基于CAN總線車輛遠程控制系統(tǒng)

張桂銘

摘 要：當(dāng)前存在的一種車輛控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計是通過對汽車電子技術(shù)以及CAN總線的研究分析而進行的，這一系統(tǒng)使用了CAN總線的通信功能，從而對車輛進行實時控制以及對各個模塊進行控制，以此來實現(xiàn)對汽車的智能控制。

關(guān)鍵詞：車輛；CAN總線；遠程控制

1 引言

當(dāng)前，全球的計算機網(wǎng)絡(luò)以及技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)都在迅猛發(fā)展，將其應(yīng)用到汽車技術(shù)中，使得汽車電子控制技術(shù)也在不斷地成熟和完善，汽車電子控制技術(shù)在汽車業(yè)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，使得電子裝置更加的標(biāo)準(zhǔn)化，從而實現(xiàn)了現(xiàn)代汽車的電子化。汽車電子控制技術(shù)不僅有利于改善汽車的各種性能，比如，經(jīng)濟性、動力性、環(huán)保性、安全性以及行駛過程中的舒適性，推動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而且還有利于電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，所以汽車電子控制技術(shù)有利于汽車電子化的快速發(fā)展，它也是汽車工業(yè)不斷發(fā)展的關(guān)鍵。

2 基于CAN總線的車輛控制的發(fā)展?fàn)顩r

汽車電子技術(shù)是在電子技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上建立起來的，當(dāng)前由于汽車上的電子控制單元越來越多，因此連接的導(dǎo)線也越來越多，這時就出現(xiàn)了一些問題，就必須要解決好控制單元的通信問題以及導(dǎo)線的成本問題。

在西方國家，在汽車的計算機控制系統(tǒng)中以及部分工業(yè)控制的局域網(wǎng)所運用的標(biāo)準(zhǔn)總線就是CAN總線的協(xié)議，在重工機械以及大型的車輛設(shè)計中都會運用到以CAN總線為基礎(chǔ)協(xié)議的1939協(xié)議，同時當(dāng)前歐洲生產(chǎn)的每一輛轎車中都裝有CAN的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得汽車電子系統(tǒng)的生產(chǎn)主線為CAN總線。在我國這一技術(shù)的起步比較晚，在2006年才將大型客車以及貨車的通訊標(biāo)準(zhǔn)才定為以CAN總線為基礎(chǔ)的SAEJ1939，轎車在這以技術(shù)上還沒有比較突出的成果，還在發(fā)展的過程中，因此我國的汽車電子控制系統(tǒng)也還處在一個集中的發(fā)展階段，所以加快CAN總線在我國汽車領(lǐng)域的應(yīng)用是非常必要的，只有這樣才能夠促進我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，才能夠提高我國汽車產(chǎn)業(yè)在國際上的競爭力。

3 CAN總線遠程控制總體設(shè)計

汽車電子控制技術(shù)包括多種技術(shù)比如：發(fā)動機的電子燃油控制技術(shù)，巡航系統(tǒng)，汽車的AMT、EPS以及ABS控制器，車載電話、電視、音響等技術(shù)，在電控單元之間的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，數(shù)據(jù)及時通信技術(shù)等。CAN總線當(dāng)前有著良好的發(fā)展前景，是電子控制網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展的方向。電子控制技術(shù)在不斷地應(yīng)用到汽車制造的過程中，比如，自動變速箱、發(fā)動機電控、主動或半主動懸架、防抱死、安全氣囊等，這樣就使得汽車在電子控制上形成網(wǎng)狀的相互聯(lián)系的局面，CAN組建出的局域網(wǎng)如圖1所示：

不同的電子控制裝置在數(shù)據(jù)傳輸速率方面的要求是不同的，對CAN總線的選用標(biāo)準(zhǔn)也是不同的，一些常用的標(biāo)準(zhǔn)如下：

