CAN总线在HK6129客车上的应用

王燕燕，张上元，王少黎

（安徽安凯汽车股份有限公司，合肥　230051）



CAN总线在HK6129客车上的应用

王燕燕，张上元，王少黎

（安徽安凯汽车股份有限公司，合肥230051）

摘要：介绍一种基于CAN总线的车身控制系统。该系统专门为HK6129型客车研发，由一个仪表模块和5个控制模块组成。与传统的车身控制系统相比，具有安全性高、功能强、成本低、维修方便等优点。

关键词：CAN总线；车身控制系统；仪表模块；控制模块

现代汽车的功能越来越多，需要众多独立的控制单元来实现，并且有必要对汽车数据实行共享。在传统电控系统设计中，难以实现系统信息共享及信息处理的智能化，每增加一项功能都要建立相应的一对一的电缆连接，使得分布车体各处的电缆尤其是主电缆线束趋于庞大、沉重和昂贵，并进而导致设计、安装、调试和维护的困难[1]。为了解决这些问题，现场总线技术应运而生。目前在汽车中应用最广的现场总线技术是控制局域网（CAN）[2]，它是20世纪80年代由德国博世公司专门为实现汽车各电控单元之间的信息共享而开发的。该总线技术具有高速通讯率、高安全性、连接方便、多主站、通讯协议简单和高性能价格比等的突出优点，采用CAN总线是汽车技术发展的一个必然趋势[3-6]。

1　总体设计方案

根据HK6129客车的被控电器的数量、类型以及分布情况，采取以下控制方案：整个HK6129控制系统由五个控制模块和一个组合式仪表组成。五个控制模块分别为左前模块、顶前模块、左后模块、右后模块、发动机模块。主要实现了水温、油压、电压、油量、气压、车速和发动机转速等仪表的显示，车辆前部组合灯的控制，后部组合灯的控制，发动机的起动和熄火控制，刮水器控制，与CAN总线系统相连设备的工作状态显示及设备发生故障的实时报警指示，发动机系统状态指示，ABS系统状态指示等功能。各个模块以及仪表之间通过CAN总线进行连接，通过CAN总线进行数据的传输，从而实现资源的共享，可以减少线束和传感器的数量、提高整个系统的可靠性以及可维护性[7]。总体设计框图如图1所示。

2　具体电路设计

2.1仪表模块

该仪表的主要功能是采集各个开关量、传感器的输入量，并驱动报警指示灯，整个仪表的电路原理如图2所示，大致分成4个部分：信号采集电路、信号处理电路、驱动电路以及CAN总线接口电路[8]。

1）信号采集电路。输入的信号有开关量信号、传感器模拟信号、频率信号。其中，开关量信号包括：远光灯开关、小灯开关、近光开关、后雾灯开关、前雾灯开关、右转向开关、左转向开关、ABS指示开关、ASR指示开关、喇叭开关、电镜除霜开关、踏步灯开关、电视机开关、阅读灯开关、刮水间歇开关、刮水快速开关、刮水慢速开关、燃油报警开关、钥匙ACC档开关、钥匙ON档开关；传感器模拟信号包括：气压传感器、燃油传感器；传感器频率信号包括：车速传感器、转速传感器。由于它们的特性不同，所以设计的采集电路也不同，其开关量采集电路、传感器模拟量采集电路、频率信号输入采集电路如图3、图4和图5所示。

2）信号处理电路。信号处理电路采用飞利浦公司生产的LPC2119微处理器。该芯片是32位单片机，自带2路CAN接口，4路10位的AD转换器，2个32位定时器、实时时钟和看门狗电路等。这些特点使得这款芯片非常适合用来构建基于CAN总线车身控制系统[9]。

3）驱动电路。驱动电路包括报警指示灯驱动电路、LCD驱动电路和步进电机驱动电路。指示灯驱动包括：底盘集中润滑指示、缓冲器工作指示、超温指示、预热指示、充电指示、发动机故障指示、中门关闭状态指示、ABS状态指示。为了提高驱动能力和消除干扰，采用三态锁存器74HC573来驱动LCD。由于HK6129客车上需要用步进电机驱动8个仪表，包括转速表、车速表、两个气压表、油量表、油压表、水温和电量表。因此，需要驱动8个步进电机。选用两片XL2017步进电机专用驱动芯片，每个芯片可以驱动四路步进电机。报警指示灯驱动电路、步进电机驱动电路原理图分别如图6和图7所示。

