基于CAN總線的汽車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

路燕

摘 要：隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，其電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展也在逐漸加快，各種控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代促進(jìn)了我國汽車行業(yè)的發(fā)展。在該文中介紹的是CAN總線為基礎(chǔ)的汽車電氣控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)⑵髽I(yè)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒘?，然后通過分布式的控制模式來對(duì)汽車的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行更加高效的控制，這種控制模式打破了傳統(tǒng)的汽車電氣控制系統(tǒng)單一線束限制，保證了汽車電氣控制系統(tǒng)在使用的過程中具有更高的利用率。

關(guān)鍵詞：CAN總線 汽車 電氣控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）01（b）-0032-02

在當(dāng)前，電子信息技術(shù)的發(fā)展越來越成熟，其在各行各業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，而其在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用結(jié)束了汽車電氣控制系統(tǒng)的單束運(yùn)營模式，這為汽車行業(yè)的發(fā)展迎來了新的發(fā)展高潮。通過CAN總線作為汽車電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣控制系統(tǒng)的有效構(gòu)建，這對(duì)我國的汽車行業(yè)發(fā)展具有非常大的促進(jìn)作用，通過CAN總線技術(shù)的應(yīng)用，汽車的控制信號(hào)傳輸速率更快，準(zhǔn)確度更高，這為高質(zhì)量的汽車產(chǎn)品提供了良好的技術(shù)支持，該文對(duì)汽車電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單的研究。

1 CAN總線介紹

當(dāng)前的總線技術(shù)種類較多，而CAN總線則是其中技術(shù)含量較高的技術(shù)類型之一，其屬于多主總線系統(tǒng)，對(duì)汽車運(yùn)行過程中的信號(hào)傳輸效率進(jìn)行了較大程度的提高，平均信號(hào)傳輸速率可以達(dá)到1 Mb/s，對(duì)于CAN總線技術(shù)，過去比較常見的形式為差分電壓，而其在進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)倪^程中采用的介質(zhì)種類也非常多，比較常見的有光導(dǎo)纖維和同軸電纜等。

對(duì)于CAN總線控制技術(shù)，其能夠通過汽車電氣控制系統(tǒng)的控制來對(duì)CAN技術(shù)中的鏈路層以及其他的物理層功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的成幀轉(zhuǎn)換以及零位的各種操作。對(duì)于CAN協(xié)議來說，其同傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)之間區(qū)別在于編碼控制系統(tǒng)的不同，對(duì)于CAN總線技術(shù)，其采用的是數(shù)據(jù)塊來對(duì)編碼進(jìn)行控制，而理論上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)沒有個(gè)數(shù)的限制，對(duì)于數(shù)據(jù)塊來說，其主要是通過二進(jìn)制計(jì)數(shù)方法來對(duì)標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行控制。另外，在采用CAN總線技術(shù)時(shí)，其通信的可靠性以及實(shí)時(shí)性等都得到了有效的提高，是當(dāng)前最具有發(fā)展前景的控制技術(shù)之一。

2 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在此次研究中，主要是對(duì)當(dāng)前比較常見的一些汽車產(chǎn)品進(jìn)行研究，其系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分為前、后、左、右等5個(gè)ECU節(jié)點(diǎn)，而在進(jìn)行CAN總線技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，首先需要選擇一個(gè)星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而其中的前后左右4個(gè)位置處的節(jié)點(diǎn)，其主要的功能就是對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)附近的開關(guān)信息進(jìn)行全面的收集，并將其形成一幀報(bào)文形式的信息，并將其向著CAN總線的主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輸送。而主節(jié)點(diǎn)在得到信息之后會(huì)對(duì)其進(jìn)行判斷和分析，從而在此結(jié)果的基礎(chǔ)上將其反饋到對(duì)應(yīng)的輸送節(jié)點(diǎn)。而4個(gè)節(jié)點(diǎn)在接收到信息之后通過UART總線來將結(jié)果傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的控制模塊中，對(duì)汽車的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行輸出功率的控制。在該傳輸模式中，單片機(jī)起著重要的作用，能夠?qū)Φ玫降男畔⑦M(jìn)行邏輯運(yùn)算并對(duì)其進(jìn)行輸出的順序進(jìn)行控制。對(duì)于汽車電氣控制系統(tǒng)來說，CAN總線技術(shù)主要的作用是為其信息的傳遞提供一個(gè)高效運(yùn)行的平臺(tái)，該平臺(tái)通過通信介質(zhì)來將傳輸和處理的信息進(jìn)行高效的傳輸，而對(duì)于汽車在行進(jìn)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息，通過CAN總線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車不同的電子單元之間的的共享，從而保證信息的高效傳輸，這對(duì)汽車的運(yùn)行過程中的信息利用率來說是一種非常大的促進(jìn)作用。

