智能車身網絡控制系統的製作方法

2023-05-30 13:12:56 5

專利名稱：智能車身網絡控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車車身網絡控制系統，特別是智能車身網絡控制系統。
背景技術：
傳統汽車車身控制採用開環控制，是一種「司機開關-中間繼電器-執行器」的控制方式，必須採用大量的中間繼電器和汽車線束，司機在操作時不知道控制對象的工作狀態；傳統控制方式，每個受控對象都必須至少有一根線接到司機開關處，而需要中間繼電器的則線束還要增加，而且線束大多都要從車身穿過。布線複雜，線束多，安裝調試和檢測維修的難度大。目前國內外已有少量高檔車型實現了網絡控制，控制的網絡化已成為汽車技術發展的新趨勢。

發明內容
本發明的目的在於提供一種智能車身網絡控制系統，它採用LIN車身網絡技術，對車身傳感器及其車燈、雨刷、門窗控制器實現了分布式網絡控制，取代了傳統的完全集中控制的控制方式，節省了車身布線成本和維護成本，增強了系統的穩定性和可靠性。通過網絡主控制器採集司機命令，並將命令通過LIN網絡傳輸給子控制器，子控制器則按照命令去控制其鄰近的執行器件(所有車燈、前後門、雨刷)，子控制器同時又將命令的執行情況以及相應傳感器信號(如油量傳感器、油壓傳感器、水溫傳感器、水量傳感器、轉速傳感器等)通過網絡反饋給主控制器，以便實現智能化控制。
一種智能車身網絡控制系統，它包括用於司機控制模塊的網絡主控制器1和四個分別用於左前控制模塊、右前控制模塊、左後控制模塊和右後控制模塊的網絡子控制器2，所述網絡主控制器1和各網絡子控制器相互之間通過用於實現數據交換和通信控制的LIN通信總線相連。
所述網絡主控制器1包括一個由單片機及其外圍元器件構成的主微處理器電路10；一個輸入端與16路開關信號輸入端相連的第一光藕耦隔離電路17；一個輸入端與所述第一光耦隔離電路17的信號輸出端相連並對輸入信號波形進行整形的第一波形整形電路16；該第一波形整形電路16的輸出端與所述主微處理器電路10的16路開關信號輸入埠相連；一個輸入端與4路傳感器模擬信號輸入端相連的比例調節電路15，該比例調節電路15的信號輸出端與所述主微處理器電路10的4路模擬量信號輸入埠相連；一個通過3線串行通信接口SPI與所述主微處理器電路10的對應數據通信埠相連的CAN通信控制器12，該CAN通信控制器12依次通過第二光耦隔離電路13和第一網絡驅動電路14與LIN接口/CAN接口相連；還包括一個與汽車蓄電池供電端相連並為所述網絡主控制器1的各部分電路提供直流電源的主控器穩壓電源18。
所述網絡子控制器2包括一個由單片機及其外圍元器件構成的子微處理器電路20；一個與所述子微處理器電路20的控制信號輸出埠相連的第二光耦隔離電路22；
一個第四波形整形電路23、一個智能MOS開關電路24，所述第四波形整形電路23、智能MOS開關電路24依次串聯於所述第二光耦隔離電路22的輸出端和8路開關信號輸出端之間；同時所述智能MOS開關電路24的工作狀態反饋端還通過所述第二光耦隔離電路22和一個第二波形整形電路21與所述子微處理器電路20的MOS開關工作狀態監測埠相連；一個串聯在2路傳感器模擬信號輸入端和所述子微處理器電路20之間對模擬信號進行比例調節和濾波處理的信號調理電路25；一個第三波形整形電路26和一個第五光耦隔離電路30，它們依次串聯於所述子微處理器電路20的PWM信號輸入埠和2路PWM信號輸入端之間；一個第四光耦隔離電路27和一個第二網絡驅動電路28，它們依次串聯於所述子微處理器電路20的SCI通信埠和LIN接口之間；以及一個為所述網絡子控制器2各部分電路提供直流供電電源的子控器穩壓電源29。
