寶來車的CAN總線特點分析

CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，由于在數(shù)據(jù)通訊上具有突出的可靠性、實時性和靈活性，并可以非常有效地構成分布式控制/實時檢測系統(tǒng)而得到了廣泛應用。

隨著人們對汽車動力性、操縱穩(wěn)定性、安全性和舒適性的不斷追求，現(xiàn)代汽車上安裝了很多電子控制設備、電子部件、專用傳感器和功能各異的執(zhí)行裝置。為了解決汽車電子系統(tǒng)控制中，許多動態(tài)信息資源共享、信息處理的實時性等問題，大多數(shù)中、高檔汽車上都采用了CAN總線技術作為控制器聯(lián)網(wǎng)手段。寶來車的CAN總線具有高可靠性全面提高了寶來車的動力性、經(jīng)濟性和安全性。

一、寶來車CAN總線的組成與結構

寶來車采用兩條CAN總線，即驅動系統(tǒng)CAN總線和車身系統(tǒng)CAN總線，這兩總線完全能夠滿足ISO的定義。驅動系統(tǒng)CAN總線，其通信速率為500kbps，被稱為高速CAN，其連接對象為汽車動力和傳動機構的控制單元等。汽車發(fā)動機控制單元、自動變速器控制單元、ABS控制單元、安全氣囊控制單元等。車身系統(tǒng)CAN總線，其通信速率為100kbps，被稱為低速CAN或舒適系統(tǒng)CAN，其連接對象為中央控制器，4個門控制器等。此外寶來車還有一個重要特征，便是

在車身系統(tǒng)的CAN中引入了網(wǎng)絡管理的概念。這對于事件觸發(fā)性質的數(shù)據(jù)通信來說是非常合適的。

用于驅動系統(tǒng)的高速CAN和用于車身系統(tǒng)的低速CAN是兩個相互獨立的總線，但從資源共享的角度來看，它們之間最好有座連接橋梁，以使車身系統(tǒng)也能獲得驅動系統(tǒng)的信息。當然，從傳統(tǒng)思路來考慮，只要增加幾根導線似乎就能解決問題。但從實際開發(fā)時，即在現(xiàn)有的控制器硬件上，要增加哪怕一個信號引出腳都將導致硬件的重新設計，往往成本和進度都不允許這么做。為了獲得對方系統(tǒng)的信息，而又不涉及到硬件上的任何改動，寶來車使用了網(wǎng)關—J533完成了此任務，寶來車的網(wǎng)關是“寄生”在組合儀表內的如圖1所示。

圖1 寶來車CAN模型

二、寶來車驅動系統(tǒng)CAN總線

寶來汽車上典型的與驅動系統(tǒng)有關的控制單元有電控燃油噴射系統(tǒng)、自動變速器系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、安全氣囊系統(tǒng)等。

由于每個控制單元對實時性的要求是因數(shù)據(jù)的更新速率和控制周期不同而不同的，為了滿足各子系統(tǒng)的實時性要求，與對公共數(shù)據(jù)實行共享，如發(fā)動機轉速、車輪轉速、油門踏板位置等，如寶來車的4缸汽油機運行在4000r/min，則電控單元控制兩次噴射的時間間隔為6ms，其中噴射持續(xù)時間為30度的曲軸轉角(1ms)，在剩余的5ms內須完成轉速測量、油量測量、A/D轉換、工況計算、執(zhí)行器的控制等一系列過程。這就意味著數(shù)據(jù)發(fā)送與接收必須在1ms內完成，才能達到汽油機電控的實時性要求。這就要求其數(shù)據(jù)交換網(wǎng)是基于優(yōu)先權競爭的模式，且本身具有極高的通信速率，寶來車采用了CAN總線正是為滿足這些要求而設計的。

寶來汽車驅動系統(tǒng)CAN的主要連接對象如圖2所示。顯然，將以上控制器歸并到一根總線上是非常合理的。因為它們所具備的基本特征是一致的，所控制的對象是與汽車的行駛直接有關的系統(tǒng)，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。這樣可提高發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性能。

圖2 寶來車驅動系統(tǒng)CAN總線

三、車身系統(tǒng)CAN總線

除驅動系統(tǒng)外，車身系統(tǒng)CAN也是一條主要的控制器局域網(wǎng)絡。它的主要連接對象為：中央控制器，4個門控制器，還包括記憶模塊和其他組件如圖3所示。車身系統(tǒng)的控制對象主要是4個門上的集控鎖、車窗、行李箱鎖、后視鏡及車內頂燈。在具備遙控功能的情況下，還包括對遙控信號的接收處理和其他防盜系統(tǒng)的控制。

