基于软启动技术的车身控制器设计与应用

0引言

现代汽车技术的发展，很大程度上依赖于汽车电子技术的进步。据统计，使用传统车身控制器控制大功率电器启动时，将会产生高达5～7倍于电器正常运行时的电流，使供电系统和开关串联设备过载。因此研究软启动技术（Soft Start Technique）在车身控制系统中的应用，显得尤为重要。软启动可以有效减小大功率电器设备的启动电流，能降低因电压突变而对控制对象造成的损害[1-3]。但目前软启动控制思想主要应用于大功率电机控制等方面，在车身控制系统应用很少。文献[4]介绍了一种分布式车身控制系统，采用主控模块、前模块、底盘模块及后模块结构，此结构一般使用在重型车的车身控制中，对系统整体可靠性要求较高，控制器资源的共享程度低，不适合用于小型车的车身控制。文献[5]在车身控制器中使用集成功率器件，采用MC33993检测车身控制器的输入开关量信号，使用智能功率器件控制大功率感性负载，能够实现车辆的功能控制，但并未考虑大功率感性负载启动时对于车身控制的影响，不能满足现代车辆车身控制的要求。文献[6]给出一种使用智能芯片控制永磁直流电机的电动车窗控制方案，有效减小了启动电流，然而车身电器设备单独控制，不仅容易导致系统运行的不稳定，且费用高昂，不利用整车成本控制。

作者以无人驾驶车辆的车身电器为主要控制对象，提出了一种基于软启动技术的车身控制电路设计方案，其有效解决了无人驾驶车辆行驶过程中的车身电器控制问题。该方案将单片机（Micro Control Unit， MCU）和大规模可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）结合起来，充分利用FPGA的可扩展性及稳定性。最后通过无人驾驶汽车的大功率感性负载电器启动实验进行验证，给出了其与传统控制方式的对比与分析，并验证了该方案的有效性与实用性。

1软启动车身控制系统构成

本设计采用单片机/FPGA结构，能够有效采集开关量输入信号和实现多路脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation， PWM）控制信号输出。FPGA采用Altera公司生产的EP1C3T100I7N，拥有很强的扩展性和稳定性，能经受汽车运行过程中恶劣环境考验。

目前，车身控制系统比较常用的控制模式有分散式、集中式和分布式三种[7]。根据车辆控制需要，本设计采用集中式控制。车身控制系统按照模块化的设计思想，硬件电路从功能上可分为电源管理、模拟量输入、控制器局域网通信电路（Controller Area Network，CAN）、脉冲量输入、开关量输入/输出、单片机处理单元六个模块。软件部分主要采用模块化设计方法，有CAN通信模块、AD模块、串行设备接口（Serial Peripheral Interface，SPI）、信号处理模块等。