本發明採用LIN網絡技術，改變了傳統(司機開關-中間繼電器-執行器)控制方式為(司機開關-網絡-執行器)的分布式網絡控制方式。由於採用了網絡技術，改變了控制方式，各控制模塊之間只需要一根網絡線來傳輸數據，相對於傳統控制方式，它節省了大量汽車線束和中間繼電器，近來隨著汽車產業飛速發展，車身執行器件日益增多，網絡控制方式的優勢也顯得日益明顯。智能開關的採用，使得原來的開環控制變為了閉環控制，智能開關與傳統繼電器相比，它不僅能驅動執行器件，而且能反饋執行器件的執行情況。同時微控制器的使用，使整個控制系統變得智能化。


圖1為本發明原理示意框圖；圖2為本發明網絡主控制器原理示意框圖；圖3為本發明網絡子控制器原理示意框圖；圖4為光耦隔離電路原理圖；圖5為CAN控制器電路原理圖；圖6為波形整形電路原理圖；圖7為比例調節電路原理圖；圖8為網絡驅動電路原理圖；圖9為MOS開關電路原理圖。
具體實施例方式
如圖所示，它包括用於司機控制模塊的網絡主控制器1和四個分別用於左前控制模塊、右前控制模塊、左後控制模塊和右後控制模塊的網絡子控制器2，所述網絡主控制器1和各網絡子控制器相互之間通過用於實現數據交換和通信控制的LIN通信總線相連。
所述網絡主控制器1包括一個由單片機及其外圍元器件構成的主微處理器電路10；一個輸入端與16路開關信號輸入端相連的第一光耦隔離電路17；一個輸入端與所述第一光耦隔離電路17的信號輸出端相連並對輸入信號波形進行整形的第一波形整形電路16；該第一波形整形電路16的輸出端與所述主微處理器電路10的16路開關信號輸入埠相連；一個輸入端與4路傳感器模擬信號輸入端相連的比例調節電路15，該比例調節電路15的信號輸出端與所述主微處理器電路10的4路模擬量信號輸入埠相連；一個通過3線串行通信接口SPI與所述主微處理器電路10的對應數據通信埠相連的CAN通信控制器12，該CAN通信控制器12依次通過第二光耦隔離電路13和第一網絡驅動電路14與LIN接口/CAN接口相連；還包括一個與汽車蓄電池供電端相連並為所述網絡主控制器1的各部分電路提供直流電源的主控器穩壓電源18。
所述網絡子控制器2包括一個由單片機及其外圍元器件構成的子微處理器電路20；一個與所述子微處理器電路20的控制信號輸出埠相連的第二光耦隔離電路22；一個第四波形整形電路23、一個智能MOS開關電路24，所述第四波形整形電路23、智能MOS開關電路24依次串聯於所述第二光耦隔離電路22的輸出端和8路開關信號輸出端之間；同時所述智能MOS開關電路24的工作狀態反饋端還通過所述第二光耦隔離電路22和一個第二波形整形電路21與所述子微處理器電路20的MOS開關工作狀態監測埠相連；一個串聯在2路傳感器模擬信號輸入端和所述子微處理器電路20之間對模擬信號進行比例調節和濾波處理的信號調理電路25；一個第三波形整形電路26和一個第五光耦隔離電路30，它們依次串聯於所述子微處理器電路20的PWM信號輸入埠和2路PWM信號輸入端之間；一個第四光耦隔離電路27和一個第二網絡驅動電路28，它們依次串聯於所述子微處理器電路20的SCI通信埠和LIN接口之間；以及一個為所述網絡子控制器2各部分電路提供直流供電電源的子控器穩壓電源29。
由於本系統採用模塊式結構，模塊之間通過LIN總線連接、通訊，可使車身線束將大大減少，不需要中間繼電器，系統的可靠性高。
