汽车LIN网络解决方案
如前所述,通常BCM和四个车门通过一个CAN网络连接。这是目前大量生产商采用的典型方案。这时,每个车门内的高性能控制器(MCU),如常见的Freescale HC908AZ60A, 直接控制车窗和车镜。
采用LIN结构实现车门功能,就可以选择规格更小的MCU(如HC908GZ16),其除了能为BCM通信提供必要的CAN接口,还有足够的资源去控制单个LIN网络。在本例中,驾驶员车门MCU除了是BCM 的CAN 接口,还是控制后视镜、键盘、锁和车窗升降等操作的LIN网络的主节点。
这样做虽然会增加车门内的MCU,但如果对MCU和LIN状态机进行合适的选择,就可以获得功能更强大、更灵活的分布式系统。
在当今飞速变化的行业中,客户要求更多能满足其需求的定制产品,灵活性是实现这种需求的重要因素。通过在车内引入规格更小的单独模块,汽车生产商能够迅速修改其标准产品平台,去迎合客户的需求。
车门控制
前面的例子介绍了车门内部的典型LIN网络,同时还针对上面提及的局限性提出了解决方法。但是,现在车门网络仍然存在几个问题,特别是功能失效和安全问题。车镜是系统中最容易被破坏的部件,在市区驾驶时经常被人取走,从而造成网络中断,甚至给部分生产商带来无法承受的风险。在安全方面,大量罪犯可以轻松取走车镜,从而获得驾驶员车门MCU的直接接入。这又是一个重大风险。
有几种方法可以减少这种风险。方法之一如下:
在本例中,车门内部有两个LIN网络。从图上可以看到,车镜与系统其它部分有效地隔离开,大大降低车镜被取走而带来的危害。任何罪犯行为只能访问驾驶员车门MCU,但无法接入关键组件,如门锁等。
还有一种方法是从LIN子节点控制车镜。
在本例中,安全和可靠性问题都能够有效解决。车镜由键盘MCU或LIN节点直接控制。两种方法都是合适的系统设计。
典型的LIN节点
上图介绍了车门内部的LIN网络。
下面是车内常见LIN节点的例子。
驾驶员车门模块
在上面的系统中,该模块是车门网络的主节点,提供车门内部LIN网络的控制和定时功能。它能控制车门内所有LIN 节点,同时也充当车身控制模块(BCM)和本地LIN 网络之间的网关。
后视镜模块
典型的新型后视镜镜通常能够支持X、Y方向和折叠功能。车镜模块还保存车镜位置等详细信息,有时驾驶员或乘客车镜还安装温度感应器来持续监控外界环境。该信息一般被用作驾驶员信息,也可以作为复杂的发动机管理系统信息。车镜模块通常是LIN从节点。
车窗升降模块
电子车窗包括升、降和防夹控制。
车窗升降节点一般是LIN 从节点,有时前车窗模块同时充当BCM的LIN从节点和后车门的主节点。
门锁模块
锁定功能包括"标准锁"和"童锁"。车门内部的LIN直接与模块连接,这也是实现童锁功能的前提条件,这样司机才能取消特定的门锁功能。门锁模块一般是LIN 从节点。
前开关面板
汽车舒适性控制的大量功能(如锁门、车窗升降和车镜控制的开关)有时集成到单个模块中,作为LIN网络的从节点。
通信方法
如前所述,LIN网络的数据通信主要包括两种不同方法:主-从数据传输或从-从数据传输。两种方法都由主节点控制,有各自的优势和劣势。
主-从通信
主节点传输信息ID(参见第2节),进而发送数据传输命令。网上所有LIN节点将该信息进行转换,然后再进行相应的操作。
根据该主-从通信模式,主节点内部有一个从节点正在运行。它对正确的ID进行响应,然后将规定的比特传输到LIN总线。不同LIN节点在网络中都拥有完整的LIN帧,同时还按照各自的不同应用提供主节点数据和流程。
例如,主节点可能希望所有门锁都打开,这样每个门锁节点被设定为对单个信息进行响应,然后完成开锁;或者主节点可能传输四条不同信息,然后选择性地打开门锁。
主-从通信模式将大部分调度操作转移到主节点上,从而简化其它节点操作。因此,LIN从节点硬件大幅减少,甚至可能减少为单个状态设备。另一个优势是,由于主节点能够同时与所有节点通信,已信息和要求的ID数量都大大减少。
主节点将所有数据通信发送到全部节点(然后在所有数据传输到其它设备之前从节点上接收该数据),这样可以检查传输数据的有效性。该操作允许主节点对所有通信进行监测,减少并消除潜在错误。
但是,这种通信方法速度缓慢。这时,LIN节点很难及时地接收和处理数据,并选择性地将它传输给其它节点。
从-从通信
主节点同样发送信息帧头。但是,在从-从通信模式下,响应"从任务"的是远程节点,如键盘。当键盘"填满"信息帧数据字节时,网上所有节点都能看到整个传输过程,并响应相应的操作。本例中,车窗LIN 从节点响应键盘LIN节点数据。
与主-从通信相比,从-从通信方法更迅速。各个信息帧上的节点共用信息,从而极大地提高响应速度。单个信息可以打开两扇车窗,关闭一个车门,打开三个车门或者移动车窗。这样就可以明显减少网上的数据流量。
但是,从-从通信方法有重要的局限:首先,各个从节点的时钟源未知,因此从节点将数据传输到网络时(根据主节点请求),数据可能发生漂移。主节点有一个精确度很高的时钟,数据漂移有较大的误差范围,但另一个接受数据的LIN 从节点却没有,这会导致数据误译。其次,这种情况下,主节点不显示"从-从"通信已经失效。
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