汽車(chē)車(chē)身CAN總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郝魁　孫華偉　騰彥飛

摘 要：隨著現(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，汽車(chē)車(chē)身的電子設(shè)備越來(lái)越多，各部分通信控制之間更為復(fù)雜。傳統(tǒng)電器之間的連接使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的單一通信，而使用CAN總線技術(shù)使車(chē)身電控系統(tǒng)之間的連接更加智能化。車(chē)身使用的是低速的CAN總線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于車(chē)身整體控制性要求較低。車(chē)身控制一般包括對(duì)門(mén)鎖、前后視鏡、天窗、室內(nèi)空調(diào)等的控制。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；車(chē)身控制；CAN總線；電子技術(shù)

中圖分類號(hào)：U469.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）07-0001-02

CAN總線技術(shù)主要應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)子網(wǎng)和車(chē)身系統(tǒng)子網(wǎng)，我們研究的車(chē)身網(wǎng)絡(luò)控制屬于低速CAN網(wǎng)絡(luò)。隨著CAN總線技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其開(kāi)發(fā)流程與方法成為了研究的重點(diǎn)?；贑AN總線技術(shù)的車(chē)身控制代替了車(chē)身點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的復(fù)雜連接，使用CAN總線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?，將?chē)身各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)連接，利用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)身網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的綜合控制。

1 汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)總線開(kāi)發(fā)流程

CAN總線技術(shù)在車(chē)身的廣泛應(yīng)用，使人們更加關(guān)注CAN總線的整體開(kāi)發(fā)流程。車(chē)身CAN總線網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)流程主要包括系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)方法。系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)包括了所有要遵循的設(shè)計(jì)方法。使用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问降脑O(shè)計(jì)方法時(shí)，首先要分析CAN總線的系統(tǒng)功能要求、整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真，制訂符合CAN總線要求的通信與控制協(xié)議，這樣才能為供貨商提供整車(chē)ECU節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（包括軟件節(jié)點(diǎn)、硬件節(jié)點(diǎn)、軟件與硬件結(jié)合節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)集成），完成CAN總線的驗(yàn)證與仿真。具體實(shí)現(xiàn)方法包括實(shí)現(xiàn)這些功能所需要的硬件和軟件的選型與設(shè)計(jì)。

2 車(chē)身CAN總線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車(chē)身網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括中央控制器、左右前后車(chē)門(mén)控制器、車(chē)內(nèi)空調(diào)控制器、前后座控制器等，這些控制器都掛接在CAN總線上。這里我們選擇中央控制模塊進(jìn)行研究。車(chē)身網(wǎng)絡(luò)控制選擇的是低速通信，因此傳輸波特率選擇50 kb/s作為CAN總線的通信速率。車(chē)身CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

為了方便駕駛員了解整車(chē)狀態(tài)參量，可以選擇CAN總線儀表，將車(chē)身控制模塊和動(dòng)力傳動(dòng)模塊集成網(wǎng)關(guān)，獲得車(chē)速信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)、各類傳感器信號(hào)和變速器擋位信號(hào)。這些信號(hào)通過(guò)儀表顯示出來(lái)，使駕駛員能夠及時(shí)了解各類信息并判斷汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)。

3 中央控制器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能分析

3.1 操作位置

在中央控制器的輸入信號(hào)中主要是操作位置的輸入。輸入信號(hào)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)、車(chē)速信號(hào)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)、變光信號(hào)、前后門(mén)鎖信號(hào)、后備箱開(kāi)關(guān)鎖、CAN總線信號(hào)等。

3.2 控制區(qū)域

中央控制器的控制區(qū)域包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)（比如各類型的電動(dòng)機(jī)）和CAN總線。

3.3 控制功能簡(jiǎn)述

3.3.1 發(fā)送車(chē)身狀態(tài)信號(hào)

當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，點(diǎn)火信號(hào)節(jié)點(diǎn)向CAN總線發(fā)送相關(guān)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通的信號(hào)。對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定，使其定時(shí)向CAN總線發(fā)送相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)，比如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)速信號(hào)。當(dāng)整車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，及時(shí)通過(guò)有關(guān)節(jié)點(diǎn)向CAN總線發(fā)送碰撞信號(hào)。