⑴動力傳動子網(wǎng)。對于動力傳動子網(wǎng)的的各種裝置如：變速箱、發(fā)動機以及制動裝置收集到的是速率較高的傳感器的信號，這就需要高速的TTCAN和CAN來將傳感器的信號來發(fā)送出去，這種高速的TTCAN和CAN是以J2284、J1939以及ISO11898的標(biāo)準(zhǔn)組建起來的，只有這樣才能實現(xiàn)及時的動態(tài)控制。

⑵車身電子子網(wǎng)。在車身系統(tǒng)中的控制裝置也是比較多的，比如對座椅的控制、對轉(zhuǎn)向燈的控制，對示寬燈的控制、對剎車燈的控制、對車門的控制、對汽車儀表燈的控制，這些控制裝置需要較多的布線，所以在車身電子子網(wǎng)中需要利用低速容錯的CAN來增加系統(tǒng)的抗干擾性和不斷地增長傳輸?shù)木嚯x，所以這就需要在J2284以及ISO 11519-2的標(biāo)準(zhǔn)上來建立低速容錯CAN。

⑶故障診斷子網(wǎng)。當(dāng)前在診斷故障子網(wǎng)這一模塊上，已經(jīng)出現(xiàn)了可以發(fā)展成為汽車產(chǎn)業(yè)診斷故障的通用標(biāo)準(zhǔn)的J2480以及ISO/DIS 15765的通信協(xié)議。

4 CAN總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能分析

（1）控制系統(tǒng)的心臟是中央控制模塊，這一模塊可以控制車輛的所有系統(tǒng)，它的運作原理是由CAN總線將所有系統(tǒng)的開關(guān)量、脈沖量、模擬量等收集起來通過處理器集中運算，分析處理，最終再由CAN總線來發(fā)出具體的控制指令，來對整個車輛的系統(tǒng)進行控制。

（2）對點火時刻進行有效控制就要通過電子點火系統(tǒng)控制模塊，這一模塊的工作原理是利用高精度的曲軸位置、負(fù)荷、排氣含氧、易燃、進氣溫度、冷卻水溫等不同的傳感器，通過專門的微處理芯片來對點火的順序與時刻進行控制，實現(xiàn)對點火的有效控制。

（3）對燃油的控制主要是利用制燃油供給系統(tǒng)模塊，這一模塊主要被引用到電子汽油噴射系統(tǒng)和電子石化油系統(tǒng)中，它的工作原理是通過電子點火系統(tǒng)、氣流量、燃油液位的傳感器來對燃油進行控制，來達到節(jié)約用油、節(jié)約資源、科學(xué)環(huán)保的目的。

（4）動力終端與開關(guān)量控制模塊是用來對發(fā)動機的油壓、油溫、水溫以及傳動箱的油壓的測控，它的工作原理是該模塊對火焰?zhèn)鞲衅鲗c火狀態(tài)檢測時所形成的數(shù)據(jù)以及發(fā)動機轉(zhuǎn)動時的數(shù)據(jù)，車門、車燈、窗等的信號所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在經(jīng)過PCI18F458單片機芯片的處理和分析后，最后經(jīng)過CAN總線的控制器將其送到總線，來實現(xiàn)與中央控制模塊的通信。

（5）減速和差速的控制上會運用到制動防抱死控制模塊，它的工作原理是利用轉(zhuǎn)速傳感器以及高速電磁閥等來對車輛進行控制，這樣可以對車輛的啟動和加速時車輪打滑進行有效地控制防止在制動的過程中出現(xiàn)車輪抱死、方向失控、車輪打滑、甩尾等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（6）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模塊主要是利用車的外部條件來對車的轉(zhuǎn)向助力進行調(diào)節(jié)，從而使得轉(zhuǎn)向功能得到最優(yōu)化。

（7）安全氣囊觸發(fā)裝置、氣囊以及氣體發(fā)生器構(gòu)成了安全氣囊系統(tǒng)模塊。安全氣囊的觸發(fā)裝置主要由監(jiān)控裝置、電子控制裝置、傳感器、儲備電源組成。這一模塊的工作原理是由加速傳感器來發(fā)出信號，電子控制系統(tǒng)接受信號并分析處理，如果是發(fā)生事故，則會對氣體發(fā)生器發(fā)出吹脹氣囊的命令，整個過程的用時是非常短的。觸發(fā)裝置會處在一個監(jiān)控的狀態(tài)來保障氣囊時刻處在待工作的狀態(tài)下。

