汽车车身CAN总线系统设计

2014-07-03郝魁孙华伟腾彦飞

科技与创新 2014年7期

郝魁　孙华伟　腾彦飞

摘要：随着现代汽车电子技术的发展与广泛应用，汽车车身的电子设备越来越多，各部分通信控制之间更为复杂。传统电器之间的连接使用点对点方式的单一通信，而使用CAN总线技术使车身电控系统之间的连接更加智能化。车身使用的是低速的CAN总线网络，对于车身整体控制性要求较低。车身控制一般包括对门锁、前后视镜、天窗、室内空调等的控制。

关键词：汽车；车身控制；CAN总线；电子技术

中图分类号：U469.11 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0001-02

CAN总线技术主要应用于动力系统子网和车身系统子网，我们研究的车身网络控制属于低速CAN网络。随着CAN总线技术的广泛应用，其开发流程与方法成为了研究的重点。基于CAN总线技术的车身控制代替了车身点对点的复杂连接，使用CAN总线式网络拓扑形式，将车身各个控制节点连接，利用软件实现对车身网络节点的综合控制。

1 汽车网络总线开发流程

CAN总线技术在车身的广泛应用，使人们更加关注CAN总线的整体开发流程。车身CAN总线网络的开发流程主要包括系统整体设计和具体实现方法。系统整体网络设计包括了所有要遵循的设计方法。使用网络拓扑形式的设计方法时，首先要分析CAN总线的系统功能要求、整体结构的设计与仿真，制订符合CAN总线要求的通信与控制协议，这样才能为供货商提供整车ECU节点设计（包括软件节点、硬件节点、软件与硬件结合节点的系统集成），完成CAN总线的验证与仿真。具体实现方法包括实现这些功能所需要的硬件和软件的选型与设计。

2 车身CAN总线系统的拓扑结构设计

车身网络系统拓扑结构主要包括中央控制器、左右前后车门控制器、车内空调控制器、前后座控制器等，这些控制器都挂接在CAN总线上。这里我们选择中央控制模块进行研究。车身网络控制选择的是低速通信，因此传输波特率选择50 kb/s作为CAN总线的通信速率。车身CAN网络拓扑结构如图1所示。

为了方便驾驶员了解整车状态参量，可以选择CAN总线仪表，将车身控制模块和动力传动模块集成网关，获得车速信号、转速信号、各类传感器信号和变速器挡位信号。这些信号通过仪表显示出来，使驾驶员能够及时了解各类信息并判断汽车的运行状态。

3 中央控制器网络节点功能分析

3.1 操作位置

在中央控制器的输入信号中主要是操作位置的输入。输入信号主要包括发动机的转速信号、车速信号、点火开关信号、变光信号、前后门锁信号、后备箱开关锁、CAN总线信号等。

3.2 控制区域

中央控制器的控制区域包括执行机构（比如各类型的电动机）和CAN总线。

3.3 控制功能简述

3.3.1 发送车身状态信号

当点火开关打开时，点火信号节点向CAN总线发送相关点火开关接通的信号。对节点进行设定，使其定时向CAN总线发送相关发动机状态信号，比如发动机转速、车速信号。当整车发生碰撞时，及时通过有关节点向CAN总线发送碰撞信号。

3.3.2 后备箱开关锁控制

当总线上需要询问后备箱开关状态时，后备箱节点将会检测此时开关锁的状态信息，并及时将节点信息发送到CAN总线上。如果此时车速大于15 km/h，后备箱未关闭，则执行闭锁行为；如果此时车速小于15 km/h，后备箱保持关闭，则不开锁。当总线上收到后备箱锁的开关信号时，执行后备箱的门锁开关动作，同时CAN总线及时向中央控制器发送信号。

3.4 信号功能简述

3.4.1 点火开关状态信号

点火开关状态信号用来表示点火开关状态量，接通时导通12 V电源电压；断开时表示为空置，内部电阻拉低。信号经过RC振荡电路的滤波，将节点信息发送给总线，用于判断点火开关状态。

3.4.2 碰撞信号

碰撞信号表示车辆发生碰撞的状态，该信号为方波。

3.4.3 后备箱门开关状态信号

后备箱门开关状态信号用来表示后备箱门开关状态的开关量。门开时电压为0 V接地，门关闭时悬空，内部电阻拉高。信号经硬件RC振荡电路，用于信号的滤波。该信号来自车内开关，由控制器发往总线。

3.4.4 车速信号

此车速信号与后备箱门开关有关，是一种数据量，可进行方波调频。该信号来自车速传感器，经控制器发往总线。

4 车身中央控制器网络通信协议

总线网络通信需要统一的协议来规范整车各类电子控制器之间的交流语言，该协议可以对整车电子控制单元之间进行数字信息的相互交换和各个特性作出规定。一般情况下需要对网络系统中的总线式拓扑结构、各个控制器单元节点、硬件接口直接的电气特性等进行统一规范。

在定义车身网络通信协议时，卡车、客车等均采用29位标识符的帧结构，而普通家用车采用11位标识符的标准格式。各节点定义以50 ms的通信周期发送到总线进行数据交换。