综合CAN和LIN通信功能的TPMS系统设计和应用

CAN总线的速率

采样点

图5 ECU主控模块原理图

　　d) CAN总线仿真和测试：当CAN总线的软硬件设计完成后，基本的功能、性能仿真和测试是必要的过程。在此项目中，采用了Kvaser CAN总线诊断工具进行仿真测试，可以模拟被测节点与网路上其他CAN节点之间的信息交换，实时跟踪CAN总线上的数据传输。另外可以通过该诊断工具随机向CAN总线发送干扰数据流，测试CAN总线上的数据可靠性。

如图6示为CAN工具的数据仿真测试。其中红线标注的数据帧0x343、 0x344、0x345为TPMS的ECU主控模块向车辆系统发送的轮胎信息及TPMS系统状态信息；蓝线标注的数据帧0x1A0是模拟车辆系统向 TPMS发送的车速信息；其他数据帧为仿真器在总线上随机发送的干扰数据帧。

图6 CAN总线仿真测试图

射频数字天线的硬件电路设计

射频数字天线原理如图7示，主要由射频接收芯片、单片机、LIN收发芯片组成。MC33594是一个具有自动增益控制的高灵敏度的OOK/FSK接收芯片，主要负责射频信号的接收和解调，并通过SPI接口以中断的方式将数据传输给MC9S08SG8单片机，该单片机将数据处理后组成LIN数据包，当LIN总线上有主机请求数据时，LIN数据包将会通过TJA1020被发送到LIN总线上。

图7 射频数字天线原理图

LIN 总线的报文帧由报文头和响应场组成，波形分析图如图8所示。报文头由主机发送，包括了一个同步间隔场、一个同步场和一个标识符场，其中标识符场就是主机发送给从机的事件命令。从机接收到该命令后根据协议规定发送或接收8字节数据和校验和，就构成了响应场。由此，完成主机对每个从机的逐一访问和信息传递。

图8 LIN数据波形分析图

LIN总线是一个单主机多从机的网络结构。在本系统的LIN总线设计中，主要实现ECU主控模块(主机)对两个射频数字天线(从机)的配置和对轮胎数据的读取。如图9为LIN总线上的信息事件的触发工作图。

图9 LIN总线事件触发图

TPMS接收系统的固件程序设计

如图10和11分别为射频数字天线和ECU主控模块的固件程序流程图。射频数字天线主要以SPI中断方式接收射频数据，并以LIN请求中断的方式发送LIN 数据帧。ECU主控模块以定时查询的方式工作：每隔1s主动发送CAN数据帧；每隔2s主动查询射频数字天线的数据；每隔30s主动检测TPMS系统的内部故障。另外ECU主控模块可以中断方式接收CAN总线上的数据，实现对TPMS之发射模块ID的注册、参数设置及车辆信息共享等功能。

图10 射频数字天线流程图

　 图11 射频数字天线流程图

设计验证

TPMS 设计是可靠性要求非常高的汽车安全系统，必须从失效分析的角度制定严格而科学的可靠性验证计划，包括实验室测试和现场耐久性跑车测试。如图12为TPMS 安装在国外某款车上进行耐久跑车时，采用CAN分析仪对CAN数据进行连续采集、跟踪的报告，四个不同颜色的曲线分别代表了车辆在运行中每个轮胎的气压变化，由图可知，TPMS系统能够非常准确可靠地监测轮胎气压。

图12 TRMS系统跑车测试数据跟踪图

结语

本文以客户需求为导向，阐述了一种可靠的TPMS技术方案，并从系统分析、方案构建、模块设计、系统调试、项目验证等典型应用过程，详细介绍了TPMS的设计思路和步骤。该系统虽然布局复杂、模块众多，但彻底解决了TPMS无线信号不稳定的严重失效问题，根据车辆环境的具体要求，可以对系统进行有效裁减或扩展，以满足不同车型的灵活设计。然而TPMS的设计毕竟是复杂的过程，特别在不同汽车环境的应用中，尚面临许多问题，还需进一步研究，使TPMS更加可靠、智能化地应用于汽车安全中。