圖4光藕隔離電路由光電隔離耦合集成電路及其外圍元器件構成，其輸入端和輸出端分別接入到電路的輸入端或輸出端，完成光電隔離耦合；圖5CAN控制器由CAN總線集成電路構成；圖6波形整形電路包括一個與非門集成電路，波形輸入端通過一個電阻器與該與非門輸入端相連，在波形輸入端與電源地之間連接一個電阻器，並在與非門輸出端、輸入端與電源地之間分別連接一個電容器，與非門輸出端作為波形輸出端；圖7比例調節電路包括兩個串聯的、分別由運算放大器及其外圍元器件構成的整理電路；圖8網絡驅動電路原理圖；包括一個網絡驅動集成電路，該網絡驅動集成電路數據接收端和數據發送端分別與光耦隔離電路的數據接收端和數據發送端相連，網絡驅動集成電路的LIN端通過一個電感器與LIN接口相連，同時其VSUP端通過電阻器和二極體的串聯電路與接口插頭J1的一個端子相連，接口插頭J1的另一個端子與網絡驅動集成電路的LIN端相連。
圖9為MOS開關電路。
其中網絡主控制器1主要是採集以下司機開關信號小燈、左轉向燈、右轉向燈、近光燈、遠光燈、前霧燈、倒車燈、後霧燈、危險報警、前門開關、後門開關、電喇叭、雨刷檔位、駕駛員照明燈、車廂照明燈。
左前控制模塊的控制對象是左前小燈、左前示高燈、左側邊燈、左前霧燈、左前轉向燈、左前大燈、電喇叭。
右前控制模塊的控制對象是右前小燈、右前示高燈、右側邊燈、右前霧燈、右前轉向燈、右前大燈、前門。
左後控制模塊的控制對象是左後小燈、左後示高燈、左後霧燈、左後轉向燈、左制動燈、倒車燈。
右後控制模塊的控制對象是右後小燈、右後示高燈、右後霧燈、右後轉向燈、牌照燈、右制動燈、右倒車燈、後門。
從系統原理示意圖可以看出，與傳統(開關-繼電器-執行器)的控制方式相比較，採用本發明後，車身線束將大大減少。採用本系統後，穿過車身的僅有一根網絡線和一根電源線而已。執行器的控制線都是與模塊相接，而這段線是很短的。
本系統由五個模塊組成，但硬體上只有兩種網絡主控制器和網絡子控制器。
網絡主控制器採集司機開關信號及傳感器模擬信號；CAN通信功能，可與汽車現有網絡接口；LIN通信功能；硬體描述8位motorola的CPU-HC08GP32(帶LIN功能)；電源電路(帶隔離電源模塊)；4個模擬量採集通道採集傳感器模擬信號；16個開關量輸入通道(光耦隔離)；SPI接口的CAN通訊控制器82527，收發器82C250(光耦隔離)；SCI接口的LIN通訊收發器MC33399D(光耦隔離)。
網絡子控制器執行車身部件控制指令(控制車門、車燈、雨刷、空調等)；LIN通信功能；硬體描述8位motorola的CPU-HC08GP32(帶LIN功能)；電源電路(帶隔離電源模塊)；(光耦隔離)；2個PWM接口輸入通道(光耦隔離，採集如轉速之類的頻率信號)；2個模擬量輸入通道；8個數字量功率輸出通道(雙路智能電子MOS開關MC33288DH，光耦隔離)；SCI接口的LIN通訊收發器MC33399D(光耦隔離)；4位地址編碼開關(安裝在不同位置的模塊地址是不同的，模塊通過讀取地址來確認自己控制的對象)。網絡子控制器的主要功能是直接驅動模塊安裝位置鄰近的執行器件，由於採用了智能電子開關，它能輸出10A的分支電流，8A穩態電流，不需要中間繼電器。
數字量通道即開關量，其狀態只有開、關兩種。數字量輸入通道就是採集開關狀態，輸出通道就是要給出開關命令。模擬量輸入通道就是採集這個變化的值，輸出通道就是輸出這樣的值。PWM通道PWM信號是頻率脈衝信號，其高低電平持續的時間的改變，其頻率也改變，一般速度傳感器的輸出信號就是一個隨轉速變化的頻率信號。PWM通道就是對這類信號進行處理。光耦隔離就是先將要傳輸的電信號轉變位光信號，再轉變為電信號傳輸出去。這樣一來，光耦兩邊的電信號就不會互相干擾，以增強系統的可靠性。
