四个门控制器的共同功能 本节描述的功能是四个车门节点控制器都具备的功能。 ( 1 ) 车窗升降器的防夹功能 车窗升降器的防夹功能是指在车窗上升下降过程中，在车窗玻璃遇到障碍 物时，能够自动检测到障碍物的存在，并采取防夹措施，避免产生人生伤害。 具体关于防夹功能的描述会在第六章中加以详细阐述。 防夹功能可由中央控制器进行开启、选择或禁止。 2 0 第2 章车门网络控制系统总体设计 ( 2 ) 车窗升降器电机的软启动软停止功能 车窗升降器电机在按下上升键后的2 0 0 m s 内，升降机电机的扭矩与转速够缓 慢上升直至稳定；在按下下降键后的2 0 0 m s 内，升降机电机的扭矩与转速缓慢 下降直至电机停止工作。 软启动软停止功能可由中央控制器进行开启禁止。 ( 3 ) 、睡眠唤醒功能 当门节点接收到l i n 总线上的睡眠指令时，首先自动将车窗所处位置、车门 状态等信息保存至单片机的f l a s h 存储器中，之后门节点进入睡眠状态；当门 节点接收到l i n 总线上的唤醒指令时，从节点进入运行状态，并从f l a s h 存储 器中调出之前存储的数据，以供单片机使用。 2 4 通讯协议制定 本文在对上述系统结构与系统功能进行仔细分析后，制定了一套基于l i n 总 线的车门系统通讯协议，以满足各个节点之间的通讯与分布式控制要求。具体 通讯协议参见下表： 表2 1 所示的是中央控制器命令消息参数表： 表2 1 中央控制器命令消息参数表 属性描述 报文名称m a s t e r c m d 发布节点 中央控制器 报文i d o x 3 0 数据长度8 字节 字节位信号名称信号描述信号编码 o - 左前窗停止 卜左前窗上升 0 - 3 w i n d o w c m d _ f l 左前窗控制信号2 一左前窗下降 参5 一左前窗上升至项 数6 一左前窗下降至底 列 0 4 p w m e n b _ 凡 左前窗p w m 使能信号 0 一禁止p w m 控制 表卜允许p w m 控制 0 一禁止防夹控制 5 - 6a n ti p i n c h e n b _ f l 左前窗防夹使能信号 2 一允许速度反馈防夹控制 3 一允许电流反馈防夹控制 7 无保留默认值1 2 1 第2 章车门网络控制系统总体设计 o 一无动作 0 - 1 l o c k c m d _ f l 左前门锁控制信号卜开锁 2 一闭锁 2 - 3 无保留 默认值3 1 0 一后视镜停止 卜后视镜向上转动 4 - 7 m i r r o r c m d _ f l左前后视镜控制信号2 一后视镜向右转动 4 一后视镜向下转动 8 一后视镜想左转动 o 一右前窗停止 卜右前窗上升 o 一3 w i n d o w c m d f r右前窗控制信号2 一右前窗下降 5 一右前窗上升至顶 6 一右前窗下降至底 2 0 一禁止p w m 控制 4 p w m e n b f r 右前窗p w m 使能信号 卜允许p w m 控制 o 一禁止防夹控制 参 5 - 6 a n t i p i n c h e n b _ f r 右前窗防夹使能信号2 一允许速度反馈防夹控制 数 3 一允许电流反馈防夹控制 列 7无保留默认值i 表 0 一无动作 o l l o c k c m d _ f r右前门锁控制信号 卜开锁 2 一闭锁 2 3 无保留默认值3 3 o 一后视镜停止 卜后视镜向上转动 4 7 m i r r o r c m d _ f r 右前后视镜控制信号2 一后视镜向右转动 4 一后视镜向下转动 8 一后视镜想左转动 0 一左后窗停止 卜左后窗上升 4 0 - 3w i n d o w c m d _ r l左后窗控制信号2 一左后窗下降 5 一左后窗上升至项 6 一左后窗下降至底 o - 禁止p w m 控制 4 p w m e n b _ r l 左后窗p w m 使能信号 卜允许p w m 控制 0 一禁止防夹控制 5 - 6a n ti p i n c h e n b _ r l 左后窗防夹使能信号2 一允许速度反馈防夹控制 3 一允许电流反馈防夹控制 2 2 第2 章车门网络控制系统总体设计 7无保留 默认值1 o 一无动作 o l l o c k c m d _ r l左后门锁控制信号卜开锁 5 2 一闭锁 2 - 7无保留默认值6 3 0 一右后窗停止 卜右后窗上升 参 o 一3 w i n d o w c m d _ r r右后窗控制信号2 一右后窗下降 数 5 一右后窗上升至项 列 6 一左后窗下降至底 表 6 o - 禁止p w m 控制 4 p w m e n b _ r r右后窗p w m 使能信号 卜允许p w m 控制 o 一禁止防夹控制 5 - 6a n ti p i n c h e n b _ r r 右后窗防夹使能信号2 一允许速度反馈防夹控制 3 一允许电流反馈防夹控制 7 无保留默认值l 0 一无动作 0 - 1 l o c k c m d r r右后门锁控制信号卜开锁 7 2 一闭锁 2 - 7 无保留默认值6 3 表2 2 至表2 5 所示的是各个门节点的状态消息参数表： 表2 2 左前门节点状态消息参数表 属性描述 报文名称s l a v e s t a t _ f l发布节点左前门节点 报文i do x 2 c数据长度4 字节 字节位信号名称信号描述信号编码 o 一左前窗停止 卜左前窗上升 oo 一3 w i n d o w s t a t _ f l左前窗状态信号2 一左前窗下降 参5 一左前窗至项 数 6 一左前窗至底 列 o 一正常 表 2 一车窗被夹且未能退出被 4 - 5p i n c h s t a t 且 防夹状态信号夹状态 3 一车窗被夹且成功退出被 夹状态 2 3 第2 章车门网络控制系统总体设计 0 一门锁关闭 6 - 7 l o c k s t a t _ f l左前门锁状态信号 卜门锁打开 o 一左前门节点正常 0 - 2s l a v e s t a tf l 左前门节点状态信号 5 一节点电压过低故障 6 一节点温度过高故障 l 7 一节点电流过大故障 信号值0 8 = 节点电压 参 3 - 7 s l a v e v 0 1 t a g e _ f l左前门节点电压信号 理论指示范围：0 2 “ 数信号值一8 5 = 节点温度 列 20 - 7 s l a v e t e m p e r a t u r e - f l左前门节点温度信号 理论指示范围：- 8 5 1 7 0 c 。 表 o 一后视镜停止 卜后视镜向上转动 0 3 m i r r o r s t a t _ f l 左前后视镜状态信号2 一后视镜向