试论LIN总线下的汽车雨刮控制系统设计

刘宗健，李晓燕，易运远

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

随着电子技术的发展，应用在汽车上的电子装备逐渐增多，各种装置之间也能通过网络实现通讯。在汽车系统中一般使用点对点的通信方式，形成一个巨大的布线系统，让制造维护的成本得到增加。雨刮系统作为汽车系统中十分重要的构成，使用LIN总线技术能够有效提高其功能性。

1 LIN总线概述

LIN总线也就是区域互联网络，能够进行对汽车系统的控制，其价格便宜、配置灵活，使其在分布式控制中被广泛使用，作为汽车网络功能的补充，让结构设计更加灵活。LIN总线是总线网络中常见的通用协议，一般情况下使用单主多从的结构模式。而从机节点并不需要谐振器就能实现同步。在通用接口的基础上，进行单线传输，总线最长通信距离能够达到40米长。在LIN总线中，数据的传输是以报文帧的格式实现的，其中包含两个部分，分别是帧头和响应组。同步场、标识符联合间隔场构成了主任务帧头，数据场联合校验和场构成了响应组。在LIN网络中有着很多主节点和诸多数量的从节点，经过主机节点作用，使得LIN连接上层网络。这样在一个LIN网络中能够实现多达十六个节点的连接，但是其中只含括一个主节点，其余都是从节点。主机任务负责对总线指令的接受，对总线传输报文进行调度，同时对数据展开监测，能够作为标准时钟进行参考。从机在接收到帧头信息后能够进行是否做出应答和发送的判断。

2 智能雨刮控制系统的设计方案

在汽车安装的诸多执行器中，在雨天汽车的正常行驶需要雨刮发挥出很大作用，在雨雪天气条件中，驾驶员的视野十分狭小，需要谨慎驾驶应对路面湿滑。在雨天驾驶汽车难度大，让驾驶员的精力受到干扰，需要具备一套完善的雨刮控制系统，保证汽车行驶安全。智能雨刮控制系统包含主控单元以及子单元，液晶屏联合微控制器构成了主控单元，雨量检测、电机检测装置联合驱动控制器构成了子单元。在自动状态下的雨刮，借助于红外传感器检测到雨量的大小，从而能够对雨刮摆动频率自动化和智能化的控制。子单元对于LIN总线进行主控单元的连接，构成了车载的LIN网络。驾驶员在汽车上能够使用液晶屏幕对雨刮实施控制，还能在屏幕上了解雨刮的状态。

在降水量较大的天气，雨刮电机间隔的时长比较短，在降水量较小的天气，雨刮电机间隔时长也就比较长。在雨刮的工作状态下，雨量传感器一旦发生故障，在预设间隔时间内系统能够自动控制雨刮电机。如果电机出现了堵转问题，那么电枢电流必然会超出阈值电流，并维持着很长一段时间，否则雨刮也出现自动恢复原本位置。如果尝试三次都没有办法，那么会回到原本位置上停止操作。与此同时LIN总线继续发送故障报文，在液晶显示屏上也会将故障信息反馈出来，报警功能也就得到实现。

3 硬件设计

3.1 控制器模块

使用性能好、功耗低的电子芯片作为主控单元的微控制器，这种芯片是一种16位增强型单片机，有着128kB ROM、8kB RAM以及2kB EEPROM，有两个通信口、八个模块、八个比较定时器以及两个控制器。在整个系统中最为重要的输入就是液晶模块，本设计中使用的是z2104型号的液晶，在液晶内部内置了控制板，屏幕是电阻屏，能够和控制器实现通信，工作下对电压的要求是12V。其中主控制器能够利用串口对触摸信号进行读取，将触摸信号进行转换，转换为LIN总线指令。利用SCI模块将指令发送给LIN总线，能够对子单元实现控制，也能让雨刮状态呈现在液晶屏幕上。

3.2 电源模块设计

在系统中电源模块提供电源，要利用蓄电池作为电源系统，电源电压若小于12V，那么需要使用电平转换的方式改变电源系统。在进行系统设计的时候，使用芯片LM2576—5作为稳压芯片。这种芯片能够实现高工作效率、负载调整能力以及良好的工作性能。同时能够让散热片减少体积，保证电路正常稳定的运作。

