基于CAN總線汽車AFS從控系統(tǒng)的研究

陳玲玲，未慶超，南西

(安陽(yáng)學(xué)院，河南安陽(yáng)，455000)

基于CAN總線汽車AFS從控系統(tǒng)的研究

陳玲玲，未慶超，南西

(安陽(yáng)學(xué)院，河南安陽(yáng)，455000)

汽車前照燈的照明范圍是固定的，當(dāng)汽車夜間轉(zhuǎn)彎、上坡或下坡時(shí)，汽車前照燈由于無法調(diào)節(jié)照明角度出現(xiàn)了盲區(qū)情況。基于CAN總線的智能前照燈隨動(dòng)控制系統(tǒng)可以有效地提高行車安全。CAN總線從車身上采集CAN消息，通過ECU將采集到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算的結(jié)果通過CAN總線收發(fā)器UJA1075ATW實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送。從控系統(tǒng)通過LIN總線接收Master的控制命令和反饋Slave的狀態(tài)信息。

AFS；從控系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)；LIN收發(fā)器

0 引言

汽車前照燈作為汽車的眼睛，與夜間開車的安全駕駛緊密聯(lián)系。然而，由于前照燈照明范圍固定，使汽車在夜間轉(zhuǎn)彎的照明范圍減小，無法準(zhǔn)確的為駕駛者提供前方路段的景象信息，沒有充足時(shí)間對(duì)可能面對(duì)的危險(xiǎn)做出反應(yīng)。本文所研究的AFS——自適應(yīng)前照明系統(tǒng)是一套能夠根據(jù)行駛路況和汽車行駛狀態(tài)的變化自動(dòng)調(diào)整燈光的照明范圍的系統(tǒng)，目的是通過擴(kuò)大駕駛員的視野來縮短駕駛員的反應(yīng)時(shí)間。AFS系統(tǒng)能夠通過傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角以及車身的俯仰角度，然后通過電機(jī)自動(dòng)調(diào)整前照燈的角度。在國(guó)外，AFS系統(tǒng)在汽車上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而在我國(guó)國(guó)內(nèi)，該系統(tǒng)主要應(yīng)用在高端汽車上，如奧迪A8，寶馬330i等，隨著智能前照燈控制技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用范圍也從高端汽車走向一些中端汽車，使應(yīng)用范圍不斷的擴(kuò)大。

1 AFS系統(tǒng)原理

AFS系統(tǒng)最重要的功能就是彎道自適應(yīng)照明，由Master系統(tǒng)和Slave系統(tǒng)兩部分組成，Slave控制器作為AFS系統(tǒng)的從控制部分，接收Master命令，在內(nèi)部的LIN總線上作為從節(jié)點(diǎn)（分為左右兩個(gè)節(jié)點(diǎn)），反饋當(dāng)前汽車的工作狀態(tài)信息，通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)前照燈實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)照明的要求。

2 Slave系統(tǒng)原理

Slave系統(tǒng)采用飛思卡爾芯片MC9S12ZVL單片機(jī)作為CPU，該芯片是專門為汽車電子應(yīng)用設(shè)計(jì)的一款集成度較高的混合式MCU芯片，其中包含LIN收發(fā)器，電源轉(zhuǎn)換；步進(jìn)電機(jī)采用兩片A3981驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與MCU之間采用SPI通信，SPI通過控制A3981讀取驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。slave主要負(fù)責(zé)和Master的LIN通訊，接收燈的運(yùn)動(dòng)命令驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，并檢測(cè)電機(jī)故障和狀態(tài)反饋給Master，負(fù)責(zé)給旋轉(zhuǎn)電機(jī)位置傳感器供電和檢測(cè)位置信號(hào)，通過采集電壓換算成對(duì)應(yīng)的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的校準(zhǔn)。Slave系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖1 AFS系統(tǒng)原理圖

圖2 Slave系統(tǒng)框圖

2.1 MCU

Slave的MCU運(yùn)算性能不需要很高，但可靠性和穩(wěn)定性需要很高的要求，選擇Fresscale系列汽車級(jí)小資源MCU，其只接收Master的控制命令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)和反饋狀態(tài)信息等。單片機(jī)正常穩(wěn)定工作還需要外圍電路：電源濾波，復(fù)位和振蕩器。其最小系統(tǒng)方案如圖3所示。

