基于CAN/LIN總線技術(shù)的車身控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

路　平，孫　燦，張進(jìn)明（北京汽車研究總院有限公司電子電器與空調(diào)部，北京　101300）

基于CAN/LIN總線技術(shù)的車身控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

路平，孫燦，張進(jìn)明
（北京汽車研究總院有限公司電子電器與空調(diào)部，北京101300）

描述所設(shè)計(jì)的一種基于CAN/LIN總線技術(shù)的多功能汽車車身控制器主要功能，分析、討論其功能特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方式。

車身控制器；CAN總線；功能

隨著汽車行業(yè)電氣系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，電控單元在汽車中的應(yīng)用越來越多，分離模塊大量使用的同時(shí)也帶來了成本增加、故障率上升、布線復(fù)雜、智能化人性化、信息共享等問題，因此需要設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的控制模塊，來替換部分離散控制單元功能，這就是車身控制器 （簡稱BCM）。BCM是汽車內(nèi)最重要的模塊之一，BCM被用來控制不需專用控制器的常用 “車身”功能，包括車窗、車鏡、車門鎖和車燈控制等，此外，BCM還可以具有通過網(wǎng)絡(luò)總線在不同模塊間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)作用。因?yàn)锽CM連接多個(gè)汽車總線，所以它是為汽車增加新功能的理想平臺(tái)。當(dāng)汽車電子設(shè)計(jì)工程師想為汽車添加新的功能，但又沒有太多時(shí)間、空間或預(yù)算來增加新模塊時(shí)，他們?？赏ㄟ^為BCM編寫新軟件并借助其連網(wǎng)能力來實(shí)現(xiàn)這些功能［1］。

1　總體方案介紹

本文設(shè)計(jì)的基于CAN/LIN總線技術(shù)的多功能汽車車身控制器 （BCM），可以同時(shí)具備傳統(tǒng)車身控制功能，又可以擴(kuò)展網(wǎng)關(guān)、IMMO（發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜）、TPMS（胎壓監(jiān)測系統(tǒng)）和RKE的功能，能夠滿足多款汽車研發(fā)平臺(tái)要求及覆蓋多種車型配置需求。該BCM是可以覆蓋多種車型配置需求的單一模塊，對(duì)于上述所有功能可以按要求進(jìn)行擴(kuò)展。該車身控制器可具備的主要功能介紹如下。

1）基礎(chǔ)功能RKE遙控鑰匙功能 （Remote Keyless Entry）；外部開關(guān)信號(hào)采集與其它信號(hào)采集；車外燈光控制 （包括遠(yuǎn)/近光燈、左/右轉(zhuǎn)向燈、前/后霧燈、位置燈等）；車內(nèi)燈光控制 （包括各種開關(guān)背光燈控制、開門指示燈、防盜指示燈、閱讀燈、行李廂等）；刮水系統(tǒng)控制 （包括前后刮水電機(jī)控制、前后玻璃清洗控制）；電源模塊，電池節(jié)電，能量管理；警告控制 （包括鑰匙警告，安全帶警告，停車警告，門開狀態(tài)警告，尾燈警告信息等）；車輛碰撞開鎖控制。

2）可擴(kuò)展功能集成網(wǎng)關(guān)功能 （1條高速CAN，1條低速CAN，2條LIN）；IMMO發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜功能；TPMS胎壓監(jiān)測系統(tǒng)功能。

2　網(wǎng)關(guān)功能

總線網(wǎng)關(guān)模塊與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由器類似，是整個(gè)汽車內(nèi)最先進(jìn)、計(jì)算最密集的應(yīng)用之一。大多數(shù)電子控制單元 （ECU），無論是底盤、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，還是車身電子領(lǐng)域，都必須通過中央網(wǎng)關(guān)向其它汽車子系統(tǒng)傳遞信息。除了為不同通信協(xié)議提供一個(gè)焦點(diǎn)外，該網(wǎng)關(guān)還作為集中診斷和其它模塊的再編程路由器使用，在實(shí)現(xiàn)信息共享的同時(shí)，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全局網(wǎng)絡(luò)管理，增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性；不采用單獨(dú)網(wǎng)關(guān)控制模塊，既可以節(jié)約網(wǎng)關(guān)成本又可以減少網(wǎng)關(guān)的布置工作和物理及管理成本。該功能中CAN通信集成OSEK網(wǎng)絡(luò)管理、符合CAN2.0通信協(xié)議和ISO15765診斷協(xié)議；LIN通信符合LIN2.0通信協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖1所示。CAN1為PT_CAN，采用500kb/s的高速CAN網(wǎng)絡(luò)，滿足動(dòng)力底盤控制系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性要求；CAN2為Body_CAN，采用125 kb/s的高速CAN網(wǎng)絡(luò)，提高了車身網(wǎng)段的速率，滿足電子化水平不斷提升的車身控制系統(tǒng)，便于車身節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展。

