基于CAN/LIN总线的汽车电子网络化研究和应用

黄亦文

摘 要：本文围绕主控制器模块、CAN/LIN混合网络、空调、车门、车灯、油门踏板控制系统等模块，针对汽车电子网络化系统的结构设计思路进行分析，并以车载通信网络系统为例，通过仿真实验对汽车电控单元的网络化通信性能进行检测，证明CAN/LIN混合网络的应用能够有效提升汽车电子网络的综合使用性能。

关键词：汽车电子;CAN/LIN总线;车载网络

0 引言

CAN总线和LIN总线均是一种应用于分布式汽车电子控制系统的串行通信网络，其中CAN总线适用于传输速率从1Mbps至50Kbps的汽车网络，而LIN总线主要为CAN总线提供辅助功能、用于节约网络成本。基于CAN/LIN混合网络进行汽车电子网络化系统设计，能够有效精简线路、节约成本、提升通信速率。

1 汽车电子网络化系统结构设计

（1）系统结构。汽车电子网络化总控平台主要由以下模块组成：其一是主控制器，用于实现对系统内部整体CAN/LIN网络的控制，将从控制屏处接收到的信息转换为CAN/LIN数据帧，并发送至各节点处，实现对空调、车门、车灯及油门踏板等系统的控制;其二是由CAN、LIN总线组成的混合通讯网络，利用CAN/LIN网关为CAN与LIN网络间提供通讯支持，由CAN、LIN单元共同组成网关系统，依托节点处的电路与收发器设计实现协议转换;其三是空调控制系统，由主控制器与CAN实现双模式转换，配合汽油发动机、蓄电池形成混合供电系统，驱动空调系统运行;其四是车门控制系统，在汽车前、后车门处共设有4个控制节点，实现对玻璃升降器、按键、后视镜电机、中控门锁的控制;其五是车灯控制系统，基于分布式控制模式进行控制开关状态检测与控制，实现CAN与LIN网络的连接;其六是油门踏板系统，利用传感器与总线通讯方式进行信号发送、控制油门开合。

（2）硬件设计。主控制器系统采用LPC2194芯片，设有ARM7TDMI-S微处理器与CAN通讯接口，节点控制器选用M68HC08系列微控制器单元;电源系统采用数字电路双电源，结合电压范围选择DC1.8V、DC3.3V两种稳压电源，并且在校准电路输出端设置0.1μF去耦电容与旁路电容;CAN总线收发器与LIN总线收发器分别采用MC33388和MC33399芯片，配合保护电路的设置，减少EME和EMI;液晶屏采用LFUBK911，触摸屏控制器采用ADS7846四线电阻式控制器;油门踏板设有A/D转换器，通过将其输入端连接外部放大器完成采样过程，配合外部输入电阻提供滤波功能;针对车灯、车床、车门等系统采用集成驱动方式设计，选取MC33288、MC33286两种芯片，提供过压保护和防压接功能;空调系统采用伺服电机驱动转向器，利用微控制器单元的I/O线控制AC驱动的输出，提供短路保护[1]。

（3）软件设计。主控制器采用嵌入式操作系统，由main（）、任务间通信、触摸屏、显示与外部节点通讯等任务组成软件系统架构;节点软件系统采用C语言编程，CAN节点由初始化、I/O、伺服电机驱动、AC信号驱动、输入信号采样等模块组成软件系统，LIN节点由协议层、应用接口及应用层组成结构化程序模块。在CAN/LIN网关平台的软件设计上，协议层模块由bool rec_data和void send_data两个子函数组成，接口层模块包含void ptr_rd和void ptr_wr两个子函数，搭配增量式PID算法进行车窗升降电机等特殊节点的软件设计，其算法表示为：

2 基于CAN/LIN总线的车载通信网络应用检测

（1）CAN/LIN網关接口。以某车载通信网络系统为例，该系统采用CAN/LIN网关平台，利用网关节点进行CAN、LIN总线数据帧的拆分、存储与生成，选取MC9S08DZ60作为网关主芯片，通过PTE6引脚与CAN总线收发器的TXD引脚连接、将PTE7引脚与RXD引脚连接，且CAN总线收发器的两引脚通过连接总线接口实现数据帧的收发，提供网络通信与控制功能[2]。

（2）协议转换过程。在CAN/LIN网关的协议转换设计上，首先是混合网关与CAN节点的通信，在发送CAN数据帧时需结合CAN数据帧进行ID值、DLC值、CRC场值、ACK场值的设置与发送，在接收CAN数据帧时需经由拆分处理进行ID值、DLC场值、CRC值的判断;其次是混合网关与LIN节点的通信，在发送LIN数据帧时需进行同步间隔、同步场0x55的发送与校验并计算、发送ID场值，在接收LIN数据帧时需依次接收同步场、同步、ID、校验及场并完成判断、保存数据;最后是非混合网关节点与CAN总线的通信，基于芯片完成数据字节的拆分，对照第1、2个数据字节和余下纯数据字节完成LIN数据字节中源地址、目标地址与DLC的配置，再完成由CAN向LIN数据字节的转换，并添加同步场及校验码，即可完成数据帧转换过程。

（3）仿真实验。利用Simulink仿真工具建立基于CAN/LIN总线的车载通信网络仿真模型，在模型上共包含3个CAN节点、2个LIN节点和混合网关，其中CAN、LIN两节点模型每秒分别发送5帧和2帧数据，通过比较数据帧ID大小进行数据帧的筛选发送。仿真结果表明，由CAN1节点发送的数据可被LIN2节点完整接收，且LIN1节点发送的数据也可被CAN2节点正确接收，说明该混合网关模型可实现CAN、LIN数据帧的有效收发及协议转换，具备良好应用价值。

3 结论

本文基于CAN/LIN总线进行汽车电子网络化控制系统的设计，针对其中的车载通信网络系统开展仿真实验，实验结果表明各CAN、LIN总线节点均可实现通信数据的正确收发，以及CAN、LIN数据帧的收发和协议转换，并且在通信速率、灵活度、容错性等方面均具有良好应用价值，有效发挥通信控制功能。

参考文献：

[1]景疆辉，赵云堂.CAN总线系统的故障诊断方法[J].汽车维修与保养，2019（01）：56-57.

[2]孟妮.基于LIN总线汽车车门电子控制系统设计[J].机械制造与自动化，2018（03）：232-235.