LIN總線技術(shù)在汽車門控系統(tǒng)中的應(yīng)用

動(dòng)力和車速已經(jīng)不再是消費(fèi)者對(duì)汽車性能的唯一追求，人們?cè)絹?lái)越關(guān)心駕車時(shí)的舒適感、安全保障、功能的易用性，和對(duì)環(huán)境的保護(hù)等方面。因此，除了車身系統(tǒng)（Carbody）和傳動(dòng)系統(tǒng)（PowerTrain）等傳統(tǒng)的汽車控制單元以外，安全系統(tǒng)（Safety）和車載資通娛樂(lè)系統(tǒng)（Telematics/Infotainment）也隨著電子技術(shù)的進(jìn)步而逐漸成熟。

現(xiàn)代的汽車電子系統(tǒng)中，電子控制組件（ECU）因在上述系統(tǒng)中賦予汽車更高效和更具智能性的操控能力而扮演了重要角色，也實(shí)現(xiàn)了諸如電源、車燈和門窗等自動(dòng)檢測(cè)功能，給駕駛提供了更大便利。

汽車中的電子系統(tǒng)和組件平均達(dá)到80多個(gè)，它們之間越來(lái)越復(fù)雜的連接和通信功能對(duì)總線技術(shù)提出了需求。車燈、發(fā)動(dòng)機(jī)、電磁閥、空調(diào)等設(shè)備的傳統(tǒng)連接方式為線纜連接，而如果電子元件之間也用電纜連接則必然造成連接復(fù)雜性的提高、可靠性的下降，和整體重量的上升；此外，伴隨而來(lái)的線纜的磨損和老化現(xiàn)象也將使汽車的安全性能降低。

為避免線纜帶來(lái)的各種麻煩，車載網(wǎng)絡(luò)（In-VehicleNetwork）中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化總線技術(shù)則成為較理想的解決方式。按不同的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，車載總線技術(shù)可分為五類。如表一所示，第一類LIN、TTP/A等總線傳輸速度最低，適用于車體控制；第二類中速總線，如低速CAN、SAEJ1850、VAN（VehicleAreaNetwork）等，適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的通信應(yīng)用；第三類包括高速CAN、TTP/C等技術(shù)，適用于高速、實(shí)時(shí)死循環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)；第四類如IDB-C、IDB-M（D2B、MOST、IDB1394）)、IDB-Wireless（Bluetooth）等，一般應(yīng)用于車載資通娛樂(lè)網(wǎng)絡(luò)；第五類傳輸速度最高，用于最具關(guān)鍵性、實(shí)時(shí)性最高的人身安全系統(tǒng)，包括FlexRay和Byteflight等。

本文將主要討論LIN總線技術(shù)規(guī)格及在門控系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。

表一　車載網(wǎng)絡(luò)總線標(biāo)準(zhǔn)

LIN技術(shù)概況

LIN總線全稱為區(qū)域互連網(wǎng)絡(luò)（LocalInterconnectNetwork），是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配置靈活、成本低廉的新型低速串行總線，和基于序列通訊協(xié)議的車載總線的子集系統(tǒng)（Sub-busSystem）。
LIN總線為主從節(jié)點(diǎn)構(gòu)架，即一個(gè)主節(jié)點(diǎn)（MasterNode）最多可支持16個(gè)從節(jié)點(diǎn)（SlaveNode）；在從節(jié)點(diǎn)中不用晶振（CrystalOscillator）或陶瓷諧振器（CeramicResonator）時(shí)鐘，也能做到自同步性。LIN基于UART/SCI接口協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)極低的軟硬件成本；其信號(hào)傳播時(shí)間可預(yù)先計(jì)算，以滿足傳輸?shù)拇_定性?？偩€電纜的長(zhǎng)度最多可以擴(kuò)展到40米左右，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)20kbps。

1999年，LIN1.0版推出后，不斷有新版本出現(xiàn)（LIN1.3、LIN2.0），持續(xù)改進(jìn)了LIN總線的性能與適用性。美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）下屬的車輛架構(gòu)任務(wù)組（TaskForce）也基于LIN2.0提出J2602規(guī)范，此舉讓LIN從節(jié)點(diǎn)所需要的軟件代碼長(zhǎng)度縮短，進(jìn)一步降低了LIN2.0中軟件單元的復(fù)雜性，可實(shí)現(xiàn)更高效的系統(tǒng)配置。此外，主流廠商也會(huì)針對(duì)LIN的性能推出改進(jìn)版本或技術(shù)，例如意法半導(dǎo)體的LINSCI。

圖一　LIN總線應(yīng)用領(lǐng)域

LIN主要用作CAN等高速總線的輔助網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)絡(luò)，能為不需要用到CAN的裝置提供較為完善的網(wǎng)絡(luò)功能，包括空調(diào)控制（ClimateControl）、后視鏡（Mirrors）、車門模塊（DoorModules）、座椅控制（Seats）、智能性交換器（SmartSwitches）、低成本傳感器（Low-costSensors）等。在帶寬要求不高、功能簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性要求低的場(chǎng)合，如車身電器的控制等方面，使用LIN總線可有效的簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)線束、降低成本、提高網(wǎng)絡(luò)通訊效率和可靠性。

LIN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

如上文所述，LIN網(wǎng)絡(luò)基于主從節(jié)點(diǎn)構(gòu)架而形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主節(jié)點(diǎn)需要向從節(jié)點(diǎn)發(fā)出周期性的檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)結(jié)果由從節(jié)點(diǎn)反饋給主控制器。其中周期根據(jù)事件檢測(cè)的實(shí)時(shí)性要求而設(shè)定。

如圖二所示，LIN的信號(hào)由一個(gè)由主任務(wù)提供的標(biāo)頭（Header）和由從任務(wù)處理的響應(yīng)部分（Response）構(gòu)成。標(biāo)頭包含一個(gè)13位的同步間隔字段（SynchBreakField）、一個(gè)由主任務(wù)產(chǎn)生的同步字段（SynchField），以及一個(gè)辨識(shí)字段（IdentifierField）。其中每一個(gè)字節(jié)字段都以串行位元組方式發(fā)送，起始位的第一位為“0”，而終止位為“1”。由主任務(wù)執(zhí)行的信號(hào)標(biāo)頭會(huì)依整個(gè)LIN叢集的進(jìn)度表決定每個(gè)信號(hào)的傳輸時(shí)間，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性及避免網(wǎng)絡(luò)超載的危險(xiǎn)。在LIN網(wǎng)絡(luò)中只有主節(jié)點(diǎn)采用晶體振蕩器來(lái)為系統(tǒng)提供精確的基本時(shí)鐘，此時(shí)鐘會(huì)嵌入上述的同步字段中，讓從任務(wù)能與主節(jié)點(diǎn)時(shí)序同步。LIN信號(hào)的響應(yīng)部分包含一個(gè)數(shù)據(jù)域位（DataFiled），長(zhǎng)度為2/4/8個(gè)字節(jié)，和一個(gè)長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)的驗(yàn)證字段（ChecksumField）。

圖二　LIN信號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