圖1　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

該BCM本身集成的CAN收發(fā)器采用Philips的TJA1040芯片，LIN收發(fā)器采用TJA1021芯片，可以滿足PT_CAN（動(dòng)力CAN）與Body_CAN（車身CAN）之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換功能及網(wǎng)絡(luò)總線通信要求。該BCM的CAN收發(fā)器內(nèi)部電路見圖2，LIN收發(fā)器內(nèi)部電路見圖3。

圖2　BCM內(nèi)部TJA1040 CAN收發(fā)器電路圖

圖3　BCM內(nèi)部TJA1021 LIN收發(fā)器電路圖

3　TPMS功能

輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng) （TPMS）是一項(xiàng)新的汽車被動(dòng)安全裝置，可以幫助駕駛者實(shí)時(shí)掌握輪胎的壓力狀況，幫助減少因輪胎故障所引發(fā)的交通事故，增加車輛駕駛的安全性，幫助節(jié)約油耗，減少輪胎橡膠磨損，以節(jié)約能耗，保護(hù)環(huán)境。

本文所設(shè)計(jì)的TPMS為直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器，直接測量輪胎的氣壓、溫度和電池電量，并對(duì)各輪胎氣壓和溫度進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)輪胎氣壓等于或低于建議標(biāo)準(zhǔn)胎壓值的25%或有滲漏及快速漏氣時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。TPMS接收模塊集成在BCM里，與RKE共用一個(gè)NXP Receiver接收芯片，發(fā)送頻率都為433.92 MHz；高頻接收天線與RKE天線共用，從BCM插接件中單獨(dú)引出，可以減少干擾且傳輸距離更遠(yuǎn)。同時(shí)可以在軟件中定義RKE信號(hào)在車輛靜止時(shí)使用，TPMS信號(hào)在車輛行駛狀態(tài)時(shí)激活，這樣可以避免TPMS與RKE同時(shí)發(fā)送信號(hào) （產(chǎn)生干擾）。圖4為BCM集成TPMS硬件系統(tǒng)示意圖。

圖4　BCM集成TPMS硬件系統(tǒng)示意圖

四輪胎壓傳感器采用SCHRADER公司的插入式傳感器，通過RF方式發(fā)送輪胎溫度、壓力和電池電量信號(hào)，給BCM中的TPMS接收模塊，接收胎壓傳感器信號(hào)后處理，通過CAN通信將信息傳遞給組合儀表，儀表從CAN上獲取信息顯示胎壓報(bào)警符號(hào)、系統(tǒng)故障報(bào)警符號(hào)、電池電量低符號(hào)及車形狀符號(hào)顯示。

4　IMMO功能

發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜系統(tǒng) （IMMO）主要由微處理器及外圍元器件 （防盜線圈、轉(zhuǎn)發(fā)器）組成，它實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)發(fā)器和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的通信。當(dāng)用點(diǎn)火鑰匙接通ON擋時(shí)，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器加密認(rèn)證成功，則發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS允許發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，汽車可以起動(dòng)。

電子防盜功能中，BCM集成IMMO控制器，采用一體式防盜線圈集成Philips PCF7992芯片，數(shù)據(jù)通過

LIN線傳輸與BCM通信，認(rèn)證用戶點(diǎn)火鑰匙內(nèi)的密碼轉(zhuǎn)發(fā)器；BCM與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS通過CAN總線通信，加密認(rèn)證。以上兩步認(rèn)證都成功時(shí)，才能允許起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。圖5為BCM系統(tǒng)示意圖。

圖5　BCM系統(tǒng)示意圖

5　總結(jié)

該BCM的相關(guān)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，有助于汽車制造廠降低開發(fā)成本和維護(hù)成本，可以覆蓋多種車型，對(duì)每種車型只需進(jìn)行一些配置工作，從而縮短產(chǎn)品整體上市時(shí)間，并提高了整車的安全性、舒適性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性，也滿足了現(xiàn)代汽車的控制和管理要求，是目前汽車主機(jī)廠車身電器控制系統(tǒng)的一種應(yīng)用趨勢。

該產(chǎn)品及其相關(guān)技術(shù)已在北汽某款自主品牌車型上進(jìn)行路試驗(yàn)證，并獲得了較好的測試效果，后續(xù)會(huì)考慮在部分新車型上進(jìn)行量產(chǎn)推廣。

Design and Application of Body Controller Based on CAN/LIN Bus Technology

LU Ping，SUN Can，ZHANG Jin-ming
（Electronic Electric&Air Condition Dept.，Beijing Automotive Technology Center，Beijing 101300，China）

The main functions of a multifunctional automobile body controller based on CAN/LIN bus technology are described；its function characteristics and realization way are analyzed and discussed.

body controller；CAN bus；function

U463.4

A

1003-8639（2016）02-0014-02

（編輯心翔）

2015-11-29；

2015-12-05

路平 （1982-），男，北京人，工程師，碩士，主要從事車身控制系統(tǒng)開發(fā)。

［1］蔡茹.基于CAN/LIN總線的車身電子控制系統(tǒng)［D］.長春：吉林大學(xué)碩士論文，2006：1-5.