智能汽车演进从飞思卡尔车窗升降参考设计开始

jerry_fan

智能汽车演进从飞思卡尔车窗升降参考设计开始



当整个汽车产业都在热衷于无人驾驶汽车的时候，我们不能避免一个尴尬的事实：目前还没有办法做到，而且未来十几年也未必能做好。但是从各种无人驾驶概念车的演示中不难发现，无人驾驶最重要的因素之一是关键部件能“自发地”工作。“兵马未动，粮草先行”是个不错的主意，与其激进地从头到尾重新定义无人汽车，不如先让一些部件智能起来，例如动力总成、车载信息娱乐系统、仪表板、安全和车身应用等汽车电子系统。而车身电子作为汽车的电子框架，可以作为智能汽车演进的起点。
车身电子系统涉及驾驶舱内部的多种应用，涵盖了舒适性、安全和安防功能以及高性能计算与车内网络等功能。飞思卡尔半导体（Freescale）丰富的8位、16位和32位微控制器（MCU）系列产品是这类应用的核心所在，配以各种模拟器件，提供卓越的电源管理和控制。凭借综合全面的支持，飞思卡尔可以为车身电子应用提供完整的解决方案。车身电子应用主要包括：中央网关/车内网络，车门、车窗升降及座椅控制，入门级车身控制模块，暖通空调（HVAC），高端车身控制模块，照明以及无线充电等。
今天的主角是车窗，车窗虽然普通，但在最危急时刻往往成为关键的逃生通道；此外，车窗也成为又一大“儿童杀手”，其智能的重要性可见一斑。目前，对于智能车窗的主要需求集中在防夹和车窗卡死检测。车窗防夹技术作为较早开发的儿童安全保护技术已经普遍应用到各档次车型中，但在中国，这项技术经常只被应用在前排车窗上，却忽略了儿童经常乘坐的后排和玩耍的天窗。
S12VR车窗升降解决方案，提升安全与品质
飞思卡尔S12 MagniV S12VR混合信号微控制器（MCU）产品组合提供智能的、优化的集成型高精度模拟组件以及经验证的S12 MCU，因而可以简化汽车工程设计。S12VR系列是该组合中第一套基于LL18UHV处理技术的系统级封装器件，针对汽车和工业防夹车窗升降系统、电动天窗模块、LIN控制的继电器驱动、智能执行器、基于继电器的直流电机和其他空间受限的继电器直流电机控制应用。
飞思卡尔StarterTRAK TRK-S12VR-WLFT低成本参考设计展示了S12 MagniV S12VR 16位MCU用于车窗升降和基于继电器的电机控制的主要优势。该StarterTRAK采用简洁的设计，具有较少的外部组件，能承受较高电压，并且占用空间较小。该解决方案可驱动一个基于继电器的直流电机，并通过霍尔效应编码器实现了防夹和车窗卡死检测。继电器通过HVI唤醒引脚诊断。包含LIN通信功能，用于管理状态和诊断报告。目标应用包括电动车窗系统、天窗系统、分区系统和基于继电器的直流电机控制。

                               
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图1  S12 MagniV车窗升降和基于继电器的直流电机控制参考设计电路图
该参考平台提供的软件，可以通过防夹检测作为车窗升降器继电器直流电机的一个起点。它拥有HAL和MCU初始化、自动反转程序、防夹检测、速度和方向处理、自校准和该应用所需的其他基本功能。

                               
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图2 飞思卡尔TRK-S12VR-WLFT参考设计电路板

这款参考设计的主要特性包括：LIN连接器；通过HVIX唤醒引脚进行继电器诊断，状态可以通过LIN发送；工作电压范围为8 V~18V；采用32 LQFP封装；通过霍尔编码器进行防夹、电机堵转检测；通过HS0驱动的半开开关，开关状态可以通过LIN发送，开关可以通过定时或LIN命令禁用；车窗命令开关，支持一键升/降；SWD接口。

                               
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图3 S12VR64车窗升降使用案例

集成高电压模拟组件的S12VR
这款车窗升降参考设计的最大支持来自飞思卡尔S12VR系列，其将NVM、数字逻辑电路和高电压模拟组件组合成一个单芯片解决方案。这些模拟组件包括一个汽车稳压器、LIN物理层、低边驱动、高边驱动和输入。新的高电压器件都能够承受汽车环境的严格要求(高达40V，这种情况在负载突降时会出现)，这些器件与业界公认的16位S12 CPU和存储器子系统(包含受ECC保护的闪存和真实的EEPROM)集成在一起。
S12VR集成了一个系统中的所有元件，节省了宝贵的PCB空间，简化了设计，提高了系统的整体质量，降低了成本。更小的PCB意味着更小的机箱，在汽车应用中减去一点点重量都会提高燃油效率。S12VR上可集成不同的组件，缩短了获得一个完整解决方案所需要的开发时间，从而大大加快了产品上市速度。
汽车标准软件
软件正逐渐成为客户产品差异化的杀手锏，飞思卡尔也早就着手帮助客户应对这场软件战役，以实现创新和资源整合等。从上面的介绍可以看到，S12 MagniV车窗升降参考设计的很多功能（如防夹检测、自校准）就是通过软件实现的。
飞思卡尔的汽车标准软件产品有：微控制器抽象层MCAL（源代码）、操作系统（源代码）和配置工具（可执行文件）。对于飞思卡尔提供的软件产品，深入的硬件知识是至关重要的，如面向汽车电子微控制器的符合AUTOSAR（汽车开放系统架构）标准的软件。
飞思卡尔提供许多S12 MCU 的AUTOSAR软件，AUTOSAR使成本效益的软件开发不再需要客户驱动程序。这使得MCU更容易使用，节省了开发和集成时间，提高了质量并降低了整体成本。

                               
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图4 AUTOSAR MCAL包

未来，在车窗升降方面还是有一些值得深入研究之处，如自动检测车窗（内外）抛物，毕竟由车窗抛物带来的交通事故也是不少。例如，可以利用车载摄像头实时检测外部异物，如果判断有物体飞来，就自动关闭车窗并报警，以保护车内人员安全。
对于汽车厂商来说，安全和智能永远不会过时，就先从“车窗零事故”、飞思卡尔S12 MagniV车窗升降参考设计开始吧。

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