汽车车灯实验报告参考模板.docx

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汽车车灯实验报告参考模板

前言

最早的雨刮器是由一个摇臂与夹有橡皮刮片的臂组成由司机手工操作。

后来为了看位的需要，在左右两侧都装上了刮水臂，用连杆连接，成为手动双刮水片，也就是今天汽车雨刮器的原始型。

后来的雨刮器用气压差来代替人力，称为真空雨刮器。

用一根管子接到发动机利用发动机的真空度来驱动雨刮器里面的活塞，推动摇臂转动，雨刮器就可以动作了。

40年代初期，汽车上陆续安装了电动雨刮器取代真空雨刮器。

不过，直到80年代初我国一些客车和货车仍然使用真空雨刮器。

现在，汽车已经全部使用电动雨刮器了。

雨刮器看似简单，实际上构造并不简单，雨刮器总成含有电动机、减速机、四连杆机构、刮水臂心轴、刮水片总成等。

当司机按下雨刮器的开关时，电动机启动电动机的转速经过蜗轮蜗杆的增扭作用驱动摇臂，摇臂带动四连杆机构，四连杆机构带动安装在前围板上的转轴左右摆动，最后由转轴带动雨刮片刮扫挡风玻璃。

雨刮器是汽车本身系统的重要组成部分之一，关系到汽车雨天行车安全性。

据统计全世界雨天行车7%的交通事故是由驾驶员手动操作雨刮器引起的。

当司机关闭雨刮器时雨刮臂往往不停在适当的位置，阻碍司机的视线。

为解决这一问题，雨刮器设有一个回位开关，它控制雨刮器电机，当雨刮臂停在挡风玻璃下的适当位置时，电机才会停止运转。

现今的雨刮器已经普遍采用快档、慢档、间歇控制档。

其中间歇控制档一般是利用电机的回位开关触点与电阻电容的充放电功能使雨刮器按照一定周期刮扫，即每动作一次停止2-12秒时间，对司机的干扰更少。

有些车辆的雨刮器还装有电子调速器该调速器附带感应功能，能根据雨量的大小自动调节雨臂的摆动速度。

雨大刮水臂转得快，雨小刮水臂转得慢，雨停刮水臂也停。

雨刮臂是重要的安全件。

它必须能有效的清楚雨水、雪和污垢能在高温摄氏零上80度和低温摄氏零下30度下工作能抗酸、碱、盐等有害物质腐蚀。

使用寿命达到15万次挂刷循环。

1.汽车车灯控制系统

LIN总线硬件的实现是基于普通的串行通信接口（SCI），甚至在子节点中可以用普通I/O口加上定时器进行模拟。

LIN的目标应用是不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低端系统，如车门控制模块、座椅调节、车灯控制和空调系统中传感器和执行器之间的通信。

通常LIN子总线是现有的CAN网络的扩充，与CAN网络一起形成汽车的控制网络。

当然，由于其成本较低，也可以独立用于不是特别复杂的车身控制网络中。

  车灯控制系统对实时性要求不高，但车灯控制模块连接的传感器和执行器较多，因此LIN总线非常适用于这一系统的控制。

基于LIN总线的车灯控制系统使用LIN总线实现车灯传感器和控制器之间的通信，其优点是硬件电路简单、控制层次分明、节成本低。

1.1车灯系统的结构及控制

目前，大多数汽车灯光的控制都由手动操作完成。

可能带来的问题是，在夜晚行驶中两车相会时，灯光弱的汽车给灯光强的汽车会灯，而灯光强的汽车却不给灯光弱的汽车会灯，从而使灯光弱的汽车受对方远光照射造成眩目，容易造成交通事故；在白天行驶中，有时要过涵洞或隧道，因里面黑暗需开大灯，但当车通过后，司机有时会忘记关闭大灯行驶。