4）CAN总线接口电路。由于LPC2119已经自带了两路CAN接口，因此无需再另外设计CAN总线的链路层芯片。但是，由于CAN总线的信号和单片机的信号电平并不兼容，因此需要一个转换电路来进行电平转换，这个转换电路称为CAN总线收发器。选用PCA82C250来构建转换电路，其原理图如图8所示。

2.2控制模块

如前所述，HK6129客车的车载控制系统共有5个控制模块。由于各个控制模块除了控制的电器不同，其电路原理是完全相同的，各个模块拥有相同的电路结构。因此，下面仅以顶前模块为例来进行介绍。

1）模块功能及结构原理。顶前模块的功能有：采集开关量，驱动相关的电器，其中开关量输入包括：驾驶员灯开关、顶灯1开关、顶灯2开关、顶灯3开关；驱动电器输出包括：彩灯、电视机、顶灯1、顶灯2、顶灯3、驾驶员灯、踏步灯、空调电源、暖风电源。其结构原理图如图9所示。

从图上可以看出，整个模块大致可以分成开关量采集电路、信号处理电路、功率输出电路和CAN总线通讯电路[10]。其中前三个电路模块和仪表中的完全一样，因此这里只介绍功率输出电路。

2）功率输出电路。本设计在驱动方式上采用智能功率器件[11]。传统的驱动方式是采用继电器加保险丝的方法，这种方法对继电器和用电器以及控制系统的保护作用是有限的，有可能在保险丝烧坏的同时，车身控制系统和继电器已经被烧坏。智能功率器件实际上就是一个大功率的开关MOS管，它不同于传统电磁继电器，它是无触点的。因此，它的寿命要大大高于电磁继电器。另外，智能功率器件还集成了电流检测电路。当流过智能功率器件的电流超过阈值后，就会产生一个反馈信号送给MCU，MCU接到这个信号后就会发出控制信号，使MOS管截止关闭。这样在外部电器短路或过流的瞬间切断电源，从而达到保护其它零部件和本身的功能。选用英飞凌公司生产的BTS441R智能功率器件。电路原理图如图10所示。

3　结束语

研发的基于CAN总线车身控制系统已在HK6129客车上装车，并运行了一年多，总体状况良好。

参考文献：

[1]孙仁云，付百学.汽车电器与电子技术[M].2版.北京：机械工业出版社，2012：372-395.

[2]梁锋华.车身控制系统在我国的发展趋势[J].汽车电器，2009 （3）：1-4.

[3]赵佳.基于SAE J1939协议的混合动力客车通讯技术[J].客车技术与研究，2011，33（2）：55-57.

[4]田芳，陈欢.CAN总线技术在汽车上的应用[J].客车技术与研究，2008，30（6）：27-28.

[5]高燕，高松，赵明.SAEJ1939协议在客车上的应用现状及展望[J].工业控制计算机，2006，19（4）：68-69.

[6]邬宽明.CAN总线原理与应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[7]张辉，彭能岭，陶高伟，等.18 m油电混合动力客车CAN网络架构设计与应用[J].客车技术与研究，2014，36（1）：44-47.

[8]辛友顺，胡永生，薛小铃.单片机应用系统设计与实现[M].福州：福建科学技术出版社，2005.

[9]杜尚丰，曹晓钟，徐津.CAN总线测控技术及其应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

[10]申朝，曾培凯.电动公交车CAN总线系统通信节点的设计[J].公路与汽运，2006（4）：585-589.

[11]王亮.乘用车车身控制系统的低功耗设计[J].汽车电器，2015 （7）：4-8.

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

中图分类号：U463.62

文献标志码：B

文章编号：1006-3331（2016）02-0040-03

作者简介：王燕燕（1984-），女，助理工程师；主要从事汽车线束系统的设计开发工作。