基于單片機的車身控制系統

摘要：設計了集中式與分布式控制相結合的電子控制單元。該單元不僅可以集成實時操作系統，還支持車載網絡CAN、LIN的通信功能，通過這兩種總線機制，不但可以與汽車其他電控系統進行信息交互，還可以對車身控制系統本身進行功能拓展。

關鍵詞：單片機；控制單元；操作系統；通信

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 16-0063-01

一、前言

在車身控制領域上，國內的汽車制造商和國外的企業還存在很大的一段差距。但是，國內的汽車制造商在本土適應性、開發成本等方面還是有一定的優勢。因此，國內的汽車制造商在車身電子控制方面還是有很好的發展前景的。近年來，國內的汽車工業蓬勃發展，逐漸涌現出一批以研發及生產車身控制系統的優秀企業。預計在今后的汽車技術發展中，車身控制系統在汽車中的作用將會更加重要。目前，車身控制系統的主要控制方式有分布式控制和集中式控制2種。分布式控制技術設計車身控制系統可以為車內人員提供差異化及高品質的用戶體驗，廣泛應用于當前國內外中高檔車型中。而集中式控制技術可以有效地控制車身控制系統的制造成本，估計將會成為今后汽車車身控制發展的主要方向。

二、車身控制系統硬件設計

根據系統電路按照工作原理和功能實現對車身控制系統的硬件進行了設計。由于考慮到系統的合理劃分和整合，采用電路模塊化設計，從而簡化系統硬件電路的開發過程。

汽車電控系統大致可以分為6個部分：中控臺（駕駛員使用）、行駛控制系統、傳動控制系統、安全控制系統、信息娛樂系統和車身控制系統。在本文的設計中，中控臺是作為上位機激勵控制使用，通過CAN總線向其他5個模塊系統發送控制命令信息，并采集各個模塊系統的返回信息，而其他5個模塊系統之間也是通過CAN總線進行信息交互，以達到更加智能化控制的目標。

車身控制系統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。在本文的設計中，將車身控制系統分為集中式和分布式控制兩種，其中，將車燈控制子系統和車窗控制子系統列為集中式控制，集成到中央控制模塊中，而對其他子系統例如雨刷控制子系統等歸為基于LIN總線的分布式控制。

本文設計的基于實時操作系統的車身控制系統將中央控制模塊作為中控臺對車身控制系統的CAN總線通信的節點，并且作為LIN總線的主機節點來設計。為了驗證方案的可行性，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、電動座椅、后視鏡控制等子系統作為LIN總線的從機節點，屬于分布式控制的部分。由于ECU模塊作為通信的主機節點，并且作為整個車身控制系統的核心，而實時操作系統也是移植在這個模塊上，同時集成了車燈和車窗控制子系統，所以本文通過對這個模塊的設計實現，對于驗證整個車身控制系統的設計方案具有實踐性的意義。為了證明整個方案的正確性和測試環境的便利，將這個部分分為3個模塊：ECU（Electronic Control Unit）模塊、車燈驅動模塊、車窗驅動模塊。

三、車身控制系統軟件設計

汽車操作系統應是嵌入式系統向實時多任務管理、網絡耦合與通信的高端應用過渡的產物，可以提高汽車電子系統的實時性、可靠性和智能化程度。除了具備普通嵌入式系統的共有特性之外，它還具有以下幾個優點：對實時多任務處理有很強的支持能力，中斷響應時間短；合理進行任務調度，充分利用系統資源；系統集成度高，成本低；系統本身為超低功耗級；支持軟件多線程結構，軟件抗干擾性強。本文采用實時操作系統μC/OS-II作為解決方案的嵌入式操作系統，其主要的原因是μC/OS-II是一種免費公開源代碼、結構小巧、具有可剝奪實時內核的實時操作系統。其內核提供任務調度與管理、時間管理、任務間同步與通信、內存管理和中斷服務等功能，完全符合本文設計方案的要求。

汽車上電子裝置的急劇增加和信息相互傳送的網絡化提出了嵌入式操作系統的需求，由法德兩國汽車行業所倡導的OSEK（Open Systems and the Corresponding Interfaces For Automotive Electronics）技術是針對符合汽車電子開放式系統及其接口的軟件規范所研發的嵌入式實時操作系統。OSEK規范從實時操作系統和軟件的開發平臺兩方面作了全面的定義和規定并日趨完善，在國際汽車電子領域影響力日益增強，將成為未來汽車電子行業嵌入式操作系統的技術標準，廣泛被采用。

本文將整個系統軟件分為三部分：底層驅動模塊、操作系統模塊、應用程序模塊。其中，底層驅動模塊包含系統硬件所需要的寄存器的操作，操作系統模塊的實時操作系統為μC/OS-II作為任務與底層驅動硬件溝通的橋梁，而應用程序模塊將系統的功能劃分為具體的任務實現。

四、總結

本文主要闡述了基于實時操作系統的汽車車身控制系統的開發和設計方法，并對車燈控制子系統進行了設計與實現。在對目前比較常用的實時操作系統μC/OS-II、車身控制系統的控制原理和兩種車載通信總線CAN/LIN協議進行簡要介紹后，對車燈控制子系統的設計過程及考慮因素作了較深入的闡述。設計的車燈控制子系統目前系統一直運行良好，各項基本功能都已經實現；總的來說，基本上達到了預定的目標。雖然其本身是一個基于功能驗證性的設計，成本還較高，但對國內汽車廠商在車身控制方面具有很好的參考意義。

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