- 汽車管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
- 汽車上原始信號節(jié)點的設(shè)置
- 節(jié)點與CAN總線的接口設(shè)計
- 采用多路總線設(shè)計
- 汽車驅(qū)動系統(tǒng)中采用高速CAN
- 車身系統(tǒng)中采用低速CAN
隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展及汽車性能的不斷提高，汽車上的電子裝置越來越多。傳統(tǒng)的電器系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，相互之間很少有聯(lián)系，這樣必然造成龐大的布線系統(tǒng)。目前，國外許多整車制造廠和汽車電器制造廠家在整車管理系統(tǒng)中采用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如CAN和LIN、SAEJ1850等。其中，CAN的使用較為廣泛。
CAN總線是德國BOSCH公司于20世紀(jì)80年代初提出的，它將汽車上各種信號的接線只用2根簡潔的電纜線取代塑料工業(yè)網(wǎng)，汽車上的各種電子裝置通過CAN控制器掛到這2根電纜上，設(shè)備之間利用電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)共享，從而大大減少了汽車上的線束。CAN總線結(jié)構(gòu)獨特，性能可靠，被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場控制總線之一。
由于客觀條件的限制，目前我國的整車制造廠和汽車電子電器廠幾乎沒有涉及到汽車電器網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計的領(lǐng)域。但隨著我國汽車工業(yè)和電子工業(yè)的發(fā)展，進(jìn)行汽車電器的網(wǎng)絡(luò)化研究與開發(fā)已經(jīng)成為十分重要的課題。
整車管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
汽車上各種電器對網(wǎng)絡(luò)信息傳輸延遲的敏感性差別很大，發(fā)動機控制器、自動變速器控制器、ABS控制器、安全氣囊控制器等之間的協(xié)調(diào)關(guān)系所要求的實時性很強，而前后車燈的開關(guān)、車門開閉、座位調(diào)節(jié)等簡單事件對信息傳輸延遲的要求要寬松得多（傳輸延遲允10ms-100ms），如果將這些功能簡單的節(jié)點都掛在高速總線上，勢必會提高對節(jié)點的技術(shù)要求和成本，故有必要進(jìn)行多路總線設(shè)計?？紤]到與國際上標(biāo)準(zhǔn)的一致性這里采用2條CAN總線。
汽車驅(qū)動系統(tǒng)中采用高速CAN，信息傳輸速度達(dá)500K－1Mbps，其主要連接對象是：發(fā)動機、自動變速器、ABS/ASR、安全氣囊、主動懸架、巡航系統(tǒng)、電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及組合儀表信號的采集系統(tǒng)等。驅(qū)動系統(tǒng)CAN的控制對象都是與汽車行駛控制直接相關(guān)的系統(tǒng)工業(yè)自動化網(wǎng)，對信號的傳輸要求有很強的實時性，它們之間存在著較多的信息交流，而且很多都是連續(xù)的和高速的。
車身系統(tǒng)中采用低速CAN，信息傳輸速率為100Kpbs，主要連接對象是：前后車燈控制開關(guān)、電動坐椅控制開關(guān)、中央門鎖與防盜控制開關(guān)、電動后視鏡控制開關(guān)、電動車窗升降開關(guān)、氣候（空調(diào)）控制開關(guān)、故障診斷系統(tǒng)、組合開關(guān)及駕駛員操縱信號采集系統(tǒng)、儀表顯示器等。車身系統(tǒng)CAN的控制對象主要是低速電機、電磁閥和開關(guān)器件，它們對信息傳輸?shù)膶崟r性要求不高，但數(shù)量較多，將這些電控單元與汽車驅(qū)動系統(tǒng)分開有利于保證驅(qū)動系統(tǒng)的實時性；采用低速CAN總線還能增加總線的傳輸距離，提高抗干擾能力，降低硬件成本。
兩條CAN總線相互獨立,通過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和資源共享。中央控制器是整車管理系統(tǒng)的控制核心，也是整車綜合控制的基礎(chǔ)，主要功能是對各種信息進(jìn)行分析處理，并發(fā)出指令，協(xié)調(diào)汽車各控制單元及電器設(shè)備的工作。同時MMSonline.com.cn，中央控制器也是高速CAN總線和低速CAN總線的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。
節(jié)點的設(shè)置
本設(shè)計以低速CAN總線為基礎(chǔ)的車身控制系統(tǒng)為重點，為了將汽車上各類原始信號轉(zhuǎn)換為可在CAN總線上進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)字量信號，同時也為了提高系統(tǒng)的可靠性，在低速總線上設(shè)置了節(jié)點。節(jié)點的功能是：接收傳感器輸出的模擬信號、數(shù)字信號或開關(guān)信號，經(jīng)ECU進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為可在CAN總線上通訊的數(shù)據(jù)報文格式，經(jīng)ECU內(nèi)的CAN控制器發(fā)送到CAN總線上,同時將從CAN總線上接收到的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動執(zhí)行器或照明燈的模擬信號或數(shù)字信號.節(jié)點的設(shè)置原則僅僅考慮各電器元件在汽車上的物理位置。
