CAN總線在HK6129客車上的應(yīng)用

王燕燕，張上元，王少黎

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥　230051）

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CAN總線在HK6129客車上的應(yīng)用

王燕燕，張上元，王少黎

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥230051）

摘要：介紹一種基于CAN總線的車身控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)專門為HK6129型客車研發(fā)，由一個儀表模塊和5個控制模塊組成。與傳統(tǒng)的車身控制系統(tǒng)相比，具有安全性高、功能強、成本低、維修方便等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：CAN總線；車身控制系統(tǒng)；儀表模塊；控制模塊

現(xiàn)代汽車的功能越來越多，需要眾多獨立的控制單元來實現(xiàn)，并且有必要對汽車數(shù)據(jù)實行共享。在傳統(tǒng)電控系統(tǒng)設(shè)計中，難以實現(xiàn)系統(tǒng)信息共享及信息處理的智能化，每增加一項功能都要建立相應(yīng)的一對一的電纜連接，使得分布車體各處的電纜尤其是主電纜線束趨于龐大、沉重和昂貴，并進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)計、安裝、調(diào)試和維護(hù)的困難[1]。為了解決這些問題，現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)運而生。目前在汽車中應(yīng)用最廣的現(xiàn)場總線技術(shù)是控制局域網(wǎng)（CAN）[2]，它是20世紀(jì)80年代由德國博世公司專門為實現(xiàn)汽車各電控單元之間的信息共享而開發(fā)的。該總線技術(shù)具有高速通訊率、高安全性、連接方便、多主站、通訊協(xié)議簡單和高性能價格比等的突出優(yōu)點，采用CAN總線是汽車技術(shù)發(fā)展的一個必然趨勢[3-6]。

1　總體設(shè)計方案

根據(jù)HK6129客車的被控電器的數(shù)量、類型以及分布情況，采取以下控制方案：整個HK6129控制系統(tǒng)由五個控制模塊和一個組合式儀表組成。五個控制模塊分別為左前模塊、頂前模塊、左后模塊、右后模塊、發(fā)動機(jī)模塊。主要實現(xiàn)了水溫、油壓、電壓、油量、氣壓、車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等儀表的顯示，車輛前部組合燈的控制，后部組合燈的控制，發(fā)動機(jī)的起動和熄火控制，刮水器控制，與CAN總線系統(tǒng)相連設(shè)備的工作狀態(tài)顯示及設(shè)備發(fā)生故障的實時報警指示，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)指示，ABS系統(tǒng)狀態(tài)指示等功能。各個模塊以及儀表之間通過CAN總線進(jìn)行連接，通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，從而實現(xiàn)資源的共享，可以減少線束和傳感器的數(shù)量、提高整個系統(tǒng)的可靠性以及可維護(hù)性[7]?？傮w設(shè)計框圖如圖1所示。

2　具體電路設(shè)計

2.1儀表模塊

該儀表的主要功能是采集各個開關(guān)量、傳感器的輸入量，并驅(qū)動報警指示燈，整個儀表的電路原理如圖2所示，大致分成4個部分：信號采集電路、信號處理電路、驅(qū)動電路以及CAN總線接口電路[8]。

1）信號采集電路。輸入的信號有開關(guān)量信號、傳感器模擬信號、頻率信號。其中，開關(guān)量信號包括：遠(yuǎn)光燈開關(guān)、小燈開關(guān)、近光開關(guān)、后霧燈開關(guān)、前霧燈開關(guān)、右轉(zhuǎn)向開關(guān)、左轉(zhuǎn)向開關(guān)、ABS指示開關(guān)、ASR指示開關(guān)、喇叭開關(guān)、電鏡除霜開關(guān)、踏步燈開關(guān)、電視機(jī)開關(guān)、閱讀燈開關(guān)、刮水間歇開關(guān)、刮水快速開關(guān)、刮水慢速開關(guān)、燃油報警開關(guān)、鑰匙ACC檔開關(guān)、鑰匙ON檔開關(guān)；傳感器模擬信號包括：氣壓傳感器、燃油傳感器；傳感器頻率信號包括：車速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器。由于它們的特性不同，所以設(shè)計的采集電路也不同，其開關(guān)量采集電路、傳感器模擬量采集電路、頻率信號輸入采集電路如圖3、圖4和圖5所示。

2）信號處理電路。信號處理電路采用飛利浦公司生產(chǎn)的LPC2119微處理器。該芯片是32位單片機(jī)，自帶2路CAN接口，4路10位的AD轉(zhuǎn)換器，2個32位定時器、實時時鐘和看門狗電路等。這些特點使得這款芯片非常適合用來構(gòu)建基于CAN總線車身控制系統(tǒng)[9]。