3.3.2 后備箱開(kāi)關(guān)鎖控制

當(dāng)總線上需要詢問(wèn)后備箱開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，后備箱節(jié)點(diǎn)將會(huì)檢測(cè)此時(shí)開(kāi)關(guān)鎖的狀態(tài)信息，并及時(shí)將節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送到CAN總線上。如果此時(shí)車(chē)速大于15 km/h，后備箱未關(guān)閉，則執(zhí)行閉鎖行為；如果此時(shí)車(chē)速小于15 km/h，后備箱保持關(guān)閉，則不開(kāi)鎖。當(dāng)總線上收到后備箱鎖的開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，執(zhí)行后備箱的門(mén)鎖開(kāi)關(guān)動(dòng)作，同時(shí)CAN總線及時(shí)向中央控制器發(fā)送信號(hào)。

3.4 信號(hào)功能簡(jiǎn)述

3.4.1 點(diǎn)火開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)用來(lái)表示點(diǎn)火開(kāi)關(guān)狀態(tài)量，接通時(shí)導(dǎo)通12 V電源電壓；斷開(kāi)時(shí)表示為空置，內(nèi)部電阻拉低。信號(hào)經(jīng)過(guò)RC振蕩電路的濾波，將節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送給總線，用于判斷點(diǎn)火開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

3.4.2 碰撞信號(hào)

碰撞信號(hào)表示車(chē)輛發(fā)生碰撞的狀態(tài)，該信號(hào)為方波。

3.4.3 后備箱門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)

后備箱門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)用來(lái)表示后備箱門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量。門(mén)開(kāi)時(shí)電壓為0 V接地，門(mén)關(guān)閉時(shí)懸空，內(nèi)部電阻拉高。信號(hào)經(jīng)硬件RC振蕩電路，用于信號(hào)的濾波。該信號(hào)來(lái)自車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)，由控制器發(fā)往總線。

3.4.4 車(chē)速信號(hào)

此車(chē)速信號(hào)與后備箱門(mén)開(kāi)關(guān)有關(guān)，是一種數(shù)據(jù)量，可進(jìn)行方波調(diào)頻。該信號(hào)來(lái)自車(chē)速傳感器，經(jīng)控制器發(fā)往總線。

4 車(chē)身中央控制器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

總線網(wǎng)絡(luò)通信需要統(tǒng)一的協(xié)議來(lái)規(guī)范整車(chē)各類電子控制器之間的交流語(yǔ)言，該協(xié)議可以對(duì)整車(chē)電子控制單元之間進(jìn)行數(shù)字信息的相互交換和各個(gè)特性作出規(guī)定。一般情況下需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、各個(gè)控制器單元節(jié)點(diǎn)、硬件接口直接的電氣特性等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范。

在定義車(chē)身網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議時(shí)，卡車(chē)、客車(chē)等均采用29位標(biāo)識(shí)符的幀結(jié)構(gòu)，而普通家用車(chē)采用11位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)格式。各節(jié)點(diǎn)定義以50 ms的通信周期發(fā)送到總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

5 車(chē)身控制系統(tǒng)的硬件與軟件測(cè)試設(shè)計(jì)

根據(jù)中央控制器所要實(shí)現(xiàn)的相關(guān)功能，選擇合適的微控制器、電源電壓調(diào)節(jié)電路、輸入信號(hào)處理電路、執(zhí)行電機(jī)控制電路、CAN通信網(wǎng)絡(luò)控制電路等作為硬件電路設(shè)計(jì)的任務(wù)。采用美國(guó)明導(dǎo)公司的MENTOR GRAPHICS進(jìn)行CAN總線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試。

6 結(jié)束語(yǔ)

在整車(chē)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很重要，其中的現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)更加重要。當(dāng)整車(chē)配置了CAN總線時(shí)，通過(guò)CAN總線來(lái)捕捉這些數(shù)據(jù)。使用CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)，使整車(chē)電控單元之間的資源共享、信息傳輸更加可靠，進(jìn)而促使各個(gè)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]郝飛，張崇生，張海濤，等.VNA在整車(chē)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D].上海：上汽汽車(chē)工程研究院，2006.

〔編輯：劉曉芳〕