智能车身控制网络

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1、ITS INSTITUTE 智能车身控制网络国内汽车电子的标准发展情况 现场讲解汽车电子产品的发展趋势 未来汽车电子产品的开发仍将围绕安全、节能、环 保这个主旋律。 安全 ACC( 自适应巡航控制),LGS( 道路警示系统 ),ESP( 电子稳定性控制),EBS( 电子制动系统),TPMS( 轮 胎压力检测系统) 。 节能 主要集中在发动机控制方面 环保 我国汽车排放约为国外同类车的1520倍。 围绕舒适和娱乐而开发的车载电子产品比例将大大 提高。 消费需求车身网络的主要功能 数据传输速度 数据传输速度 62.5 62.5K/100K/125K K/100K/125K 系统的 系统的ECU E

2、CU 数目 数目 6 9 6 9 车身网络除了提供各种众所周知的常规功能外，还利用车身的ECU 、传 感器和执行器增加一些新的智能控制功能，概括如下: 基本功能：外部和内部灯光；风挡玻璃的雨刷、洗涤。 舒适功能：座椅、后视镜和方向盘的调整；电动车窗控制，天窗调整。 车辆安全功能：中控门锁；无钥匙进入；运动锁止；防盗系统。 自动空调系统。 驾驶员信息系统：仪表显示系统，导航，通讯，多媒体。 在上述功能中，许多新增的智能控制功能可以融入到原有执行器中，如 自感应雨刷、智能前照灯、自动中控门锁、遥控跳码锁、身份识别钥匙 、自诊断显示等。车身电子的发展趋势 车身电子发展有以下几个趋势： 系统化和模块化

3、：车身正被细分为系统和模块，减少开发和制造的复杂性。 智能控制分布化：很多智能控制功能不是通过附加的ECU 实现，而是将其分布 到各节点来协调完成。 网络化：越来越多的系统和组件通过几个网络进行通讯。车身网络的特点 车身网络系统的特点可以概括如下： 多种功能集成到一个ECU 。 功能被分散到多个ECU 单元 更多地使用智能传感器和执行器 子网络的优势渐趋明显 更多的附加功能可以通过软件的升 级或改进来实现 共同前提：优化目标不是单个参数（ 如成本、封装），而是整个系统，被 优化的系统也可能包含不优化的参数 。汽车总线的概念 汽车总线，主要是指一种 通讯协议。 汽车总线系统，是通过某种 通讯协议

4、，借助双绞线、同轴 电缆或光纤等通讯介质，将汽 车中各种电控单元、智能传感 器、智能仪表等联接起来，从 而构成的汽车内部网络。汽车 总线是在借鉴计算机网络技术 和现场总线技术的基础上发展 起来的。SAE J2057 对汽车总线的划分 发动 机控 制 ECU 悬 架控制 ECU 牵引 力控制 ECU ABS 控制 ECU ASR 控制 ECU 高速 总线 仪表 显示 ECU 安全 气囊 ECU 故 障诊断 ECU 燃油 喷射 ECU 信息中 心 ECU 网关1 中 速总线 网关2 中央 门锁 ECU 座椅 调节 ECU 电 动门窗 ECU 前车 灯 ECU 后车 灯 ECU 低 速总线传统线束V

5、S 汽车总线 减少了线束的数量和 线束的容积，提高了 电子系统的可靠性、 可维护性。 采用通用传感器，达 到数据共享的目的。 改善了系统的灵活性 ，即通过系统的软件 可以实现系统功能的 变化。主流总线及其展望 网络 应用范围 通讯速率 主要总线类型 动力总线网络 发动机、ABS、自动变速箱等 500kbps 高速CAN 车身总线网络 电动车窗、中控锁、座椅、空调等 125 kbps 低速CAN（欧） J1850（美） 多媒体总线网络 导航、视频等 5100Mbps MOST IDB-1394 为何当前车身总线研发以 CAN 为主？ CAN 的生命力； 国内车型以欧洲为主； 成本分析（节点+ 网

6、关）。 车身总线的发展趋势？ CAN+LIN 通讯速率CAN 总线简介 CAN总线是德国BOSCH公司在20世纪80年代初，为了 解决现代汽车中众多的控制单元与测试仪器之间的 数据交换而开发的一种串行数据通讯协议。它的短 帧数据结构、非破坏性总线性仲裁技术以及灵活的 通讯方式适应了汽车的实时性和可靠性要求。 目前，使用CAN总线的汽车上大多使用两条独立的 CAN，一条是动力CAN，另一条是舒适CAN。 舒适CAN除了在通讯速率上远远低于动力CAN之外， 它所包含的技术含量要比动力CAN高，因为舒适CAN 系统中使用了网络管理的方法，且实现单线工作。国内研究重点 车身总线系统 智能化车身网络，立

7、足自主研发 。通过建立各动作之间的关联性实现对该网络节点 的智能控制和管理，提高汽车的人性化和智能化程 度。 动力总线系统，主要解决整车企业采购的发动机、 ABS 、自动变速箱等ECU 的CAN 接口问题，以及 通过CAN 口的信号传输和使用问题。前期研究基础 在综合研究国际汽车网络协议的基础上，选定利用CAN/LIN 混合网络来构造 轿车的智能车身网络，该网络包括前后灯光节点、中央控制器节点、四个车 门节点、两个后视镜管理节点和一个车速/ 点火钥匙/ 碰撞信号模拟节点共10 个节点；网络通讯协议的上层协议采用SAE J1939 规则来进行信息编码；通 讯速度为125kbps；围绕着这10 个