3 ECU節(jié)點(diǎn)

通過研究可以得知，ECU是當(dāng)前汽車的控制系統(tǒng)中最為重要的組成部分之一，其組成包括CAN通信以及功率的輸出等，而在對(duì)汽車電氣控制系統(tǒng)的控制軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)不同ECU節(jié)點(diǎn)的作用和位置進(jìn)行研究和了解，然后針對(duì)性地進(jìn)行相關(guān)控制程序的應(yīng)用，而在對(duì)ECU進(jìn)行使用的過程中，其體現(xiàn)了強(qiáng)大的移植性。對(duì)于當(dāng)前汽車電氣控制系統(tǒng)來說，其ECU節(jié)點(diǎn)存在著幾種不同的端口，首先是對(duì)功率的負(fù)載進(jìn)行輸出的驅(qū)動(dòng)口，這一端口能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所有負(fù)載的驅(qū)動(dòng)，而最高的輸出電流可以達(dá)到將近30 A，這一端口的應(yīng)用保證了汽車使用過程中的安全控制。然后是開關(guān)量的輸出端口，這一端口主要是為了對(duì)開關(guān)量的相關(guān)信息進(jìn)行有效的輸出，且不同的開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸出口電平不同。然后是CAN通信接口，這是為汽車的整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)提供充足的通信線，從而保證外圍接口的穩(wěn)定性。最后則是電源的輸入口，這是為控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供有效的電能供應(yīng)。

假如在CAN總線中具有一些相關(guān)的報(bào)文信息，該系統(tǒng)則會(huì)通過相關(guān)的通信部分來對(duì)這些信息進(jìn)行有效的檢查和過濾，將其中存在著影響的信息過濾掉，剩下有用的信息傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的控制模塊中。而在這一工作完成之后，其往往便會(huì)出現(xiàn)中斷，但對(duì)于這些收集的信息，其能夠通過傳輸線路將其輸送到對(duì)應(yīng)的處理器中對(duì)其進(jìn)行讀取，然后則是對(duì)接收緩沖區(qū)進(jìn)行信號(hào)的釋放處理，通過這種控制模式能夠?qū)?bào)文信息進(jìn)行充分的處理和篩選，然后通過信息的格式轉(zhuǎn)換來對(duì)信息進(jìn)行處理，最后通過UART總線來實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的輸出，在輸出的過程中，需要對(duì)得到的信息進(jìn)行順序的排列，這樣才能保證信息傳輸對(duì)功率輸出的有效控制。而對(duì)于開關(guān)信息的采集，其能夠通過控制系統(tǒng)來對(duì)收集到的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)，同時(shí)將檢測(cè)到的開關(guān)狀態(tài)信息傳輸?shù)街魈幚砥髦校@樣在發(fā)現(xiàn)其開關(guān)的狀態(tài)和應(yīng)有的狀態(tài)信息之間存在著不同時(shí)，需要通過對(duì)應(yīng)的信息傳輸方式將其向著CAN總線上進(jìn)行傳輸和發(fā)送，然后通過CAN總線系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)狀態(tài)的有效控制。

4 軟件的架構(gòu)

根據(jù)汽車的電氣控制系統(tǒng)功能研究可以得知，整個(gè)的控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)可以分為3個(gè)層次，分別是驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)換和通信處理，對(duì)于不同的軟件架構(gòu)，其功能之間存在著較大的差別，像驅(qū)動(dòng)層，其主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的輸入和輸出驅(qū)動(dòng)，而轉(zhuǎn)換層的功能也是這兩個(gè)方面。不同層之間的通信沒有影響，因此，每一層的通信驅(qū)動(dòng)控制都是單獨(dú)完成的。而對(duì)于每一層之間的通信，信息的內(nèi)容主要分為3種，第一種是狀態(tài)信息，指的是在運(yùn)行過程中驅(qū)動(dòng)層和轉(zhuǎn)換層之間的有效通信；然后是接口消息，這一消息是為了保證轉(zhuǎn)換層輸入和輸出兩種不同狀態(tài)之間的有效通信；最后則是器件消息，這一消息針對(duì)的則是處理通信層和轉(zhuǎn)換層。

此外，對(duì)于不同的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其所具有的功能也存在著較大的區(qū)別，像驅(qū)動(dòng)層中的輸入驅(qū)動(dòng)，其在使用時(shí)主要是為了能夠?qū)斎胍_的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)整，保證信息的正常轉(zhuǎn)換和傳輸，而對(duì)于輸入驅(qū)動(dòng)，其和輸入驅(qū)動(dòng)的功能則是相反的功能。

5 結(jié)語

綜合上述所說，在進(jìn)行CAN總線為基礎(chǔ)的汽車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分為兩個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)，而在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程中，需要對(duì)整體的5個(gè)ECU節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究，保證企業(yè)電氣控制系統(tǒng)能夠?qū)ζ嚨恼＿\(yùn)行進(jìn)行有效的控制，保證汽車電氣控制系統(tǒng)的合理性和科學(xué)性。

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