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汽车LIN网络解决方案分析

汽车LIN网络解决方案分析

点击数:7810 次   录入时间:03-04 11:47:04   整理:http://www.55dianzi.com   电工基础
LIN总线是针对低成本应用而开发的汽车串行协议,是对现有CAN网络的补充,支持车内的分层式网络。该协议是简单的主/从配置,主要流程在主节点上完成。为了减少成本,从节点应当尽量简单。 

    LIN总线是主从协议,总线中的所有数据传输都由主节点发起。现在有两种完全不同的方法可以将数据传输到从节点,即主-从传输(主节点中的从任务传输数据)或从-从传输(主节点发送帧头,从某个从节点传输数据,然后由另一从节点接收该数据)。这两种方法具有不同的优势和劣势。 

    LIN协议是时间触发型,不需要总线仲裁,同样可以计算每条信息帧在最差环境的定时。每条信息帧的传输都由主节点上执行的调度表控制。调度表在既定时间传输信息帧帧头。 

    网络实施 

    本节主要介绍单个LIN网络、多个LIN网络和混合CAN/LIN网络的各个方面。 

    1. 单个LIN网络(多个门节点) 
    
    在这类网络中,车身控制器模块(BCM)将通过单个LIN网络与其它所有节点相连。如图1所示。

这类网络有非常直接的结构体系,LIN连接有效地取代了CAN解决方案。虽然LIN协议最初是设计为对CAN进行补充(而不是替换CAN),但是如图1所示的连接可以实现一个简单的LIN解决方案。 

    这还是一个能降低成本的解决方案,因为它不需要任何CAN节点。BCM是LIN 网络的主节点,所有LIN节点都可以接入LIN网络上传输的所有信息。采用该种解决方案,网络上通常拥有5个LIN节点。减少节点数量和定义初始信息传输方法使网络更直接有效。 

    但是,制订进度表(定义哪条信息会在网络中以什么顺序出现)比较困难。如果该系统使用从节点--从节点通信,就可以简化进度表的制订过程,因为它把把网络流量减少到最小程度。例如,如果一个车门有任何键盘操作,这时主节点需要作出决策:网络上的任何节点都能在同一个信息帧内做出响应。 

    这类网络信息流最短,从而引起的EMC问题最少。同时,流量密度的降低,还有助于减少辐射。此外,由于所有节点都通过单线连接,因而将接头数量减到最少,这样增加了可靠性。 

    2. 两个LIN网络 

    为了克服单个LIN网络的缺点,部分公司开始使用双LIN网络。如图2所示。


    BCM控制两个完全独立的LIN网络,使得制制订进度表变得相对简单,网络灵活性也增强,即使出现撞车事件,大部分网络保持完整性的可能性也很大仍能保持完整状态。同时采用两个完全独立的LIN网络,有利于各个网进行及时通信。 

    3. 具备LIN分层结构的CAN 

    仅仅依靠LIN不能克服所有的局限。那么,在汽车应用中怎么应用LIN呢?我们在前面的介绍中提到,LIN是作为CAN的补充,而不是彻底替换CAN。图3是CAN/LIN混合网络的解决方案: 

   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),如常见的飞思卡尔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),它除了能为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。 

    4. 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。方法之一如图4所示。


   在本例中,车门内部有两个LIN网络。从图4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。 
   还有一种方法通过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 

    上面介绍了车门内部的LIN网络。下面是车内常见LIN节点的例子。 

    1. 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。 

    2. 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。 

    3. 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。 

    4. 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。 

    5. 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。 

    1. 主-从通信 

    主节点传输信息ID,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,减少或消除潜在错误。 

    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。 

    2. 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。 

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