基于S12ZVL的AFS執(zhí)行控制器設(shè)計(jì)

 本文針對(duì)汽車前大燈隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制，提出基于飛思卡爾S12ZVL的混合集成芯片解決方案。本文詳細(xì)描述汽車前大燈隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)框圖，同時(shí)介紹基于飛思卡爾的LIN驅(qū)動(dòng)包的控制器LIN通訊實(shí)現(xiàn)。

0 引 言

汽車前照燈是汽車上重要的安全部件。當(dāng)前大部分汽車頭燈的照射角度是固定的，當(dāng)汽車在彎道上行駛時(shí)，由于光束不能偏轉(zhuǎn)，光照視野不能滿足駕駛要求。所以當(dāng)在夜間行駛轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，會(huì)因?yàn)樾旭偨嵌葐?wèn)題出現(xiàn)一定的“盲區(qū)”，這會(huì)在一定程度上影響行車的安全。在照明光線固定的情況下，這個(gè)盲區(qū)是不可避免的，所以“AFS燈光隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”就應(yīng)運(yùn)而生了。它能根據(jù)汽車的轉(zhuǎn)向信號(hào)以及車速信號(hào)等，自動(dòng)調(diào)節(jié)車燈光束的方向，確保車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)無(wú)延遲的對(duì)準(zhǔn)即將進(jìn)入駕駛員視野的路面，為駕駛員提供最優(yōu)的照明效果，確保夜間轉(zhuǎn)彎行車的安全，提高了汽車的主動(dòng)安全性。

如圖1所示，AFS 系統(tǒng)以車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)方向盤的轉(zhuǎn)角以及汽車瞬時(shí)車速作為控制參數(shù)輸入，根據(jù)設(shè)計(jì)的控制算法得到與車速和方向盤轉(zhuǎn)角相適應(yīng)的車燈轉(zhuǎn)角，并以之作為目標(biāo)角度來(lái)對(duì)汽車前大燈進(jìn)行隨動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)通過(guò)計(jì)算車身前后橋傳感器信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)大燈高度位置，以適應(yīng)不同道路坡度的照明需求。本文提出了基于S12ZVL的AFS執(zhí)行控制器設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)與AFS主控模塊之間的LIN通信，并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)HID燈。

圖1 AFS系統(tǒng)效果圖 1 S12ZVL特點(diǎn)

S12ZVL系列是S12 MagniV混合信號(hào)微控制器組合的一部分，提供智能、優(yōu)化集成的高電壓組件。此新系列基于LL18UHV技術(shù)，可在單一芯片上結(jié)合高度可靠的180納米非易失性存儲(chǔ)器和高電壓模擬組件，這些高電壓模擬組件能夠承受負(fù)載突降時(shí)汽車環(huán)境的嚴(yán)苛要求。S12ZVL產(chǎn)品系統(tǒng)集成了一個(gè)LIN物理層、受ESD保護(hù)的12V輸入引腳(能夠進(jìn)行ADC測(cè)量)以及在3.5V至40V之間操作的汽車穩(wěn)壓器(為霍爾傳感器或RGB LED等片上和片外功能提供穩(wěn)定的電源)。S12ZVL系列包括可擴(kuò)展和引腳兼容的MCU，提供廣泛的內(nèi)存和封裝選件。它重新利用最新推出的S12Z內(nèi)核、IP和工具，輕松從現(xiàn)有的S12 16位產(chǎn)品進(jìn)行遷移。此外，S12ZVL MCU集成了一些主要特性，包括所有內(nèi)存(閃存、EEPROM和RAM)上的ECC功能和精確到1.3%的片上振蕩器，這可消除外部晶體振蕩器或共振器對(duì)LIN通信的要求，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

同時(shí)S12ZVL系列包括屬于飛思卡爾Safe Assure功能安全保障計(jì)劃的第一款16位MCU，旨在符合ISO 26262(ASIL A)要求的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 S12ZVL系列結(jié)構(gòu)框圖 2 AFS執(zhí)行控制器設(shè)計(jì)

AFS 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一系列的電機(jī)和光學(xué)機(jī)構(gòu)組成。一般有投射式前照燈，對(duì)前照燈垂直角度進(jìn)行調(diào)整的調(diào)高電機(jī)，對(duì)前照燈水平角度進(jìn)行調(diào)整的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，對(duì)基本光型進(jìn)行調(diào)整的可移動(dòng)光柵，此外還有一些附加燈，如角燈等等。