3）驅(qū)動電路。驅(qū)動電路包括報警指示燈驅(qū)動電路、LCD驅(qū)動電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。指示燈驅(qū)動包括：底盤集中潤滑指示、緩沖器工作指示、超溫指示、預(yù)熱指示、充電指示、發(fā)動機(jī)故障指示、中門關(guān)閉狀態(tài)指示、ABS狀態(tài)指示。為了提高驅(qū)動能力和消除干擾，采用三態(tài)鎖存器74HC573來驅(qū)動LCD。由于HK6129客車上需要用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動8個儀表，包括轉(zhuǎn)速表、車速表、兩個氣壓表、油量表、油壓表、水溫和電量表。因此，需要驅(qū)動8個步進(jìn)電機(jī)。選用兩片XL2017步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片，每個芯片可以驅(qū)動四路步進(jìn)電機(jī)。報警指示燈驅(qū)動電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路原理圖分別如圖6和圖7所示。

4）CAN總線接口電路。由于LPC2119已經(jīng)自帶了兩路CAN接口，因此無需再另外設(shè)計CAN總線的鏈路層芯片。但是，由于CAN總線的信號和單片機(jī)的信號電平并不兼容，因此需要一個轉(zhuǎn)換電路來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，這個轉(zhuǎn)換電路稱為CAN總線收發(fā)器。選用PCA82C250來構(gòu)建轉(zhuǎn)換電路，其原理圖如圖8所示。

2.2控制模塊

如前所述，HK6129客車的車載控制系統(tǒng)共有5個控制模塊。由于各個控制模塊除了控制的電器不同，其電路原理是完全相同的，各個模塊擁有相同的電路結(jié)構(gòu)。因此，下面僅以頂前模塊為例來進(jìn)行介紹。

1）模塊功能及結(jié)構(gòu)原理。頂前模塊的功能有：采集開關(guān)量，驅(qū)動相關(guān)的電器，其中開關(guān)量輸入包括：駕駛員燈開關(guān)、頂燈1開關(guān)、頂燈2開關(guān)、頂燈3開關(guān)；驅(qū)動電器輸出包括：彩燈、電視機(jī)、頂燈1、頂燈2、頂燈3、駕駛員燈、踏步燈、空調(diào)電源、暖風(fēng)電源。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖9所示。

從圖上可以看出，整個模塊大致可以分成開關(guān)量采集電路、信號處理電路、功率輸出電路和CAN總線通訊電路[10]。其中前三個電路模塊和儀表中的完全一樣，因此這里只介紹功率輸出電路。

2）功率輸出電路。本設(shè)計在驅(qū)動方式上采用智能功率器件[11]。傳統(tǒng)的驅(qū)動方式是采用繼電器加保險絲的方法，這種方法對繼電器和用電器以及控制系統(tǒng)的保護(hù)作用是有限的，有可能在保險絲燒壞的同時，車身控制系統(tǒng)和繼電器已經(jīng)被燒壞。智能功率器件實際上就是一個大功率的開關(guān)MOS管，它不同于傳統(tǒng)電磁繼電器，它是無觸點的。因此，它的壽命要大大高于電磁繼電器。另外，智能功率器件還集成了電流檢測電路。當(dāng)流過智能功率器件的電流超過閾值后，就會產(chǎn)生一個反饋信號送給MCU，MCU接到這個信號后就會發(fā)出控制信號，使MOS管截止關(guān)閉。這樣在外部電器短路或過流的瞬間切斷電源，從而達(dá)到保護(hù)其它零部件和本身的功能。選用英飛凌公司生產(chǎn)的BTS441R智能功率器件。電路原理圖如圖10所示。

3　結(jié)束語

研發(fā)的基于CAN總線車身控制系統(tǒng)已在HK6129客車上裝車，并運行了一年多，總體狀況良好。

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修改稿日期：2015-10-30

Application of CAN Bus to HK6129 Coach

Wang Yanyan，Zhang Shangyuan，Wang Shaoli
（Anhui Ankai Automobile Co., Ltd, Hefei 230051, China）

Abstract：The authors introduce a kind of body control system based on CAN bus. The system is specially researched and developed for HK6129 model coach. It consists of one instrument module and five control modules. Compared with the traditional bodycontrol system, it has high safety, powerful function, lowcost, convenient maintenance and other advantages.

Key words:CANbus; bodycontrol system; instrument module; control module

中圖分類號：U463.62

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1006-3331（2016）02-0040-03

作者簡介：王燕燕（1984-），女，助理工程師；主要從事汽車線束系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)工作。