權利要求
1.一種智能車身網絡控制系統，其特徵在於它包括用於司機控制模塊的網絡主控制器(1)和四個分別用於左前控制模塊、右前控制模塊、左後控制模塊和右後控制模塊的網絡子控制器(2)，所述網絡主控制器(1)和各網絡子控制器相互之間通過用於實現數據交換和通信控制的LIN通信總線相連。
2.如權利要求1的一種智能車身網絡控制系統，其特徵在於所述網絡主控制器(1)包括一個由單片機及其外圍元器件構成的主微處理器電路(10)；一個輸入端與(16)路開關信號輸入端相連的第一光耦隔離電路(17)；一個輸入端與所述第一光耦隔離電路(17)的信號輸出端相連並對輸入信號波形進行整形的第一波形整形電路(16)；該第一波形整形電路(16)的輸出端與所述主微處理器電路(10)的16路開關信號輸入埠相連；一個輸入端與(4)路傳感器模擬信號輸入端相連的比例調節電路(15)，該比例調節電路(15)的信號輸出端與所述主微處理器電路(10)的4路模擬量信號輸入埠相連；一個通過3線串行通信接口SPI與所述主微處理器電路(10)的對應數據通信埠相連的CAN通信控制器(12)，該CAN通信控制器(12)依次通過第二光耦隔離電路(13)和第一網絡驅動電路(14)與LIN接口/CAN接口相連；還包括一個與汽車蓄電池供電端相連並為所述網絡主控制器(1)的各部分電路提供直流電源的主控器穩壓電源(18)。
3.如權利要求1的一種智能車身網絡控制系統，其特徵在於所述網絡子控制器(2)包括一個由單片機及其外圍元器件構成的子微處理器電路(20)；一個與所述子微處理器電路(20)的控制信號輸出埠相連的第二光藕耦隔離電路(22)；一個第四波形整形電路(23)、一個智能MOS開關電路(24)，所述第四波形整形電路(23)、智能MOS開關電路(24)依次串聯於所述第二光耦隔離電路(22)的輸出端和(8)路開關信號輸出端之間；同時所述智能MOS開關電路(24)的工作狀態反饋端還通過所述第二光耦隔離電路(22)和一個第二波形整形電路(21)與所述子微處理器電路(20)的MOS開關工作狀態監測埠相連；一個串聯在2路傳感器模擬信號輸入端和所述子微處理器電路(20)之間對模擬信號進行比例調節和濾波處理的信號調理電路(25)；一個第三波形整形電路(26)和一個第五光耦隔離電路(30)，它們依次串聯於所述子微處理器電路(20)的PWM信號輸入埠和2路PWM信號輸入端之間；一個第四光耦隔離電路(27)和一個第二網絡驅動電路(28)，它們依次串聯於所述子微處理器電路(20)的SCI通信埠和LIN接口之間；以及一個為所述網絡子控制器(2)各部分電路提供直流供電電源的子控器穩壓電源(29)。
全文摘要
智能車身網絡控制系統，它包括用於司機控制模塊的網絡主控制器和四個分別用於左前控制模塊、右前控制模塊、左後控制模塊和右後控制模塊的網絡子控制器，網絡主控制器和各網絡子控制器相互之間通過用於實現數據交換和通信控制的LIN通信總線相連。由於本系統採用模塊式結構，模塊之間通過LIN總線連接、通訊，可使車身線束將大大減少，不需要中間繼電器，系統的可靠性高。
文檔編號H04L12/403GK1620031SQ200410046989
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月30日 優先權日2004年11月30日
發明者劉凌, 汪偉, 謝香梅, 李雪峰, 閆四玉, 唐廣笛, 王坤俊 申請人:中國南車集團株洲電力機車研究所