如圖3所示，電控單元 LCM 通過(guò) CAN 總線從方向盤角度、車速、車身高度位移傳感器分別取得轉(zhuǎn)向輪旋轉(zhuǎn)角度、車體速度和車身傾斜度的精確信息。角度和速度信息通過(guò)LCM模塊精確計(jì)算后產(chǎn)生輸出信號(hào)，通過(guò)LIN總線通訊分別控制左右兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來(lái)控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)對(duì)前照燈進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，傾斜度信息控制調(diào)高電機(jī)對(duì)前照燈進(jìn)行垂直旋轉(zhuǎn)。

圖3 AFS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

執(zhí)行控制器采用S12ZVL來(lái)實(shí)現(xiàn)LIN通訊并控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整車燈上下左右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一些輔助功能等。由于S12ZVL集成了LDO，LIN物理層等，所以可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，減小PCB的尺寸。S12ZVL通過(guò)SPI接口來(lái)配置兩路NCV70522的電機(jī)控制參數(shù)，比如步進(jìn)電機(jī)控制細(xì)分?jǐn)?shù)，運(yùn)行電流等，同時(shí)S12ZVL通過(guò)Timer模塊產(chǎn)生不同頻率脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的速度，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 AFS執(zhí)行器硬件結(jié)構(gòu)圖 2.2 軟件設(shè)計(jì)

S12ZVL的編程調(diào)試可以使用飛思卡爾的Code Warrior 10.6環(huán)境，界面比較人性化。AFS執(zhí)行控制器程序包含主程序，LIN驅(qū)動(dòng)程序，步進(jìn)電機(jī)芯片的控制程序及標(biāo)定程序等部分。其中主程序流程圖如圖5所示，LIN驅(qū)動(dòng)程序可以使用飛思卡爾的LIN軟件包，其初始化可以通過(guò)LIN軟件包提供的接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的初始化主要通過(guò)SPI通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以配置電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的工作電流，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)等參數(shù)。在主循環(huán)中通過(guò)使用狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)的跳轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)LIN報(bào)文接收。

除了主程序之外，還有timer的中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序可以控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行及停止，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)一些LIN報(bào)文命令的動(dòng)作，比如自校準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，停止命令，復(fù)位命令等。

圖5 主程序流程圖

3 LIN通信實(shí)現(xiàn)

針對(duì)S08,S12以及S12 Magniv系列，飛思卡爾提供了符合LIN2.1, LIN2.0和SAE2602規(guī)范的軟件包，從而可以幫助開發(fā)者非常方便快速的開發(fā)出LIN通訊程序。圖6為飛思卡爾的LIN驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)圖，LIN2.1 Core API 和J2602 Core API可以實(shí)現(xiàn)對(duì)LIN的初始化以及應(yīng)用層與core層之間的信號(hào)傳遞功能，LIN2.1 TL層可以給測(cè)試者發(fā)送診斷請(qǐng)求，Low Level層處理程序與硬件之間的信號(hào)傳遞功能，比如字節(jié)發(fā)送，接收響應(yīng)，Break檢測(cè)等。

圖6 LIN軟件包結(jié)構(gòu)框圖 該軟件包除了驅(qū)動(dòng)程序之外，還提供了方便開發(fā)者使用的圖形化配置工具NCF GUI，該工具可以根據(jù)LIN配置描述文件LCF和節(jié)點(diǎn)描述文件NCF自動(dòng)生成節(jié)點(diǎn)的配置.c和.h文件，將LIN代碼配置文件，LIN驅(qū)動(dòng)程序以及用戶應(yīng)用軟件一起編譯，就可以生成實(shí)現(xiàn)LIN通訊的可執(zhí)行程序，如圖7所示。從而可以方便開發(fā)者將更多的時(shí)間放在應(yīng)用程序的開發(fā)上。

圖7 LIN配置流程

4 總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了飛思卡爾S12ZVL混合集成芯片在AFS中的應(yīng)用，其中包括S12ZVL芯片的特點(diǎn)，AFS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也詳細(xì)介紹了飛思卡爾的LIN通訊軟件包。通過(guò)飛思卡爾S12ZVL混合信號(hào)集成芯片及飛思卡爾LIN通訊軟件包，開發(fā)者可以快速實(shí)現(xiàn)LIN通訊功能，同時(shí)可縮小產(chǎn)品尺寸、加快AFS執(zhí)行控制器的開發(fā)過(guò)程。