基于J1939協(xié)議的汽車總線培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上越來越多地采用了各種復(fù)雜的電子設(shè)備。為了提高信號的利用率，要求大量的數(shù)據(jù)信息能在不同的ECU中共享，大量的控制信號能夠?qū)崟r交換， 而傳統(tǒng)線束已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這種需求。CAN總線和基于它的車輛網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)提供了解決上述問題的途徑。[1] SAE J1939協(xié)議是美國汽車工程師協(xié)會發(fā)布的以CAN總線為核心的車輛網(wǎng)絡(luò)串行通訊和控制協(xié)議，供卡車及其拖車、大客車、建筑設(shè)備以及農(nóng)業(yè)設(shè)備使用，是用來支持分布在車輛各個不同位置的電控單元之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時閉環(huán)控制功能的高速通信標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kb/s，通信物理層和數(shù)據(jù)鏈路層以CAN2.0為基礎(chǔ)，并定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的協(xié)議。[2-3]
針對J1939協(xié)議教學(xué)和培訓(xùn)要求，構(gòu)建了一個基于J1939協(xié)議的汽車教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控汽車CAN總線的數(shù)據(jù)并能完整記錄、顯示波形和打印。
1 系統(tǒng)原理及硬件結(jié)構(gòu)
1.1系統(tǒng)原理
系統(tǒng)中，CAN總線模塊系統(tǒng)通過CAN總線分析儀與計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，用于教學(xué)和培訓(xùn)。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，直觀了解數(shù)據(jù)收發(fā)，掌握CAN總線和J1939協(xié)議的特點(diǎn)，理解物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的含義和作用，最后進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。
CAN總線模塊系統(tǒng)能采集卡車道路行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時能控制車燈、門窗電機(jī)、電磁閥等功率設(shè)備。其中，儀表板模塊通過與車身通用控制模塊、車窗控制模塊進(jìn)行CAN通訊，采集車輛開關(guān)狀態(tài)，通過LED燈、液晶屏、轉(zhuǎn)盤指針顯示整車狀態(tài)、故障信息、報(bào)警信息等各種信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，對卡車進(jìn)行實(shí)時控制。

1.2 系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)包括3個部分：基于J1939的汽車CAN總線模塊系統(tǒng)，包括儀表板模塊、車身通用模塊、車身專用模塊（車窗控制模塊）；CAN總線分析儀，包括由基于USB的Kvaser USB CANⅡ總線適配器和軟件Warwick X-Analyser組成；筆記本電腦（計(jì)算機(jī)）。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖


2 系統(tǒng)硬件
基于J1939的汽車CAN總線模塊系統(tǒng)中，儀表板具有整車參數(shù)的顯示、存儲，與發(fā)動機(jī)ECU通信的功能，同時實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的過程控制，根據(jù)儀表板上的開關(guān)狀態(tài)及連接在車身通用控制模塊的開關(guān)和傳感器狀態(tài)，產(chǎn)生功率輸出，并與車身通用控制模塊通訊；車身通用控制模塊負(fù)責(zé)將所屬區(qū)域的開關(guān)和傳感器狀態(tài)通過CAN總線反饋給儀表板模塊，并接收控制指令，驅(qū)動功率輸出接口實(shí)現(xiàn)通斷控制。
實(shí)車上的儀表板控制器位于駕駛室司機(jī)座位正前方；前部控制模塊位于駕駛室司機(jī)座位與副駕駛座位之間的操作臺下；車身通用模塊位于車架上；車窗控制模塊位于駕駛室司機(jī)座位與副駕駛座位之間的操作臺下。