圖3 Slave MCU最小系統(tǒng)

2.2 位置傳感器信號(hào)采集

Slave需要采集旋轉(zhuǎn)電機(jī)的位置信息，用于檢測(cè)燈頭水平方向的角度，根據(jù)需要，位置傳感器為模擬型，電壓范圍在0.5V—4.5V，需要兩個(gè)模擬量采集電路，電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 信號(hào)采集電路

2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

根據(jù)實(shí)際需要，Slave需要負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)Swivel和Level兩個(gè)電機(jī)。根據(jù)實(shí)際的需要，電機(jī)選用雙線性四線制步進(jìn)電機(jī)，電流小于1A，功率較小。所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片可以選擇MSOFET全橋和診斷保護(hù)功能集成一體的驅(qū)動(dòng)芯片A3981。電路設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。

圖5 電機(jī)控制電路

2.4 LIN通訊

Slave通過LIN總線接收Master的控制命令和反饋Slave的狀態(tài)信息，最高速率20kbps。LIN硬件電路框圖如圖6所示。

圖6 LIN通信電路

3 軟件設(shè)計(jì)

AFS系統(tǒng)的Slave系統(tǒng)軟件主要有Bootloader和Application兩大部分。Bootloader通過LIN總線下載更新應(yīng)用程序，啟動(dòng)加載程序；Application應(yīng)用程序用來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的。啟動(dòng)流程如圖7所示。

圖7 流程圖

如果下載過有效的Application（情況2），上電復(fù)位后，執(zhí)行Bootloader軟件，然后跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序運(yùn)行，否則（情況1），停留在Bootloader中等待下載任務(wù)。執(zhí)行Application軟件后，首先進(jìn)行硬件設(shè)備的初始化，軟件模塊的初始化，然后使能終端執(zhí)行主循環(huán)的任務(wù)調(diào)度。水平調(diào)節(jié)方向的位置反饋單元可以反饋當(dāng)前位置的模擬量，MCU通過ADC采集該電壓，換算成對(duì)應(yīng)角度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的校準(zhǔn)，避免由于失步帶來的誤差。

圖8 主程序執(zhí)行流程

4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在slave系統(tǒng)中，主要通過步進(jìn)電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)前照燈自適應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理，其驅(qū)動(dòng)電路采用恒流載波控制，通過細(xì)分微步控制，降低震動(dòng)，從而降低失步帶來的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線可知，需要采用加減速控制，采用勻加減速容易實(shí)現(xiàn)，且一般場(chǎng)合均可達(dá)到效果。

步進(jìn)電機(jī)控制位置校準(zhǔn)采用的轉(zhuǎn)角傳感器的模擬量輸出為0.5V～4.5V。起始點(diǎn)規(guī)定：位置反饋模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)至限位點(diǎn)時(shí)，記為0°；角度值規(guī)定：轉(zhuǎn)動(dòng)軸繞模塊中心軸線旋轉(zhuǎn)的角度。特性輸出方程（電壓?jiǎn)挝唬簃V）為步數(shù)和AD值的關(guān)系：步數(shù)=1.5*AD值-773，這是理論上的計(jì)算，實(shí)際值與理論值有一定的誤差，通過測(cè)量求得實(shí)際的關(guān)系為：步數(shù)=1.54*AD值-715。

[1]肖紅,王洪佩等.基于單片機(jī)控制的汽車自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2011(8):125—129.

[2]黃仁忠.汽車自適應(yīng)照明系統(tǒng)開發(fā)[D].大連:大連理工大學(xué).2008(12).中國(guó)知網(wǎng).

[3]林坦,戴廣超等.自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(AFS)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車節(jié)能,18—22.

Research on AFS slave system of car based on CAN bus

Chen Lingling,Wei Qingchao,Nan Xi
（Anyang College ,Anyang Henan,455000）

Automobile headlamps lighting range is fixed. The car is turning at night, uphill or downhill, automobile headlamps unable to adjust the lighting angle in the blind area. Based on CAN bus intelligent headlamps servo control system to improve road safetyeffectively. CAN bus collect CAN message from car body,the ECU calculate the collected signal and makes the result receive and sendvia CAN bus transceiver UJA1075ATW. Vice control system receive the Master Slave control commands and feedback status informationthrough the LIN bus .

AFS; slave system;Stepper motor;LIN transceiver