b) 負載匹配：CAN網絡設計中，節(jié)點和總線的負載匹配是很重要的指標，特別針對高速CAN的設計更應該關注。TPMS作為汽車系統(tǒng)中CAN網絡的一個節(jié)點，其負載設計必須充分考慮系統(tǒng)總線的設計要求。

c) 傳輸率的配置：CAN信號傳輸中每個Bit都由三個部分組成，分別為SYNC_SEG、T_SEG1、T_SEG2，我們必須兼顧傳輸率、采樣點等系統(tǒng)要求對CAN控制器進行合理的寄存器配置。

在本系統(tǒng)中如圖5，選擇外部晶振Y1給CAN控制器提供fcanclk=8MHz的時鐘信號，通過寄存器分別配置SYNC_SEG=1、T_SEG1=4、T_SEG2=3，總線預分頻 Prescale Value=1。

CAN總線的速率

采樣點

圖5 ECU主控模塊原理圖

d) CAN總線仿真和測試：當CAN總線的軟硬件設計完成后，基本的功能、性能仿真和測試是必要的過程。在此項目中，采用了Kvaser CAN總線診斷工具進行仿真測試，可以模擬被測節(jié)點與網路上其他CAN節(jié)點之間的信息交換，實時跟蹤CAN總線上的數(shù)據(jù)傳輸。另外可以通過該診斷工具隨機向CAN總線發(fā)送干擾數(shù)據(jù)流，測試CAN總線上的數(shù)據(jù)可靠性。

如圖6示為CAN工具的數(shù)據(jù)仿真測試。其中紅線標注的數(shù)據(jù)幀0x343、 0x344、0x345為TPMS的ECU主控模塊向車輛系統(tǒng)發(fā)送的輪胎信息及TPMS系統(tǒng)狀態(tài)信息;藍線標注的數(shù)據(jù)幀0x1A0是模擬車輛系統(tǒng)向 TPMS發(fā)送的車速信息;其他數(shù)據(jù)幀為仿真器在總線上隨機發(fā)送的干擾數(shù)據(jù)幀。

圖6 CAN總線仿真測試圖

射頻數(shù)字天線的硬件電路設計

射頻數(shù)字天線原理如圖7示，主要由射頻接收芯片、單片機、LIN收發(fā)芯片組成。MC33594是一個具有自動增益控制的高靈敏度的OOK/FSK接收芯片，主要負責射頻信號的接收和解調，并通過SPI接口以中斷的方式將數(shù)據(jù)傳輸給MC9S08SG8單片機，該單片機將數(shù)據(jù)處理后組成LIN數(shù)據(jù)包，當LIN總線上有主機請求數(shù)據(jù)時，LIN數(shù)據(jù)包將會通過TJA1020被發(fā)送到LIN總線上。

圖7 射頻數(shù)字天線原理圖

LIN 總線的報文幀由報文頭和響應場組成，波形分析圖如圖8所示。報文頭由主機發(fā)送，包括了一個同步間隔場、一個同步場和一個標識符場，其中標識符場就是主機發(fā)送給從機的事件命令。從機接收到該命令后根據(jù)協(xié)議規(guī)定發(fā)送或接收8字節(jié)數(shù)據(jù)和校驗和，就構成了響應場。由此，完成主機對每個從機的逐一訪問和信息傳遞。

圖8 LIN數(shù)據(jù)波形分析圖

LIN總線是一個單主機多從機的網絡結構。在本系統(tǒng)的LIN總線設計中，主要實現(xiàn)ECU主控模塊(主機)對兩個射頻數(shù)字天線(從機)的配置和對輪胎數(shù)據(jù)的讀取。如圖9為LIN總線上的信息事件的觸發(fā)工作圖。

圖9 LIN總線事件觸發(fā)圖

TPMS接收系統(tǒng)的固件程序設計

如圖10和11分別為射頻數(shù)字天線和ECU主控模塊的固件程序流程圖。射頻數(shù)字天線主要以SPI中斷方式接收射頻數(shù)據(jù)，并以LIN請求中斷的方式發(fā)送LIN 數(shù)據(jù)幀。ECU主控模塊以定時查詢的方式工作：每隔1s主動發(fā)送CAN數(shù)據(jù)幀;每隔2s主動查詢射頻數(shù)字天線的數(shù)據(jù);每隔30s主動檢測TPMS系統(tǒng)的內部故障。另外ECU主控模塊可以中斷方式接收CAN總線上的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對TPMS之發(fā)射模塊ID的注冊、參數(shù)設置及車輛信息共享等功能。

圖10 射頻數(shù)字天線流程圖

圖11 射頻數(shù)字天線流程圖

設計驗證

TPMS 設計是可靠性要求非常高的汽車安全系統(tǒng)，必須從失效分析的角度制定嚴格而科學的可靠性驗證計劃，包括實驗室測試和現(xiàn)場耐久性跑車測試。如圖12為TPMS 安裝在國外某款車上進行耐久跑車時，采用CAN分析儀對CAN數(shù)據(jù)進行連續(xù)采集、跟蹤的報告，四個不同顏色的曲線分別代表了車輛在運行中每個輪胎的氣壓變化，由圖可知，TPMS系統(tǒng)能夠非常準確可靠地監(jiān)測輪胎氣壓。

圖12 TRMS系統(tǒng)跑車測試數(shù)據(jù)跟蹤圖

結語

本文以客戶需求為導向，闡述了一種可靠的TPMS技術方案，并從系統(tǒng)分析、方案構建、模塊設計、系統(tǒng)調試、項目驗證等典型應用過程，詳細介紹了TPMS的設計思路和步驟。該系統(tǒng)雖然布局復雜、模塊眾多，但徹底解決了TPMS無線信號不穩(wěn)定的嚴重失效問題，根據(jù)車輛環(huán)境的具體要求，可以對系統(tǒng)進行有效裁減或擴展，以滿足不同車型的靈活設計。然而TPMS的設計畢竟是復雜的過程，特別在不同汽車環(huán)境的應用中，尚面臨許多問題，還需進一步研究，使TPMS更加可靠、智能化地應用于汽車安全中。