汽车控制系统的CAN总线应用模板

汽车控制系统的

CAN总线应用

汽车控制系统的CAN 总线应用

摘要

现代汽车上安装和使用了越来越多的电子控制单元(ECU), 大大提高了汽车的动力性、经济性、舒适性和操作的方便性,但随之增加的复杂电路使车内线束增多、空间紧张、布线复杂,导致车身重量明显增加,降低了车辆的可靠性,增加了维修难度。另外, 各电控单元之间也需要传递大量的信息,有些信息是多个电控单元

共享的,传统的点对点的接线和布线方式不能实现信息共享。由于现代汽车的电子控制器及仪表的数量越来越多,因此现代汽车一般

采用CAN 总线系统,将整个汽车控制系统联系起来统一管理,实现数据共享和相互之间协同工作。

把CAN 总线技术应用于汽车的电气控制就能够解决这些问题也是当前国内外汽车制造商大力开发和正在使用的新技术。CAN 已被广泛应用到各个自动化控制系统中,从高速的网络到低价位的

多路接线都能够使用CAN.例如,在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统和安防监控等领域,CAN 都具有不可比拟的优越性。现代汽车的结构复杂,传感器遍布全车,其类型多种多样,这使得数据变得复杂,大小不尽相同,因此速率也不相同,另外车身系统也需要获得驱动系统的信息,以供维修人员或者驾驶者参考。因此有必要设计一个高效、可靠的网关与数据处理系统。

1.汽车CAN 总线系统.

CAN 的全称是:Controller Area Network, 即区域网络控制器

CAN总线中数据在串联总线上能够一个接一个地传送，所有参加CAN总线的分系统都能够经过其控制单元上的CAN总线接口进

行数据的发送和接收。CAN总线是一个多路传输系统，当某一单元出现故障时不会影响其它单元的工作，汽车CAN总线对不同数据

的传输速率是不一样的，对发动机电控系统和ABS等实时控制用

数据实施的是高速传输，速率为0.125M波特率〜1M波特率；对车身调节系统（如空调）的数据实施的是低速传输，传输速率在10〜

125K波特率;其它如多媒体系统和诊断系统则为中速传输，速率在前两者之间，这样的区分提高了总线的传输效率。图1为某种客车

的CAN总线系统结构图。

图1 一种客车的CAN总线系统结构

车身系统CAN总线的主要连接对象为：中控、门控制器及其它一些组件。车身系统的控制对象主要是4个门上的集控锁、车

窗、行李箱锁、后视镜及车内顶灯。在具备遥控功能的情况下, 还包括对遥控信号的接收处理和其它防盗系统的控制等等。现代汽车中所使用的电子通讯系统越来越多，如汽车自动诊断系统、自动巡航系统(ACC) 和车载多媒体系统等。系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换。

2.汽车车身整体控制系统设计.

整个系统主要由车内仪表、照明及信号灯组、自动车窗电控节点组成。本系统网络中包含 1 个车内仪表板、 4 组照明、信号灯组和 4 个车门,共9 个节点。其中,照明、信号灯组中包括远光灯、近光灯、转向灯、雾灯、刹车灯,且不同灯的安装位置不尽相同,如图 2

所示。中央控制单元安装在汽车仪表板上,接收司机的操作指令,其余 4 个节点则分别安装在车头、尾部的左侧和右侧与不同车灯相连,控制车灯状态。

图2车灯总线控制结构图

门控单元不但经过 CAN 总线接收中央控制单元指令，还接收 车门

上的开关信号输入，根据指令和开关信号，门控单元做出相应的 动作,然后把执行结果发往中央控制单元，门控单元功能如图 3所 示。将所有节点连接起来，组成一个汽车内部控制网络。由于每个 CAN 节点与网络连接只用两根线 CANH 线和CANL 线，从而大大 减少了线束的使用量。中央控制节点和其它节点之间经过 CAN 收

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发器及CAN 控制器相连，单个节点包括一个单片机控制器、 一个 CAN 收发器和一个 CAN 控制器。中央控制节点接收各节点发送 的现场数据，经过综合计算、 判断做出相应的控制命令，这些命令 将经过CAN 总线传送至各节点，各节点由单片机作为控制器，它用 于采集现场的各项参数，并执行中央控制节点发送的各项命令

，这些

命令将最终传送至各执行机构 ，如车门电机、 车灯、 车窗继电器

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CAN H cm 图3门控单元功能图 3•汽车检测线控制系统的设计.

国内的汽车检测线大多采用 2级分布式计算机控制方式，其系 统

结构如图4所示。第1级为工位控制级，由分布在各工位上的工 位机完

成测控工作，主要担负检测设备运行控制、数据采集和通信

等任务。第2级为监督管理级，由主控机完成测控工作，具有安排检测程序、担负全线调度、综合判定检测结果、存储并集中打印

检测结果报告单和管理数据库等功能。

图 4 CAN 总线计算机控制系统结构

4. CAN 总线计算机控制系统

本文设计了基于CAN 总线,以嵌入式系统为工位机的汽车检测线计

算机控制系统,其系统结构如图所示。该系统以CAN 总线技术为核心,采用总线型网络拓扑结构。 3 个工位由ARM 微控制器组成的嵌入式系统代替工业控制计算机连接到CAN 总线上,主控机和登录机采用普通计算机,它们经过CAN 卡与3个CAN 总线工位节点进行信息交换。CAN 总线工位节点把采集到的现场信号经过调理变换后,送到ARM 微控制器中,最后变成数字信号。数字信号经ARM 微控制器中的CAN 控制器处理后,由CAN 收发器经过总线与主控机进行CAN 协议的数据交换。主控机对传感器检测到的现场信号进一步分析、处理和存储,完成了系统的在线检测和计算机控制。

本设计有如下特点:1.采用基于32 位高性能ARM 微控制器的嵌入式系统作为工位机,代替传统的工业控制计算机。以ARM 为

核心的嵌入式系统具有体积小、功耗低及程序固化在闪存芯片上等特点,可有效节约系统成本,简化系统安装及调试,增加系统稳定性和可靠性。 2.采用CAN 总线代替以太网来完成各工位机之间的通信。以太网节点的硬件成本、软件开发费用很高。而CAN 总线使用普通双绞线作为传输介质, 采用总线型网络拓扑结构、基于优先权的仲裁方式,由CAN 控制器实现硬件纠错,利用CAN 构成

检测通信网络,不但组网自由、扩展性强及实时性好,还具有自诊断和监控能力。因此使用CAN 总线替代以太网应用于汽车检测线能够提高系统的可靠性、稳定性,降低系统开发及后期维护的成

本。 3.采用隔离CAN 收发器代在以往的设计方案中需要高速光耦, 电源隔离模块及CAN 收发器等分立元件才能实现的带隔离的CAN 收发电