基于多路电机同步控制的ADB控制器设计

王金磊，刘正全，徐健，薛蔚平，丰建芬

(常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州 213000)

0 引言

随着当今汽车保有量越来越多，不少司机不会合理操作远近光。据统计，每年超过30%的夜间交通事故都是因为滥用远光造成，解决夜间远光问题已经成了大众迫切的需要，因此迫切需要智能化的自适应远光系统，这将对降低夜间重大交通事故的财产损失和人员伤亡具有重要意义。

ADB(Adaptive Driving Beam)是自适应远光辅助的简称，通过安装在后视镜上的相机，获取前车图像信息，经处理后使大灯光型产生多种光型的自由切换，实现可变化的照明暗区，有效避免会车和跟车产生的远光眩光，从而提升夜间行车安全性，降低夜间驾车疲劳感，提高驾驶舒适度。

文中提出一种基于多路电机同步控制的ADB控制器设计，实现同步控制多路电机进行多种光型自由切换的功能。

1 基于多路电机同步控制的ADB控制器电路设计要求

1.1 ADB控制器电路的设计要求

ADB控制器电路设计中，分为两大控制模块：ADB-Master主控制器模块和ADB-Slave从控制器模块。每辆车配备有一块ADB-Master主控制器模块，放置于驾驶室中间位置，两块ADB-Slave从控制器模块分别与左右大灯PES集成在一起。

ADB-Master主控制模块的设计目标为实现CAN报文和LIN报文的信号互转。其主控制模块由3个主要子模块构成：CAN通信模块、MCU处理器模块、LIN通信模块。首先ADB-Master主控制模块通过CAN总线和整车BCM实现通信，实时获取前车图像信息及相关车身指令。然后经CAN收发器对所获取的CAN报文进行处理后，发送给单片机处理，单片机处理后的信息将发送给LIN收发器，从而ADB-Master主控制模块最终以LIN报文的形式将控制信息发送给左右ADB-Slave从控制模块。

ADB-Slave从控制模块的设计目标为控制多路电机的同步运转。其从控制模块由3个主要子模块构成：LIN通信模块、MCU处理器模块、电机驱动模块。LIN通信模块将接收来自ADB-Master的LIN报文信息，处理后发送给处理器模块，由处理器将动作执行命令发送到电机驱动模块，从而由电机驱动模块同步控制三路步进电机(分别为水平电机、垂直电机和多光型遮光板电机)进行远光、近光及ADB光型的切换，实现可变化的照明暗区。

基于多路电机同步控制的ADB控制器电路组成如图1所示。

图1 基于多路电机同步控制的ADB控制器电路组成

1.2 MCU、CAN/LIN总线收发器及电机驱动芯片的选择

ADB-Master主控制模块的CAN收发器采用NXP的TJA1041[1]。

ADB-Master主控制模块和ADB-Slave从控制模块的MCU采用同一型号，即飞思卡尔的16位单片机MC9S12G192[2]。该MCU 拥有3路SCI接口，1路MSCAN接口，3路SPI接口，8路独立的PWM通道以及16路ADC采样口。

ADB-Master主控制模块和ADB-Slave从控制模块的LIN收发器采用NXP的TJA1021[3]。

ADB-Slave从控制模块的电机驱动芯片采用ST的L9942[4]，该芯片与MCU通过SPI进行通信，MCU通过PWM来控制L9942对电机进行步进模式调整。

1.3 电机驱动芯片及驱动电路介绍

ST的L9942是一款集成的双极步进电机驱动器，具有细分模式和可编程电流配置表，能灵活适应步进电机的特性和预期的工作情况。可编程堵转检测在前灯水平调整和弯道调整应用中非常有用，可以防止堵转时电机为了转到位置而长时间地运行。如果检测到堵转，对准过程被关闭，并且噪声被最小化。

该芯片最大输出电流可达到1.3 A；待机模式下功耗很低，小于3 μA；拥有多项输出检测：过压与欠压检测，负载电流控制和过流检测，堵转检测，温度预警和热关断。

L9942驱动芯片通过SPI获取MCU的指令信息；通过STEP信号来调整步进模式: 全步、半步、细步、微步；通过PWM向MCU反馈电机运转状态。L9942通过输出四路控制信号对电机进行全桥控制。L9942驱动电路如图2D所示。

图2 L9942驱动电路

2 实验验证

2.1 示波器抓取的CAN模块和LIN模块通信报文

CAN总线具有实时性强、连线简单、传输距离远、抗电磁干扰能力强、传输速率高(通信速率最高可达1 Mb/s)、成本低的优势。由于CAN总线的高可靠性及独特的设计，使其越来越受到汽车领域的重视。LIN总线是面向汽车低端分布式应用的低成本、低速率(20 kb/s)、串行通信总线，不需要仲裁和冲突管理机制，节省资源，适合用于诊断和驱动多路电机。LIN总线的驱动/接收器规范遵从ISO 9141-1989标准，且EMI性能较好。

通过示波器，捕捉了ADB-Master主控制模块获取的车身CAN总线报文，以及ADB-Master主控制模块和ADB-Slave从控制模块之间的LIN总线报文。通过CAN/LIN报文的转化实现了ADB-Master主控制模块对ADB-Slave从控制模块的控制。

CAN总线报文如图3所示，LIN总线报文如图4所示。

图3 CAN接收报文

图4 LIN接收报文

2.2 通过独立PWM通道实现多路电机的同步控制

PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)是一种对脉冲宽度调制的模拟控制方式，利用MCU的数字输出对模拟电路进行控制的一种技术手段，优点是控制简单、灵活和动态响应快。选取的MCU拥有8个独立的8-Bit PWM通道，每一路PWM波独立控制，互不干扰，通过SPI总线与MCU通信，报文之间的信息间隔只有33 ms，解决了多路步进电机的同步控制问题，即在大灯高度调节和水平角度调节的同时，完成远近光光型的切换，其控制信号波形如图5所示。

图5 3路电机PWM同步控制信号波形

2.3 全步、半步、1/4细步、1/8微步等不同模式的电流输出波形

电机驱动芯片L9942支持4种步进模式: 全步、半步、细步、微步。通过示波器抓取电流输出波形，证明4种模式的实现。4种电流输出波形如图6—图9所示。

图6 全步模式电流输出波形

图7 半步模式电流输出波形

图8 1/4细步模式电流输出波形

图9 1/8微步模式电流输出波形

2.4 电机堵转发生判断

当电机发送堵转时，可以通过读取堵转引脚的值来判断，当芯片的堵转引脚从0置1，则证明电机发生了堵转。此时MCU会对电机状态进行复位，使电机回到初始位置。

图10为示波器捕捉的堵转引脚跳转波形。

图10 芯片的堵转引脚输出为1时，堵转发生

3 结论

提出了一种基于多路电机同步控制的ADB控制器设计。通过多项试验以及实际道路实验证实该设计满足设计要求，可以在复杂路况下根据前方图像识别自由切换光形(远光、近光、ADB暗区光形)，实现可变化的照明暗区，有效地避免在跟车与会车时发生远光炫目。这款设计不仅能提高驾驶者的行车舒适度，更提高了道路行车的安全性，拥有非常好的市场前景。