8、节点，制定了一系列的控制策略，并利用 CANoe 进行虚拟仿真、半实物仿真和真正的系统实现；最终完成了各节点 ECU 的软、硬件设计，并在试验台架上完成了网络构成及系统功能的实现。 图 智能车 身网 络结构和 功能 示意图 左前门模块 CA N控 制 器 右前门模块 CA N控制器 左后门模块 CA N控 制 器 右后门模块 CA N控 制 器 CA N控制器 中央控制器 EC U Ca n 总 线 CA N控 制 器 汽车后灯组 CA N控 制 器 汽车前灯组 组合 开 关 输入 转向 指示 灯 输 出 各故 障报 警 输 出 远光 近光 左转向 右转向 雾灯 示宽灯 警示灯 刹车灯 倒车灯

9、 左转向 右转向 示宽灯 牌照灯 警示灯 雾灯 四车门车窗控制开关 中控锁开关 童锁开关 后视镜调整钮 摇窗机 中控锁 摇窗机 中控锁 摇窗机 中控锁 摇窗机 中控锁 摇窗机开关 中控锁开关 摇窗机开关 中控锁开关 摇窗机开关 中控锁开关 LI N 收发 后视镜 EC U LI N 收发 后视镜 EC U 注 :予 留 10路 注 :予 留 10路 故障码存储 前雨刮 CA N控制器 模拟节点 EC U 钥匙开关 车速车身网络台架试验节点功能分配 节点的功能分配: 中央控制器接收组合开关的各种开关和其它开关信号（如安全带是 否扣上灯信号）的输入并向总线发送相应的指令；驱动前雨刮电机 、仪表板上

10、的左右转向指示灯和故障指示灯；同时接收总线上的各 种故障信息并存储，具有故障码的LCD液晶翻屏显示功能，显示屏在 正常状态下显示车内、车外温度等信息。 汽车前后灯组接收总线传来的指令并驱动相应灯光开启和闭合，具 有各灯光负载的直接驱动能力，取消原有的继电器和保险丝，同时 具有过流、过压、欠流、欠压和断线报警功能和故障信息的总线发 送功能。 四个车门节点均接收总线上的指令、信息以及各自控制开关的指令 输入，完成对摇窗机、中控锁、后视镜的控制。 后视镜接收来自LIN总线的指令，完成对镜片的两自由度调整、折叠 和电加热功能。 模拟节点可以在实验室模拟车速的变化、点火钥匙的位置、撞车信 号,以配合其它

11、车身节点完成控制策略的研究。系统主要功能 警示显示 开车未系安全带，安全带警告灯闪烁，蜂鸣器蜂鸣； 发动机点火后，若有车门未关闭或关闭不良，则对应的仪表警告灯点亮； 液晶信息显示屏可以显示车内外实际温度、日期和时间，并具有当前故障报警汉 字显示功能和故障码翻屏显示功能。 智能控制 每个电动车窗都具有防夹反转功能，即在玻璃升到中途遇到障碍物时会反转下降 约150mm，以防止夹伤用户，而在玻璃运动到上止点时，又会关紧玻璃； 如发动机熄火，车门锁闭，则自动关闭车灯和车窗； 当车速大于10km/h时，自动锁闭中控锁； 当钥匙由ON变为OFF时，中控锁自动开； 发生碰撞时，自动开窗开锁。 智能检测和诊断

12、 具有汽车电器设备的过压、过流、欠压、欠流、防电路反接的自动保护功能和错 误消除后的自动恢复功能； 具有自动检测和网络诊断功能； 具有故障码存储功能。 车内照明 变光式车内灯控制: 以短衰减的形式灭灯； 对驾驶台的所有背光灯（如开关、仪表等）进行调光驱动。硬件设计与实现 图3 前灯组 驱 动部分结 构原 理图 OUT0 OUT1 OUT2 OUT3 Vbat OUT2 OUT1 Vbat 左右示宽灯 左右雾灯 右远光灯 左远光灯 左近光灯 右近光灯 OUT2 OUT1 Vbat 左转向灯 右转向灯 MCU 功 率 IC1 功 率 IC2 功 率 IC3 图4 门模 块驱 动部分结 构原 理图

13、M M 中控锁电机 OUT1 OUT2 Vbat M 中控锁电机 OUT1 OUT2 Vbat MC U LIN收 发 器 Vbat Vsup TX RX INH LIN M M HB1 HB4 HB3 HB2 HS 后视镜电机1 /2/3 除霜加热器 Vbat LIN 后视镜管理 IC H 桥 1 H 桥 2关键技术 电源问题 经过20HZ200 HZ的点火干扰反复实验，同时兼顾成本和节点的不 同功能，最终确定不同的节点采用不同的电源方式，如中央控制器 采用隔离电源，其它节点采用带看门狗的电源； 功率驱动问题 灯光、电机等执行器属大功率器件，电流动辄10A，峰值电流甚至 30A，传统驱动采用的是继电器，本课题采用了功率IC和MOSFET技 术，净化了车内电磁环境，取消了传统的继电器和保险丝； CAN通讯问题 CAN通讯的稳定性、可靠性、总线负载率等问题一直是CAN网络的 关键问题，本课题采用CANoe和CANscope专用工具对实验室系统作 了深入的分析和调整，实验室系统的可靠运行验证了CAN通讯的稳 定性和可靠性； 控制策略问题 本课题在灯光、门控方面实现了一系列的控制策略，如防夹手玻 璃；撞车后自动开中控锁，降下车窗；人离开车后自动闭缩、闭窗 等等。ITS INSTITUTE 谢谢 ！