为了解决这个问题，自动灯光控制系统应运而生，如丰田皇冠的自动灯光控制系统和宝马530i的车灯自动照明装置等。

整个车灯控制过程实现完全的智能控制，反应灵敏，工作可靠，有效避免了因汽车灯光依赖人工操作而造成的交通事故。

  典型的汽车自动灯光系统主要由感光器（即传感器）、电子控制器（简称控制器）和选择开关三大部分组成。

感光器装在仪表板顶上，光束透过挡风玻璃进入，感光器内的光敏电阻阻值随着感光强度的变化而变化。

控制器装在仪表板内，通过继电器及晶体管放大电路来控制各灯光电路的工作。

选择开关装在仪表板上，可以选择自动模式控制车灯，也可以选择手动模式控制车灯系统。

根据实际应用需求，制定出以下车灯控制策略：

白天时，各种灯光均应熄灭；黄昏时，由于外面的光线昏暗，将尾灯和驻车灯点亮；夜晚时，由于外面的光线更弱，将远光灯点亮，并将驻车灯熄灭；两车交会车时，为了避免对方驾驶人员眩目，应使近光灯点亮，此时，尾灯仍亮，会车后，将近光灯熄灭，点亮远光灯；夜晚模式下，车辆左转，关远光灯，开近光灯和左侧灯，左转后，关近光灯和左侧灯，开远光灯，右转时，控制方法相似。

