采用CAN總線的轎車車窗智能控制系統實現原理

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中應用廣泛，汽車控制正由機電控制系統轉向以分布式網絡為基礎的智能化系統。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升級、降低成本，擴大市場占用率提供支持。

2 系統功能結構

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控制的總線規范。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點功能。CAN節點通過報文的標識符濾波實現數據傳輸，不同優先級滿足不同實時要求，節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。汽車網絡系統中的總線以報文為單位傳輸數據，節點對總線的訪問采用位仲裁方式。報文起始發送節點標識符分為功能標識符和地址標識符。CAN總線系統節點分為不帶微控制器的非智能節點和帶微控制器的智能節點。該系統采用智能節點設計，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個節點單元。其中左前節點為主控制單元，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

電動車窗系統每個車門都有一個車窗玻璃升降機構，與傳統的手搖機構相似，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，并且帶有一套減速機構，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。

該系統設計除了在正常情況下實現自動防夾功能，還要求在突發事件(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。系統對每個節點單元都有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將繼續運動；K3模式選擇按鍵，其默認為執行正常工作模式(帶防夾功能)，按下K3后執行異常工作模式(不帶防夾功能)，具有最高優先級，用于快速設定車窗上升或下降。主控節點單元即左前節點單元，除負責本地車窗的升降外，還控制所有節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。