采用CAN總線的轎車車窗智能控制系統(tǒng)實現原理

現在各中高檔轎車都安裝有電動車窗，按鈕控制車窗玻璃的升降。如果車窗無智能，司機在沒有注意到乘客的手或物體伸出窗口的情況下按下按鈕，乘客容易被車窗夾傷。為了安全，很多乘車都采用電動防夾車窗。在充分研究有關CAN總線在汽車電子系統(tǒng)中的應用和電動車窗防夾方案的基礎上，提出一種基于CAN總線的轎車車窗智能控制系統(tǒng)的設計方案，實現車窗在正常工作模式下防夾控制功能和緊急情況下(異常工作模式)快速升降車窗控制功能。

目前．以微控制器為代表的汽車電子在整車電子系統(tǒng)中應用廣泛，汽車控制正由機電控制系統(tǒng)轉向以分布式網絡為基礎的智能化系統(tǒng)。CAN總線是一種支持分布式和實時控制的串行通信網絡，以其高性能和高可靠性在自動控制領域廣泛應用。作為目前最具應用潛力的現場總線之一，CAN總線技術為我國汽車產業(yè)升級、降低成本，擴大市場占用率提供支持。

2 系統(tǒng)功能結構

2．1 CAN總線通信實現原理

CAN總線屬于多路復用總線的一種，最早是由德國Bosch公司研制的主要用于汽車電器系統(tǒng)控制的總線規(guī)范。它采用非破壞總線仲裁技術，多主方式工作。直接通信距離最遠可達10 km，通信速率最高可達1 Mb／s，幀消息采用CRC校驗和其他檢錯措施，具有自動關閉錯誤嚴重的節(jié)點功能。CAN節(jié)點通過報文的標識符濾波實現數據傳輸，不同優(yōu)先級滿足不同實時要求，節(jié)點數取決于總線驅動電路，通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證數據出錯率極低。汽車網絡系統(tǒng)中的總線以報文為單位傳輸數據，節(jié)點對總線的訪問采用位仲裁方式。報文起始發(fā)送節(jié)點標識符分為功能標識符和地址標識符。CAN總線系統(tǒng)節(jié)點分為不帶微控制器的非智能節(jié)點和帶微控制器的智能節(jié)點。該系統(tǒng)采用智能節(jié)點設計，轎車車窗按CAN總線結構和電器元件在汽車中的物理位置劃分為左前、右前、左后和右后4個節(jié)點單元。其中左前節(jié)點為主控制單元，除負責本地(左前)車窗的升降，還可以遠程控制其他車窗。各節(jié)點采用獨立的帶CAN功能的微控制器設計，其CAN網絡結構如圖1所示。

2．2 車窗的智能控制

電動車窗系統(tǒng)每個車門都有一個車窗玻璃升降機構，與傳統(tǒng)的手搖機構相似，只不過是采用直流永磁電機驅動。電機尺寸非常小，可以安裝在車門里面，并且?guī)в幸惶诇p速機構，用來增加輸出扭矩、減小輸出轉速。電機轉動方向(即車窗的上下移動)通過改變輸入電壓的極性來實現，車窗升降速度取決于輸入電壓的大小。

系統(tǒng)使用一個小阻值(約1Ω)的電阻作為電流傳感器，傳感電阻與電機串聯，其壓降與電機的工作電流成正比，通過檢測電阻兩端的電壓檢測流過電機的電流。在傳感電阻上的電壓未到達設定的閾值前，電機一直工作，一旦傳感器的壓降達到閾值。電機停止轉動，檢測車窗位置。如果車窗位置未達到最終位置。說明車窗遇到障礙，車窗將自動退回初始位置。如果車窗到達行程終點，電機電路斷開。為了完成該操作控制，需要實時控制車窗位置，為此在車窗導軌的頂部和底部各安裝壓電傳感器，根據壓力產生的電壓來判斷車窗是否到達預先設的極限位置。

該系統(tǒng)設計除了在正常情況下實現自動防夾功能，還要求在突發(fā)事件(如歹徒搶劫或乘客遇險逃生等)時司機能夠控制車窗的強制關閉或打開。系統(tǒng)對每個節(jié)點單元都有3個用于車窗控制的按鍵(K1、K2和K3)。其中Kl用于控制車窗的上升和下降，是一個2值信號開關；K2暫停／恢復按鍵用于車窗上升或下降途中的暫停，再次按下K2將繼續(xù)運動；K3模式選擇按鍵，其默認為執(zhí)行正常工作模式(帶防夾功能)，按下K3后執(zhí)行異常工作模式(不帶防夾功能)，具有最高優(yōu)先級，用于快速設定車窗上升或下降。主控節(jié)點單元即左前節(jié)點單元，除負責本地車窗的升降外，還控制所有節(jié)點單元的車窗同步動作，在前3個控制按鍵基礎上，增加了本地／全局控制模式按鍵K4，默認為本地控制模式，按鍵后切換控制模式。以主控節(jié)點單元按鍵動作說明車窗的智能控制過程，其結構邏輯如圖2所示。