圖3 寶來車車身系統(tǒng)CAN總線

寶來車的司機座椅左下側有幾個按鈕，當駕駛者坐在該坐椅上，按動這些按鈕就可以調節(jié)坐椅的縱向距離、前部高度、后部高度及靠背的傾斜度。在車門上還有后視鏡電動調節(jié)按鈕，駕駛者在車內就能把后視鏡調節(jié)到最佳角度。當把以上操作完成后，再按動座椅左下側的記憶按鈕，該車就記住了這位駕駛者個人設定。當下次該駕駛者要駕車時，只要按一下記憶鍵，座椅就會自動調到最佳位置，使駕駛者有一個舒適、安全的駕駛環(huán)境。

當駕駛者離車時，把車鑰匙插入門鎖向左轉90度，保持片刻，司機側中央門鎖給司機一側車門控制單元J386一個信號，司機側車門控制單元J386此時就向CAN總線發(fā)出一個鎖門信號，連在該總線上的副司機一側車門控制單元J387、左后車門控制單元J388、右后車門控制單元J389收到該信號，馬上執(zhí)行鎖門操作，同時將車門玻璃升起。連在該總線上的舒適系統(tǒng)中央控制單元將車內燈關閉。同時激活該車的防盜系統(tǒng)。

駕駛者要上車時，可在遠處通過車鑰匙遙控該車，當防盜系統(tǒng)通過無線電接收器收到開門信號時，控制單元向CAN總線發(fā)出一個解鎖信號，連在該總線上的各車門控制單元收到該信號后，同時開鎖，并且防盜系統(tǒng)自動停止工作。司機可直接開門入車，而不必把車鑰匙插入門鎖內，這種功能運用在夜間是非常方便、快捷的。

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當汽車發(fā)生撞車事件后，撞車監(jiān)測系統(tǒng)即發(fā)出信息給中央控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)能依據(jù)事件的類別，如前撞、后撞或側撞來激活緊急制動系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、自動報警系統(tǒng)以及轎車門鎖集控系統(tǒng)動作。由于安全氣囊系統(tǒng)與車門鎖集控系統(tǒng)之間存在著一定的關聯(lián)性和時序性，因此在撞車事件發(fā)生時，可通過CAN網(wǎng)絡的無損仲裁消解沖突，使車門鎖集控系統(tǒng)滯后動作，在安全氣囊系統(tǒng)解除后才能動作，從而避免車門被撞開造成人員被拋出車外的情況。而且在撞車后保證門鎖處于打開狀態(tài)，使車內乘員能順利出來，提高了汽車的安全性。

寶來車中央控制器除承擔遙控系統(tǒng)的信號接受和處理功能外，更重要的是扮演了系統(tǒng)診斷接口的角色，也就是說4個門控制器均不帶診斷接口。所有診斷信息均按這樣的路徑傳輸：診斷測試儀—中央控制器—門控制器。寶來車身系統(tǒng)CAN在這層意義建立了傳輸通道，保證診斷信息的正常流通;另外車身CAN能單線工作和在系統(tǒng)中實施網(wǎng)絡管理也是寶來車的特色之一。

從上可以看出車

身CAN的通訊速率比驅動系統(tǒng)的低，但其實時傳輸控制數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)、以及保證機構工作的準確性、可靠性方面的要求并不底，故其技術含量卻比驅動系統(tǒng)高。

四、寶來車CAN總線可靠性分析

寶來車的CAN總線在采用雙絞線作為通信介質以及在電路設計合理和軟件滿足需求的情況下，充分利用了CAN協(xié)議的可靠性機制，從基于優(yōu)先權的無破壞仲裁、錯誤監(jiān)測機制、暫時性故障節(jié)點和永久性故障節(jié)點等幾方面入手，節(jié)點變化圖4已表示出來，解決了CAN協(xié)議中低優(yōu)先權的幀可能長時間得不到發(fā)送的問題，提高了整個系統(tǒng)的容錯能力。

圖4 節(jié)點狀態(tài)變化圖

寶來車上的CAN收發(fā)器采用了TJA1054芯片一方面大幅度地電磁輻射干擾，同時又一直在跟蹤監(jiān)測CAN總線的CANH和CANL兩根線的運行狀態(tài)，調整了CANH和CANL參數(shù)的匹配關系;另外在CANH和CANL信號線與地線之間加裝了兩個并聯(lián)電容，即冗余結構，全面地提高了寶來車CAN總線的工作穩(wěn)定性與可靠性。

寶來車的CAN總線有故障自診斷系統(tǒng)。通過組合儀表內的數(shù)據(jù)總線自診斷接口—J533(網(wǎng)關)，數(shù)據(jù)總線與自診斷K線可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

自診斷接口—J533有一個自診斷地址，專門的查詢故障存儲器、清除故障存儲器和故障表，及時解決汽車運行時出現(xiàn)的故障。

五、結束語

由于CAN總線的可靠性高、實時性強，設計獨特，目前已廣泛應用于國外汽車的電控系統(tǒng)中。CAN總線在寶來車上應用后，使得該車各個電控單元能夠通過CAN總線共享所有信息和資源，減少了布線和傳感器的重復，增強了控制功能，汽車的動力性、經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性、安全性都得到了提高。