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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(shí)時(shí)性和靈活性，并可以非常有效地構(gòu)成分布式控制/實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)而得到了廣泛應(yīng)用。 隨著人們對(duì)汽車動(dòng)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(dòng)態(tài)信息資源共享、信息處理的實(shí)時(shí)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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)CAN總線，其通信速率為500kbps，被稱為高速CAN，其連接對(duì)象為汽車動(dòng)力和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制單元等。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、自動(dòng)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(duì)象為中央控制器，4個(gè)門控制器等。此外寶來車還有一個(gè)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(duì)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(dòng)系統(tǒng)的高速CAN和用于車身系統(tǒng)的低速CAN是兩個(gè)相互獨(dú)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(dòng)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(shí)際開發(fā)時(shí)，即在現(xiàn)有的控制器硬件上，要增加哪怕一個(gè)信號(hào)引出腳都將導(dǎo)致硬件的重新設(shè)計(jì)，往往成本和進(jìn)度都不允許這么做。為了獲得對(duì)方系統(tǒng)的信息，而又不涉及到硬件上的任何改動(dòng)，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(dòng)系統(tǒng)CAN總線 寶來汽車上典型的與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)的控制單元有電控燃油噴射系統(tǒng)、自動(dòng)變速器系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、安全氣囊系統(tǒng)等。 由于每個(gè)控制單元對(duì)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)性要求，與對(duì)公共數(shù)據(jù)實(shí)行共享，如發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)運(yùn)行在4000r/min，則電控單元控制兩次噴射的時(shí)間間隔為6ms，其中噴射持續(xù)時(shí)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(cè)量、油量測(cè)量、A/D轉(zhuǎn)換、工況計(jì)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(jī)電控的實(shí)時(shí)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(jìng)爭(zhēng)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(jì)的。 寶來汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN的主要連接對(duì)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?yàn)樗鼈兯邆涞幕咎卣魇且恢碌模刂频膶?duì)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能。 圖2 寶來車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN總線 三、車身系統(tǒng)CAN總線 除驅(qū)動(dòng)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(duì)象為：中央控制器，4個(gè)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(duì)象主要是4個(gè)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(duì)遙控信號(hào)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(jī)座椅左下側(cè)有幾個(gè)按鈕，當(dāng)駕駛者坐在該坐椅上，按動(dòng)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(dòng)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(dòng)座椅左下側(cè)的記憶按鈕，該車就記住了這位駕駛者個(gè)人設(shè)定。當(dāng)下次該駕駛者要駕車時(shí)，只要按一下記憶鍵，座椅就會(huì)自動(dòng)調(diào)到最佳位置，使駕駛者有一個(gè)舒適、安全的駕駛環(huán)境。 當(dāng)駕駛者離車時(shí)，把車鑰匙插入門鎖向左轉(zhuǎn)90度，保持片刻，司機(jī)側(cè)中央門鎖給司機(jī)一側(cè)車門控制單元J386一個(gè)信號(hào)，司機(jī)側(cè)車門控制單元J386此時(shí)就向CAN總線發(fā)出一個(gè)鎖門信號(hào)，連在該總線上的副司機(jī)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(hào)，馬上執(zhí)行鎖門操作，同時(shí)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(shí)激活該車的防盜系統(tǒng)。 駕駛者要上車時(shí)，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(hào)時(shí)，控制單元向CAN總線發(fā)出一個(gè)解鎖信號(hào)，連在該總線上的各車門控制單元收到該信號(hào)后，同時(shí)開鎖，并且防盜系統(tǒng)自動(dòng)停止工作。司機(jī)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(yùn)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(cè)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(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)以及轎車門鎖集控系統(tǒng)動(dòng)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(shí)序性，因此在撞車事件發(fā)生時(shí)，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(dòng)作，在安全氣囊系統(tǒng)解除后才能動(dòng)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(hào)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(gè)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(cè)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(shí)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(dòng)系統(tǒng)的低，但其實(shí)時(shí)傳輸控制數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)、以及保證機(jī)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(dòng)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(jì)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(jī)制，從基于優(yōu)先權(quán)的無破壞仲裁、錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)機(jī)制、暫時(shí)性故障節(jié)點(diǎn)和永久性故障節(jié)點(diǎn)等幾方面入手，節(jié)點(diǎn)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(shí)間得不到發(fā)送的問題，提高了整個(gè)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。 圖4 節(jié)點(diǎn)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(shí)又一直在跟蹤監(jiān)測(cè)CAN總線的CANH和CANL兩根線的運(yùn)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(hào)線與地線之間加裝了兩個(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 自診斷接口—J533有一個(gè)自診斷地址，專門的查詢故障存儲(chǔ)器、清除故障存儲(chǔ)器和故障表，及時(shí)解決汽車運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的故障。 五、結(jié)束語 由于CAN總線的可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)獨(dú)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(gè)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(qiáng)了控制功能，汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、安全性都得到了提高。 |