为了实现这一车灯控制策略，本设计采用的汽车车灯控制系统结构独特。

汽车车灯控制系统结构图如图1所示。

图1汽车车灯控制系统结构图

该网络结构由1个主节点和4个从节点构成（分别为左侧前方车灯、右侧前方车灯、左侧后方车灯和右侧后方车灯）。

主节点接收来自传感器和CAN总线的信号，经过一定处理后，发送不同报文帧头，以实现白天、傍晚、晚上、会车、左转和右转各个模式或组合模式下，各从节点车灯的状态控制。

从节点1和从节点2包括远光灯、近光灯和测向灯，从节点3和从节点4包括尾灯和驻车灯。

此外，如果对于主节点发出的报文帧，从节点没有响应，则主节点上的报错指示灯点亮，并可以显示是哪个从节点发生了故障。

1.2LIN总线简介

  LIN总线是一种低成本的串行通信网络,用于实现汽车中的分布式电子系统控制。

LIN通信基于SCI（UART）数据格式，仅使用一根12V信号总线，通信速率最高可达20Kb/s。

通常一个LIN网络上节点数目小于12个，总线长度不超过40m。

LIN总线采用单主节点、多从节点的通信模式，主节点有一个主发送任务和一个从通信任务。

从节点只有一个从通信任务，该通信任务分为发送任务和接收任务。

一个LIN网络上的通信总是由主发送任务发起的。

主节点发送一个报文头，该报文头由同步间隔场、同步场和报文标志符场所组成。

相应的，在接受并且滤除报文标识符后，一个从任务被激活并且开始本报文帧的应答传输。

  作为一种辅助总线，在不需要CAN总线高性能的场合，使用LIN总线可以大大降低成本。

Freescale半导体公司的LIN开发平台系统提供了完整的软件和硬件，用户可以在此平台上很快的搭建起LIN控制网络。

其中，软件部分包括了标准的LIN底层驱动软件。

本设计正是利用了FreescaleLINAPI中的标准LIN底层驱动，在MC68HC908GZ60芯片上实现了车灯控制系统的开发。

FreescaleLINAPI中提供了许多与LIN总线通信相关的函数，利用这些函数，可以很方便地实现LIN通信。

1.3系统硬件设计

   汽车车灯控制系统要求当用户按下操作按钮时，车灯能及时地做出相应的响应；同时，当车灯发生故障时，用户能得到相应的故障信息。

该控制系统对实时性要求不是很严格，属于汽车低速通信网络。

因此使用最高传输速率为20Kb/s的LIN总线对车灯控制，既可以满足控制要求，又可以降低成本，是非常合适的。

   MC68HC908GZ60芯片（48引脚）具有１个ESCI通道、2个定时器通道、1个CAN通道和15个A/D转换通道。

LIN通信仅占用了该芯片的ESCI接口用于与LIN收发器相连；一个定时器通道用于确定LIN通信中的定时；还有很多功能和通道可以用于扩展其他用途。

选用LIN总线单线物理接口器件MC33399作为LIN收发器，LIN模块硬件结构图如图2所示。

图2LIN模块硬件结构图

  MC33399收发器支持的传输速率为1～20Kb/s，提供了正常和睡眠两种工作模式。

INH引脚连接到电源管理芯片的INH引脚，可以控制电源电压调节器的工作模式，减小睡眠时的功耗。

EN引脚由GZ60的PTE2引脚控制，当PTE2=1时，MC33399使能，进入工作模式；当PTE2=0时，MC33399禁能，进入睡眠状态，从而达到减小功耗的目的。

  Tx、Rx引脚分别与GZ60的PTE0、PTE1引脚相连，通过该ECU的ESCI模块来实现LIN总线的收发功能。

由于不采用唤醒模式，Wake引脚通过电阻R4接地。

其中，只有主节点的LIN引脚需要通过二极管和1kΩ电阻拉高，从节点所需的30kΩ上拉电阻已经集成在MC33399中，所以从节点无须外接上拉电阻，MC33399接口电路图如图3所示。

图3MC33399接口电路图

  由于LIN是单线传输协议，总线上传输的数据需要一个共同的基准地，所以在连接各个节点时，要保证各个节点电平的共地性，才能使总线正常可靠地通信。

车灯控制系统中的主节点同时也是CAN/LIN网关，负责将LIN总线数据传输到CAN总线上，GZ60的一个CAN通道用来提供与CAN总线的接口。

CAN总线收发器选用Freescale公司的MC33388。

该收发器支持的最高CAN速率为125Kb/s，在睡眠模式下，功耗很小。

CAN模块的硬件电路MC33388接口电路图如图4所示。

图4CAN模块的硬件电路MC33388接口电路图

1.4系统的软件结构

基于LIN总线的车灯控制系统的软件流程图中。

上电后，各节点控制器对CONFIG、PORT和ESCI模块进行初始化操作，由于LIN总线通信定时由主节点定义，主节点控制器还需要对T1CH0模块初始化。

主节点控制器监测各个按键的状态，当有按键被按下后，主节点判断该按键对应的车灯控制模式，然后向LIN总线发送带相应标识符场的报文头（ID[10111213]），启动一次主节点向从节点发送数据的LIN总线通信。

等待LIN总线处理该报文帧之后，主节点启动一次从节点向主节点发送数据的LIN总线通信（ID[14151617]），该从节点即为前一次LIN总线通信中，接收到主节点命令的从节点。

如果主节点接收到的从节点数据与理论上应该收到的数据不符，主节点上的报错指示灯点亮，并可以显示发生故障的从节点号码。

造成从节点故障的原因可能是从节点脱离LIN总线，或者从节点上的执行器发生故障。

基于LIN总线的车灯控制系统的软件流程图如图5所示。

图5基于LIN总线的车灯控制系统软件流程图

2.AT89C51简介

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内汗4KB的可反复擦写的只读程序存储器ROM，和128B的随机存取数据存储器RAM，期间采用ATMEL公司的高密度，非易失性存取技术生产，兼容MCS-51指令系统，片内之通用8位中央系统处理器CPU和Flash存取单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活的应用于各种控制领域。

