基于单片机的车身控制系统

摘要：设计了集中式与分布式控制相结合的电子控制单元。该单元不仅可以集成实时操作系统，还支持车载网络CAN、LIN的通信功能，通过这两种总线机制，不但可以与汽车其他电控系统进行信息交互，还可以对车身控制系统本身进行功能拓展。

关键词：单片机；控制单元；操作系统；通信

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 16-0063-01

一、前言

在车身控制领域上，国内的汽车制造商和国外的企业还存在很大的一段差距。但是，国内的汽车制造商在本土适应性、开发成本等方面还是有一定的优势。因此，国内的汽车制造商在车身电子控制方面还是有很好的发展前景的。近年来，国内的汽车工业蓬勃发展，逐渐涌现出一批以研发及生产车身控制系统的优秀企业。预计在今后的汽车技术发展中，车身控制系统在汽车中的作用将会更加重要。目前，车身控制系统的主要控制方式有分布式控制和集中式控制2种。分布式控制技术设计车身控制系统可以为车内人员提供差异化及高品质的用户体验，广泛应用于当前国内外中高档车型中。而集中式控制技术可以有效地控制车身控制系统的制造成本，估计将会成为今后汽车车身控制发展的主要方向。

二、车身控制系统硬件设计

根据系统电路按照工作原理和功能实现对车身控制系统的硬件进行了设计。由于考虑到系统的合理划分和整合，采用电路模块化设计，从而简化系统硬件电路的开发过程。

汽车电控系统大致可以分为6个部分：中控台（驾驶员使用）、行驶控制系统、传动控制系统、安全控制系统、信息娱乐系统和车身控制系统。在本文的设计中，中控台是作为上位机激励控制使用，通过CAN总线向其他5个模块系统发送控制命令信息，并采集各个模块系统的返回信息，而其他5个模块系统之间也是通过CAN总线进行信息交互，以达到更加智能化控制的目标。

车身控制系统由许多电子电控单元组成，主要包括车体中的车灯、车门、车窗、雨刷、电动座椅、车身防盗以及车身上其他部分，为驾驶带来更多的智能与舒适性和安全性。在本文的设计中，将车身控制系统分为集中式和分布式控制两种，其中，将车灯控制子系统和车窗控制子系统列为集中式控制，集成到中央控制模块中，而对其他子系统例如雨刷控制子系统等归为基于LIN总线的分布式控制。

本文设计的基于实时操作系统的车身控制系统将中央控制模块作为中控台对车身控制系统的CAN总线通信的节点，并且作为LIN总线的主机节点来设计。为了验证方案的可行性，在中央控制模块上集成了车灯和车窗控制的集中式控制，而将雨刷、电动座椅、后视镜控制等子系统作为LIN总线的从机节点，属于分布式控制的部分。由于ECU模块作为通信的主机节点，并且作为整个车身控制系统的核心，而实时操作系统也是移植在这个模块上，同时集成了车灯和车窗控制子系统，所以本文通过对这个模块的设计实现，对于验证整个车身控制系统的设计方案具有实践性的意义。为了证明整个方案的正确性和测试环境的便利，将这个部分分为3个模块：ECU（Electronic Control Unit）模块、车灯驱动模块、车窗驱动模块。

三、车身控制系统软件设计

汽车操作系统应是嵌入式系统向实时多任务管理、网络耦合与通信的高端应用过渡的产物，可以提高汽车电子系统的实时性、可靠性和智能化程度。除了具备普通嵌入式系统的共有特性之外，它还具有以下几个优点：对实时多任务处理有很强的支持能力，中断响应时间短；合理进行任务调度，充分利用系统资源；系统集成度高，成本低；系统本身为超低功耗级；支持软件多线程结构，软件抗干扰性强。本文采用实时操作系统μC/OS-II作为解决方案的嵌入式操作系统，其主要的原因是μC/OS-II是一种免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能，完全符合本文设计方案的要求。

汽车上电子装置的急剧增加和信息相互传送的网络化提出了嵌入式操作系统的需求，由法德两国汽车行业所倡导的OSEK（Open Systems and the Corresponding Interfaces For Automotive Electronics）技术是针对符合汽车电子开放式系统及其接口的软件规范所研发的嵌入式实时操作系统。OSEK规范从实时操作系统和软件的开发平台两方面作了全面的定义和规定并日趋完善，在国际汽车电子领域影响力日益增强，将成为未来汽车电子行业嵌入式操作系统的技术标准，广泛被采用。

本文将整个系统软件分为三部分：底层驱动模块、操作系统模块、应用程序模块。其中，底层驱动模块包含系统硬件所需要的寄存器的操作，操作系统模块的实时操作系统为μC/OS-II作为任务与底层驱动硬件沟通的桥梁，而应用程序模块将系统的功能划分为具体的任务实现。

四、总结

本文主要阐述了基于实时操作系统的汽车车身控制系统的开发和设计方法，并对车灯控制子系统进行了设计与实现。在对目前比较常用的实时操作系统μC/OS-II、车身控制系统的控制原理和两种车载通信总线CAN/LIN协议进行简要介绍后，对车灯控制子系统的设计过程及考虑因素作了较深入的阐述。设计的车灯控制子系统目前系统一直运行良好，各项基本功能都已经实现；总的来说，基本上达到了预定的目标。虽然其本身是一个基于功能验证性的设计，成本还较高，但对国内汽车厂商在车身控制方面具有很好的参考意义。

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