3.3 雨量检测设计

系统设计的时候，控制器用来进行雨量的检测，掌握雨量的大小情况，对雨刮摆动的频率进行自动化控制。在使用的时候，不需要驾驶员人为实施操作，让汽车驾驶安全性得到提升。在设计系统的时候设计几个档位，和不同大小的频率和信号一一对应，也能够确定雨刮器频率。在系统中设计了红外检测装置的使用，通过发射器发射特定角度光束，在玻璃上投射出来，再被接收器接收。但是雨滴滴落下，部分光束受到折射和散射被分散在外部，红外接收器接受的红外线量会少于总量。因此根据挡风玻璃雨量的大小，需要发送刮水的请求，让主控单元能够实现总线通信。

3.4 霍尔位置传感器

系统中运行传感器监控雨刮电机，还要对电机位置以及转速进行检测，在检测到具体位置的时候，单片机对位置的准确性进行判断。若位置不准确，需要让电机转动恢复到正确位置上。经过内部处理继续下一步操作，让电机能够以最精确速度得到控制。

3.5 电机驱动模块

系统中最为核心的构成部分，也就是电机驱动模块，控制电机转向。对电流变化进行检测，雨刮如果遇到堵转的时候需要展开对应的处理。受到成本等多个方面的影响，在分布式控制单元中使用Freescale芯片，这种芯片能够替代驱动器和收发器，让外围器件数量得到降低，让成本得到缩减。在模块中使用了芯片对雨刮继电器进行控制，利用电流反馈随时监控电机。在多路复用器的作用下，模拟选择对应的通道，同时需要使用检测电流的形式确认电机堵转的发生情况。一旦出现电流超过某阈值，故障信息被单片机接收，同时进行对应的处理。通过LIN总线能够进行传输，利用主控液晶屏进行显示。片内集成收发器通过模块让数据链路层的驱动器实现LIN协议，让总线的通信功能得以实现。

4 软件设计

利用电机检测模块落实对系统状态的检测，在检测信息同时发送给解析和控制模块之后，经过分析，能够完成电机的控制，在解析处理检测信息之后，将检测信息发送给LIN通信、功能处理模块，再传送给LIN总线，网关和系统的通信功能得以实现。诊断模块接收处理模块信息了解到故障信息，形成诊断结果，利用LIN通信模块让其获得通信功能。控制模块借助于检测信息判断电机转速。通过输出转速对比检测转速，在算法优化之后能够得出控制优化。通过LIN总线向主控单元发送雨刮电机电流阈值，在系统启动时实现初始化处理。另外，LIN总线能够让主控单元得到信号的输入，对雨刮电机运转进行控制。在系统运行的时候，对电枢的电流进行实时采集，和阈值电流进行对比。假设电流的实际值有三次超过了阈值，那么需要让雨刮电机恢复原本位置上，制停雨刮动作。在这个流程下，子控制器会将目前系统状态的各类参数反馈给主控制器，在显示器中实时显示出来。

5 测试

在系统运行的时候，使用示波器采集全部LIN总线信号。了解信号波形，能够看出报文帧中含有两个部分，分别是帧头和响应组，而报文中间也就是中断场。信号的电压峰值达到了11．2V，这也表明着LIN总线的供电模式使用的是12V，也就是说电枢电流常态下的值为6A。如果人为因素导致堵转，电流会出现升高，可能会升高至10A。在系统工作一段时间之后，雨刮电机恢复到原本位置，不再进行刮水的动作。经过多次测验，对系统进行调整，这样系统才能完全依照雨量大小进行运转的控制，实现智能化控制。

6 结语

综上所述，本文研究了智能雨刮系统的设计，首先需要设计智能雨刮控制系统的实施方案，在硬件设计上，使用控制器模块、电源模块、雨量检测、霍尔位置传感器、电机驱动模块，通过红外、电流检测以及液晶主控完成检测和控制，根据雨量的大小完成智能控制。在软件设计上接入LIN网络，在降低成本的基础上，保证安全。最后需要对系统进行测试，在保证系统稳定运行、达到预期目标基础之上，才能投入使用。