89C51单片机管脚图如图4所示。

图489C51单片机管脚图

2.1时钟电路

MCS-51单片机的时钟可以有内部方式各外部方式产生，XTAL1和XTAL2即为单片机的两个时钟引脚。

我们采用内部时钟方式，时钟晶振电路图如图5所示。

图5时钟晶振电路图

内部时钟引脚5051单片机片内有振荡电路，只需在XTAL1和XTAL2间接石英晶体和电容组成的并联振荡电路（晶振器），晶振体可以在固有频率1.2-12MHz的晶振器之间任选晶体，电容可以在20-60pF的电容之间任选，通常选择30pF的瓷片电容。

2.2复位电路

由于单片机通电时容易受到外部因素的干扰使电路程序执行容易跑飞，因此设计复位电路使其复位，复位电路图如图6所示。

图6复位电路图

RES/Vpd:

复位键/备用电源引脚当输入的复位信号延时2个机器周期以上，高电平即为有效，用完成单片机的复位操作。

复位后影响片内特殊寄存器的状态，但不影响RAM的状态。

2.3按键电路图

按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。

按键电路图如图7所示。

图7按键电路图

2.4LED电路

当单片机接收到INT0的中断信号时，系统就通过中断程序对a1接口一个高电平，然后三极管Q2导通，随后继电器K5导通，二极管R25因继电器的导通而形成通路，从而表示近光灯亮；中断程序同时给a2一个低电平，使三极管Q3截止，从而远光灯不亮。

LED灯效果显示图如图8所示。

图8LED灯效果显示图

3.车灯系统软件设计

  系统软件设计包括三个相对独立的模块设计：

主机对来自操作面板和CAN总线的开关信息扫描模块；主机和从机节点之间信息的通讯模块；各从机节点对车灯负载的动作控制及故障信息采集模块。

其中后两个模块的设计是整个系统软件设计部分的核心。

3．1LIN通讯模块设计

LIN通讯网络包含五个节点：

一个主机节点和四个从机节点，其中主机节点负责向四个从机节点发送控制车灯亮灭的开关信息，并定时询问各个从机节点，接收各从机节点响应的故障信息；四个从机节点分别控制汽车右前方、右后方、左前方、左后方四个方位的车灯负载动作，并同步采集各个车灯的故障信息，等待主机节点询问时将其发送给主机。

定义五个标识符ID_0～ID_4，分别表示主机节点和四个从机节点的专属地址，用于控制报文准确地传输到目的节点，当主机向各个从机节点询问故障信息时，只有专属地址与当前报文标识符一致的子节点响应报文，将故障信息发送给主机节点；定义标识符ID_5表示所有子节点共属地址，当主机发送车灯开关信息时，保证所有子节点都响应当前报文，并根据开关信息控制车灯负载动作。

LIN网络主机节点包含主机任务，负责对报文传输进行调度。

LIN通讯协议中没有定义仲裁机制，因此任何从机任务想要发送报文必须通过主机任务的调度：

主机任务发送报文头，标识符匹配的从机任务发送响应帧。

LIN网络中每一个节点都包含从机任务。

主机节点中的从机任务负责将车灯的开关信息发送给各从机节点，接收来自从机节点的响应帧；从机节点中的从机任务负责将从机检测到的故障信息发送给主机节点，接收主机节点发送的开关信息。

开关信息，和故障信息各占用一个字节从属LIN报文帧的数据场，其定义格式如图5，其中开关信息占用一个数据字节，包含所有的车灯开关信息，逻辑“O”表示相应位中车灯开关闭合，逻辑“1”表示相应位中车灯开关断开；每个从机节点的车灯故障信息占用一个数据字节，中右前方车灯的故障信息显示及故障信息的编码,信息帧定义格式如图5所示。

图5信息帧定义格式

3．2车灯负载智能驱动软件设计

   车灯负载故障最容易发生在开启的一瞬间，为了减少大灯（近光灯）开启时的瞬间电流过冲，延长大灯的使用寿命，在开启时采用PwM控制方式，开启时逐步提高PWM占空比直到100％，使近光灯的电压逐步上升到电源电压，近光灯的控制开关采用BTS6143D芯片，其内部集成的电流反馈功能，能根据实际通过车灯的电流输出一个与之成正比的反馈电流，反馈引脚IS端的外围电路设计是将电流输出转换为O～5V电压输出供从机MCU的A／D采样。