（8）懸掛控制系統(tǒng)模塊主要是對車輛的懸掛的剛度和阻尼功能進行調(diào)節(jié)，具體說就是對監(jiān)控裝置、加速度傳感器、制動壓力傳感器、控制裝置、車身位移傳感器、側(cè)向加速度傳感器、以及高性能液壓組件的調(diào)節(jié)控制。以此來提高車輛的車身狀況，保障行駛時的穩(wěn)定和乘坐的舒適度。

（9）電子自動換檔系統(tǒng)模塊就是運用電子裝置，使電磁閥和氣動伺服機構(gòu)充分協(xié)調(diào)工作，從而使車更加容易的操作，保障車輛行駛的安全性。

（10） 汽車人機界面模塊就是指人和車輛之間的互動交流，汽車的相關(guān)信息以及運行狀況通過顯示屏來顯示出來，使得車主可以通過顯示出的信息對車的狀況一目了然，有利于發(fā)現(xiàn)故障，對車的某些參數(shù)得到有效方便的限制。

（11）儀表指示模塊是通過各種儀表輸出的信號對車輛的狀態(tài)進行控制，比如，水溫、氣壓、里程、速度、油量等儀表會輸出一些數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)就可以很好地對車輛進行控制。

5 系統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

5.1 動力傳動系統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

汽車在動力傳動系統(tǒng)CAN總線控制中包括多方面的內(nèi)容：自動防抱死、自動變速箱、發(fā)動機電子控制、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等等，汽車的動力性（最大爬坡度、最高車速、加速時間），制動性（最小制動距離、制動減速度、最小制動距離、制動效能恒定性和制動時的方向穩(wěn)定性），經(jīng)濟性（百公里燃油消耗量），操作穩(wěn)定性（反應(yīng)時間，橫擺角速度增益—轉(zhuǎn)向靈敏度；橫擺角速度波動的無阻尼圓頻率）等行駛性都與這些控制系統(tǒng)有一定的關(guān)系，進行系統(tǒng)控制時就要考慮到汽車的轉(zhuǎn)速，在重新整車的時候可以使用高速CAN總線，把各個控制器與總線相連，從而實現(xiàn)高速的控制。圖2是CAN總線結(jié)構(gòu)

5.2 車身控制系統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

電子控制單元包括座椅、車門、車燈、汽車儀表等各方面的控制。車身控制系統(tǒng)具有傳輸距離長的的特點，CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從經(jīng)濟性上可以理解為是對CAN總線的LIN網(wǎng)絡(luò)的一個互補性的網(wǎng)絡(luò)。LIN總線本身是一種電子控制系統(tǒng)，它的傳輸速度比較慢，成本低，它更加適合空間比較大、信號傳輸率比較低的車身。因此要將LIN分總線獨立連接，并使其與CAN總線相連，然后應(yīng)用到整個汽車的網(wǎng)絡(luò)之中，使其對CAN總線形成一個補充。LIN具有較強的經(jīng)濟性，因此它在汽車電子控制中的到有效應(yīng)用，如圖3是使用LIN總線標(biāo)準(zhǔn)的一般的汽車車身總線總體結(jié)構(gòu)圖：

6 總結(jié)

本文通過對CAN 總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的介紹，分析了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和幀結(jié)構(gòu)等相關(guān)內(nèi)容，對CAN總線的一些優(yōu)勢進行了詳細分析從而論證這些優(yōu)勢對CAN總線電子網(wǎng)絡(luò)控制的重要性，同時也論述了CAN總線網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計對解決車身電子控制系統(tǒng)以及汽車動力傳動系統(tǒng)問題的重要性，從而有利于CAN 總線在汽車產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用。