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(gòu)成分布式控制/實時檢測系統(tǒng)而得到了廣泛應(yīng)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(shè)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(shù)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(jié)構(gòu)

寶來車采用兩條CAN總線，即驅(qū)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(qū)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(gòu)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(luò)管理的概念。這對于事件觸發(fā)性質(zhì)的數(shù)據(jù)通信來說是非常合適的。

用于驅(qū)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(qū)動系統(tǒng)的信息。當(dāng)然，從傳統(tǒng)思路來考慮，只要增加幾根導(dǎo)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(dǎo)致硬件的重新設(shè)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(guān)—J533完成了此任務(wù)，寶來車的網(wǎng)關(guān)是“寄生”在組合儀表內(nèi)的如圖1所示。

圖1 寶來車CAN模型

二、寶來車驅(qū)動系統(tǒng)CAN總線

寶來汽車上典型的與驅(qū)動系統(tǒng)有關(guān)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(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角(1ms)，在剩余的5ms內(nèi)須完成轉(zhuǎn)速測量、油量測量、A/D轉(zhuǎn)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(nèi)完成，才能達(dá)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(quán)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(shè)計的。

寶來汽車驅(qū)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(guān)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(qū)動系統(tǒng)CAN總線

三、車身系統(tǒng)CAN總線

除驅(qū)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(luò)。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(nèi)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(cè)有幾個按鈕，當(dāng)駕駛者坐在該坐椅上，按動這些按鈕就可以調(diào)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(diào)節(jié)按鈕，駕駛者在車內(nèi)就能把后視鏡調(diào)節(jié)到最佳角度。當(dāng)把以上操作完成后，再按動座椅左下側(cè)的記憶按鈕，該車就記住了這位駕駛者個人設(shè)定。當(dāng)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(diào)到最佳位置，使駕駛者有一個舒適、安全的駕駛環(huán)境。

當(dāng)駕駛者離車時，把車鑰匙插入門鎖向左轉(zhuǎn)90度，保持片刻，司機側(cè)中央門鎖給司機一側(cè)車門控制單元J386一個信號，司機側(cè)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(cè)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(nèi)燈關(guān)閉。同時激活該車的防盜系統(tǒng)。

駕駛者要上車時，可在遠(yuǎn)處通過車鑰匙遙控該車，當(dāng)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(nèi)，這種功能運用在夜間是非常方便、快捷的。

.

當(dāng)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(cè)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(guān)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(luò)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(nèi)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(dān)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(luò)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(qū)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(gòu)工作的準(zhǔn)確性、可靠性方面的要求并不底，故其技術(shù)含量卻比驅(qū)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(zhì)以及在電路設(shè)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(quán)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(quán)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(diào)整了CANH和CANL參數(shù)的匹配關(guān)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(jié)構(gòu)，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(nèi)的數(shù)據(jù)總線自診斷接口—J533(網(wǎng)關(guān))，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(jié)束語

由于CAN總線的可靠性高、實時性強，設(shè)計獨特，目前已廣泛應(yīng)用于國外汽車的電控系統(tǒng)中。CAN總線在寶來車上應(yīng)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(fù)，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。