在系统运行时根据命令开通控制开关后，将启动A／D实时采集电压反馈，如果采样值低于设定值则认定为车灯断路故障，如果采样值大于设定值则认定为过载或短路故障，从机MCU将迅速关闭开关以保护该器件，并生成相应的故障信息待主机询问时将其反馈给主机节点，主机节点解码故障信息并通过发光二极管显示出来。

近光灯开启流程如图6所示。

图6近光灯开启流程图

汽车运行时的工况极其恶劣，发电机的供电电压在较大范围内波动以及发动机点火瞬间高频电磁干扰等对车身网络系统而言都是很大的干扰；汽车使用过程中，由于线路绝缘磨损或者接插件不可靠等因素，可能出现LIN子节点从网络中断开或者短路等情况。

据此，将总线故障划分为瞬间干扰故障和永久性故障，并进行了相应的可靠性冗余设计：

在硬件上采用汽车级的高性能芯片，在软件通讯设计上对子节点的命令及状态信息采取反馈机制：

主机将开关信息发送给各从机节点后，启动500ms定时器，计时时间到后主机依次询问各子节点，请求其反馈各自的状态信息。

在这种机制下，一旦子节点在通讯中出现：

没有反馈命令和状态；数据帧校验和错误；子节点接收到的命令与主节点发送的命令不一致等情况，主节点马上重新发送命令，确保各个子节点信息接收的正确性。

如果某一个从机节点长时间没有反馈信息，则可认定此节点已从网络中丢失，主机节点生成相应故障信息，并通过发光二极管显示出来；如果LIN总线与地短接，LIN总线一直成显性状态（低电平状态），则主机不能接收到任何从机节点的反馈信息，主机将关闭LIN收发器，保护此器件，并将故障显示给驾驶员。

4.设计总结

通过本次课程设计的学习，我深深的体会到设计课的重要性和目的性所在。

本次设计课不仅仅培养了我们实际操作能力，也培养了我们灵活运用课本知识，理论联系实际，独立自主的进行设计的能力。

作为学习汽车电子技术专业的学生，应该熟练掌握各种电路编辑软件，作为专业必需的技能，即将踏入社会的时候，更加要求我们有这方面的基础。

随着电子技术的飞速发展，各种新型电子器件和集成电路应用越来越广泛，电子系统的功能越来越强大，电路图也越来越复杂，印刷电路板的走线越来越复杂和精密。

计算机的应用使得我们对各种复杂的电路设计工作变得简单一些，使得更好更复杂的电路得以实现。

电子设计自动化（ElectronicsDesignAutomates,即EDA）工具的集成设计环境，电子设计软件Max+PLUSII软件等的运用使得设计电路更加方便。

通过这次课程设计，我感觉到不会的知识还有很多，还有很多软件、硬件知识需要去学习，在今后的学习生活中，一定充分利用时间，不断充实自己。

目前中国是世界上汽车生产最大的国家，是汽车生产大国，但不是汽车生产强国，所以祖国未来汽车的智能化、节能化、环保化的重任落在了我们的肩上，我们是任重而道远。

5.参考文献

[1]李朝晖.汽车电器及电子设备.重庆重庆大学出版社

[2]陈家珊汽车构造.北京机械工业出版社2005

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[7]谷正气.轿车车身.北京人民交通出版社

[8]中国汽车工程学会.BOSCH汽车工程手册.北京北京理工大学出版社.1999

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[10]ADAMS-虚拟样机技术入门与提高/郑建荣主编.—北京机械工业出版社2001

[11]机械设计课程设计/王大康卢颂峰主编.—北京北京工业大学出版社2000

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