節(jié)點1：主要控制前部車燈和汽車?yán)?，位于駕駛室前部。
節(jié)點2：采集組合開關(guān)及其他位于儀表板附近的操縱開關(guān)的信號，位于儀表板附近。
節(jié)點3：將需要在儀表上顯示的內(nèi)容處理后，輸出并顯示，位于儀表板內(nèi)部。
節(jié)點4：采集空調(diào)、中央門鎖、駕駛室翻轉(zhuǎn)等開關(guān)的狀態(tài)信號，控制空調(diào)、防盜與遙控門鎖、刮雨器等的動作，位于駕駛室內(nèi)手套箱附近。
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節(jié)點5：駕駛員車門控制節(jié)點，采集各開關(guān)信號金屬加工網(wǎng)，控制駕駛員一側(cè)的門鎖、車窗和電動后視鏡的動作，位于駕駛員車門上。
節(jié)點6：乘客側(cè)車門控制節(jié)點，位于乘客側(cè)車門上。
節(jié)點7：采集儀表顯示信號及駕駛員操縱信號，包括燃油量、冷卻液溫度、機油壓力、電源電壓、空擋開關(guān)、倒車開關(guān)等，位于儀表板附近。
節(jié)點8：整車管理系統(tǒng)的中央控制器，協(xié)調(diào)和管理整車各系統(tǒng)的工作，并起網(wǎng)關(guān)的作用，連接高速和低速總線，位于儀表板附近。
節(jié)點9：采集驅(qū)動系統(tǒng)中與儀表顯示有關(guān)的信號，如車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度等，位于駕駛室內(nèi)手套箱附近。
節(jié)點10：電動坐椅節(jié)點，采集坐椅開關(guān)信號并控制坐椅動作，位于駕駛員坐椅上。
節(jié)點11：控制汽車后部車燈，倒車?yán)群头雷怖走_(dá)監(jiān)視器nc.qoos.ipi，位于汽車后部。
節(jié)點與CAN總線的接口設(shè)計
整車管理系統(tǒng)是由許多節(jié)點通過CAN總線相連而組成的一個局域網(wǎng),因此CAN總線的設(shè)計就顯得極為重要。其中CAN控制器、CAN收發(fā)器的選取以及抗干擾措施將成為設(shè)計的關(guān)鍵。
（1）CAN控制器的選取
為了滿足系統(tǒng)功能和進(jìn)一步擴展的需要，CAN控制器采用MICROCHIP公司內(nèi)部帶CAN引擎的微控制器（單片機）PIC18F248，其片上帶5路10bitA/D轉(zhuǎn)換器、1個8bit,兩個16bit定時/計數(shù)器、1-4路PWM輸出控制器以及22個I/O端口，它除了可以進(jìn)行模擬、數(shù)字量的采集、控制外，還可以通過脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式控制各種執(zhí)行電機的速度。
（2）CAN收發(fā)器的選取
CAN收發(fā)器選用MICROCHIP公司的MCP2551，這是一種應(yīng)用廣泛的CAN控制器與物理總線間的接口芯片，能夠?qū)偩€的信息進(jìn)行差動發(fā)送和接收。它能增大通信距離、提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力、保護(hù)總線、降低射頻干擾等。
（3）光電隔離
汽車上電磁干擾較厲害，對系統(tǒng)的抗干擾能力要求較高，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在CAN控制器（單片機）和驅(qū)動總線的CAN收發(fā)器MCP2551之間增加了由高速隔離器件6N137構(gòu)成的光電隔離電路，電源也采用微型DC/DC模塊來進(jìn)行隔離。
中央控制器（網(wǎng)關(guān)服務(wù)器）與CAN總線的接口設(shè)計
中央控制器選用:
選用帶兩路CAN控制器、支持CAN2.0B通信協(xié)議的數(shù)字信號處理（DSP）芯片作為節(jié)點控制核心。這樣可以增加系統(tǒng)的控制速度，增強系統(tǒng)控制的靈活性以及提高系統(tǒng)的可靠性。這里選用MICROCHIP公司的dsPIC30F系列的16位定點DSP芯片：dsPIC30F6010,其最高處理能力可達(dá)30MIPS,工作溫度范圍可達(dá)(-40--+125)的汽車級別,具有16通道的10bit高速A/D轉(zhuǎn)換器、5個16bit定時/計數(shù)器、8個通用的PMW控制器和8個專用的馬達(dá)控制PWM控制器。此外該芯片還具有MCU＋DSP雙CPU內(nèi)核以及多達(dá)68個I/O端口。
由于dsPIC30F6010內(nèi)部具有雙CAN引擎，所以可以很好地在高速CAN通道和低速CAN通道之間擔(dān)當(dāng)起網(wǎng)關(guān)的功能，同時其DSP的處理速度和豐富的外圍接口資源，使得它足以應(yīng)付汽車電控單元不斷升級的需求。
該整車管理系統(tǒng)是針對國產(chǎn)轎車、越野車以及輕型貨車而設(shè)計的。重點設(shè)計了基于CAN總線的整車管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、車身控制系統(tǒng)、CAN總線的節(jié)點布置、節(jié)點與CAN總線的接口及中央控制器與CAN總線的接口電路。將該系統(tǒng)應(yīng)用于汽車控制系，可明顯減少汽車上的線束，更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個系統(tǒng)，以減少對駕駛者本身素質(zhì)的依賴性，使國產(chǎn)汽車跟上國際技術(shù)潮流，在未來市場角逐中具有更強的競爭力。
