LIN总线技术在新能源汽车空调中的应用

杨春华 刘晓 赵金鹿

豫新汽车热管理科技有限公司 河南 新乡 453003

摘要：近几年，LIN总线技术得到了快速发展和广泛应用，研究其在新能源汽车空调系统中的应用有着重要意义。本文首先对LIN 总线技术相关内容做了概述，并结合实际案例，从LIN总线网络架构、空调系统原理以及调度表三方面，对LIN总线技术在新能源汽车空调系统中的应用进行了分析。

关键字：汽车空调、LIN总线、调度表

1.前言

随着汽车技术和网络通信技术的发展，汽车信息通信的网络化是必然趋势。LIN（Local Interconnect Network局部互联网）是面向汽车低端分布式应用的低成本、低速率、串行通信总线。它主要用作现有汽车CAN网络的辅助网络或子网络，为不需要用到CAN的装置提供较为完善的网络功能，包括空调控制、后视镜、车门模块、座椅控制、照明灯控制等。在带宽要求不高、功能简单、实时性要求低的场合，使用LIN总线可有效地简化网络线束、降低成本、提高通讯效率和可靠性。图1.1为特斯拉Medel S7控制器局域网络框图。

图1.1 特斯拉Medel S7控制器局域网络框图

2.LIN总线技术概述

做为车载网络中最常用的总线，LIN总线和CAN总线的区别如表1所示。LIN提供了一套可以节约成本而且非常有效的总线通信，该通信系统不需要带宽和CAN的多功能性。

表1 LIN总线与CAN总线的区别

通过LIN总线传输的实体为帧，一个报文帧结构如图2.1所示，它包含：帧头（Header）和响应（Response）。帧头包含：间隔域（Break field），同步域（Sync field）和受保护的标识符域（Protected indentifier field）。响应包含：数据域（Data1~N），校验和（Checksum）。

图2.1 LIN总线报文帧结构

LIN总线协议的核心特性是使用进度表(schedule table)。进度表有助于保证总线不出现过载的情况，他们同样是保证信号定期传输的核心组件。在一组LIN节点中只有主节点任务才可以启动通讯保证了行为的确定性。一个LIN协议的调度表可以有多个，具体使用哪一个调度表由主节点进行控制。

3.网络架构设计

在新能源汽车电子控制单元中，涉及汽车安全以及动力的系统，如汽车发动机、ABS、整车控制器VCU等单元采用CAN网络控制方式，而对于小型系统，如电动门窗、照明灯、空调系统等，往往采用LIN网络控制。图3.1为某新能源汽车空调系统的网络架构图。

图3.1 某新能源汽车空调系统网络架构

空调控制器是新能源汽车空调控制系统的核心单元，它做为LIN总线的主节点，接收来自VCU和车身各节点的CAN总线数据，提取有效指令，并结合用户的操作界面设置，通过LIN网络发送给各从节点相应的控制信号。它同时轮寻各从节点的工作状态，最终再将空调系统的运行状况通过CAN总线反馈到VCU节点。实现了空调系统与整车控制系统的交互，保证空调系统在完全受控状态下有效可靠地运行。

4.空调控制系统原理

新能源汽车空调控制系统主要由电源模块、温度传感器模块、伺服电机控制模块、鼓风电机控制模块、风PTC加热器控制模块、LIN通讯模块等组成。其中，鼓风电机、三种风门伺服电机、风PTC加热器均通过同一根LIN线与控制器进行通讯，这与传统硬线连接模式相比较，大大简化了线束的设计。

鼓风电机将工作状态包括转速、电流、上升速度、故障类别等信息通过LIN总线反馈给主机控制器，风PTC加热器将工作状态包括高压电压、电流、功率、温度、故障类别等信息通过LIN总线反馈给主机控制器。同时，各传感器（包括蒸发器/室内外/出风口温度传感器、阳关传感器、压力传感器、水温传感器等）信息与LIN总线上的鼓风电机/PTC加热器的工作信息均通过CAN总线与整车进行共享，提高了这个系统控制的可靠性。其空调系统控制原理图如图4.1所示。

图4.1 带LIN通讯的空调系统原理图

5.调度表设计

LIN总线以主从方式工作，主节点在某一时刻首先发送帧头，然后所有的节点根据帧头中的ID和协议的规定，发送相应的数据应答，因此LIN总线上消息发送的时刻完全由主节点控制。LIN消息m_i在总线上传播的时间由帧头、相应间隔和响应3部分组成，消息传播时间为：

C _i=1.4*[ 34τ_bit+10(N+1)τ_bit ]

其中，τ_bit为给定波特率下每一位传输需要的时间，N是消息m_i的数据帧长度。根据公式，在波特率为19200bps、数据帧长度为8Byte时，LIN消息的传播时间为9.11ms。在调度表设计时，主节点既要满足每个ID标识报文的发送频率，又要保证每条LIN报文有足够的传播时间。现以表2中LIN网络消息列表为例，设计LIN总线调度表。

表2 某空调系统LIN网络消息表

注：主节点发送到从节点称为正向，从节点发送到主节点称为反向。

此LIN网络系统中，信号最小周期为50ms，最大周期为200ms，LIN调度表的基本时间周期为它们的最小公倍数即200ms。将其划分为20个时间片，每个时间片延时为10ms。在满足每个信号周期的前提下，分布信号如图5.1所示。其中，诊断请求是在特定情况下发生的消息（比如系统自启动时自检），可以占用任意空闲的时间片。

图5.1 空调系统LIN通讯系统矩阵

由图5.1可看出，正向信号（黄色部分）占用5个时间片，所以正向负载率为25%，负向信号（绿色部门）占用7个时间片，所以，逆向负载率为35%。总负载率为25%+35%=60%，故此网络调度方案可行。图5.2为LIN-USB模块监测的总线报文信息。

图5.2 空调系统LIN总线通讯报文

6.总结

本文介绍了LIN总线技术在新能源汽车空调系统中的应用，给出了一种LIN总线网络架构与动态调度表的设计案例。从接线原理、功能逻辑与LIN总线通讯调度方面介绍了空调系统的控制原理，与传统设计方法对比，即简化了线束的布局又提高了系统的可靠性。

参考文献

1. 华一丁，龚进峰.国外智能汽车电子电气构架总述及分析[J].汽车电器.2018年第12期.

2. 路平，孙灿.基于CAN/LIN总线技术的车身控制器设计与应用[J].汽车电器.2016年第2期.

3. 张新丰. LIN总线的动态调度算法设计与应用[J].农业机械学报.2009年3月.

4. 王浩然. LIN通讯技术在汽车智能电子控制系统中的应用研究[J].信息系统工程.2018年1月.

作者简介

杨春华，女，硕士，中级工程师，主要从事新能源汽车空调设计工作。

刘晓，女，专科，中级工程师，主要从事汽车空调电气设计工作。

赵金鹿，男，本科，助理工程师，主要从事汽车空调电气设计工作。