智能汽車演進從車窗開始

當整個汽車產業都在熱衷于無人駕駛汽車的時候，我們不能避免一個尷尬的事實：目前還沒有辦法做到，而且未來十幾年也未必能做好。但是從各種無人駕駛概念車的演示中不難發現，無人駕駛最重要的因素之一是關鍵部件能“自發地”工作。“兵馬未動，糧草先行”是個不錯的主意，與其激進地從頭到尾重新定義無人汽車，不如先讓一些部件智能起來，例如動力總成、車載信息娛樂系統、儀表板、安全和車身應用等汽車電子系統。而車身電子作為汽車的電子框架，可以作為智能汽車演進的起點。

車身電子系統涉及駕駛艙內部的多種應用，涵蓋了舒適性、安全和安防功能以及高性能計算與車內網絡等功能。飛思卡爾半導體（Freescale）豐富的8位、16位和32位微控制器（MCU）系列產品是這類應用的核心所在，配以各種模擬器件，提供卓越的電源管理和控制。憑借綜合全面的支持，飛思卡爾可以為車身電子應用提供完整的解決方案。車身電子應用主要包括：中央網關/車內網絡，車門、車窗升降及座椅控制，入門級車身控制模塊，暖通空調（HVAC），高端車身控制模塊，照明以及無線充電等。

今天的主角是車窗，車窗雖然普通，但在最危急時刻往往成為關鍵的逃生通道；此外，車窗也成為又一大“兒童殺手”，其智能的重要性可見一斑。目前，對于智能車窗的主要需求集中在防夾和車窗卡死檢測。車窗防夾技術作為較早開發的兒童安全保護技術已經普遍應用到各檔次車型中，但在中國，這項技術經常只被應用在前排車窗上，卻忽略了兒童經常乘坐的后排和玩耍的天窗。

S12VR車窗升降解決方案，提升安全與品質

飛思卡爾S12 MagniV S12VR混合信號微控制器（MCU）產品組合提供智能的、優化的集成型高精度模擬組件以及經驗證的S12 MCU，因而可以簡化汽車工程設計。S12VR系列是該組合中第一套基于LL18UHV處理技術的系統級封裝器件，針對汽車和工業防夾車窗升降系統、電動天窗模塊、LIN控制的繼電器驅動、智能執行器、基于繼電器的直流電機和其他空間受限的繼電器直流電機控制應用。

飛思卡爾StarterTRAK TRK-S12VR-WLFT低成本參考設計展示了S12 MagniV S12VR 16位MCU用于車窗升降和基于繼電器的電機控制的主要優勢。該StarterTRAK采用簡潔的設計，具有較少的外部組件，能承受較高電壓，并且占用空間較小。該解決方案可驅動一個基于繼電器的直流電機，并通過霍爾效應編碼器實現了防夾和車窗卡死檢測。繼電器通過HVI喚醒引腳診斷。包含LIN通信功能，用于管理狀態和診斷報告。目標應用包括電動車窗系統、天窗系統、分區系統和基于繼電器的直流電機控制。

圖1 S12 MagniV車窗升降和基于繼電器的直流電機控制參考設計電路圖

該參考平臺提供的軟件，可以通過防夾檢測作為車窗升降器繼電器直流電機的一個起點。它擁有HAL和MCU初始化、自動反轉程序、防夾檢測、速度和方向處理、自校準和該應用所需的其他基本功能。

圖2 飛思卡爾TRK-S12VR-WLFT參考設計電路板

這款參考設計的主要特性包括：LIN連接器；通過HVIX喚醒引腳進行繼電器診斷，狀態可以通過LIN發送；工作電壓范圍為8 V~18 V；采用32 LQFP封裝；通過霍爾編碼器進行防夾、電機堵轉檢測；通過HS0驅動的半開開關，開關狀態可以通過LIN發送，開關可以通過定時或LIN命令禁用；車窗命令開關，支持一鍵升/降；SWD接口。

圖3 S12VR64車窗升降使用案例

集成高電壓模擬組件的S12VR

這款車窗升降參考設計的最大支持來自飛思卡爾S12VR系列，其將NVM、數字邏輯電路和高電壓模擬組件組合成一個單芯片解決方案。這些模擬組件包括一個汽車穩壓器、LIN物理層、低邊驅動、高邊驅動和輸入。新的高電壓器件都能夠承受汽車環境的嚴格要求(高達40 V，這種情況在負載突降時會出現)，這些器件與業界公認的16位S12 CPU和存儲器子系統(包含受ECC保護的閃存和真實的EEPROM)集成在一起。

S12VR集成了一個系統中的所有元件，節省了寶貴的PCB空間，簡化了設計，提高了系統的整體質量，降低了成本。更小的PCB意味著更小的機箱，在汽車應用中減去一點點重量都會提高燃油效率。S12VR上可集成不同的組件，縮短了獲得一個完整解決方案所需要的開發時間，從而大大加快了產品上市速度。

汽車標準軟件

軟件正逐漸成為客戶產品差異化的殺手锏，飛思卡爾也早就著手幫助客戶應對這場軟件戰役，以實現創新和資源整合等。從上面的介紹可以看到， S12 MagniV車窗升降參考設計的很多功能（如防夾檢測、自校準）就是通過軟件實現的。

飛思卡爾的汽車標準軟件產品有：微控制器抽象層MCAL（源代碼）、操作系統（源代碼）和配置工具（可執行文件）。對于飛思卡爾提供的軟件產品，深入的硬件知識是至關重要的，如面向汽車電子微控制器的符合AUTOSAR（汽車開放系統架構）標準的軟件。

飛思卡爾提供許多S12 MCU 的AUTOSAR軟件，AUTOSAR使成本效益的軟件開發不再需要客戶驅動程序。這使得MCU更容易使用，節省了開發和集成時間，提高了質量并降低了整體成本。

圖4 AUTOSAR MCAL包

未來，在車窗升降方面還是有一些值得深入研究之處，如自動檢測車窗（內外）拋物，畢竟由車窗拋物帶來的交通事故也是不少。例如，可以利用車載攝像頭實時檢測外部異物，如果判斷有物體飛來，就自動關閉車窗并報警，以保護車內人員安全。

對于汽車廠商來說，安全和智能永遠不會過時，就先從“車窗零事故”、飛思卡爾S12 MagniV車窗升降參考設計開始吧。