《CAN总线在汽车车身控制中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CAN总线在汽车车身控制中的应用（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、引言 20世纪80年代以来，随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上的电子控制单元越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS）、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等等。在这种情况下，如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，将导致车上电线数目的急剧增加，使得电线的质量占整车质量的4左右。另外，电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。为此，改革汽车电气技术的呼声日益高涨。因此，一种新的概念车用控制器局域网络CAN应运而生。 CAN是控制器局域网络（Controller A
2、rea Network）的简称，它是由德国Bosch公司及几个半导体生产商开发出来的，CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，而且简单实用，网络成本低。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。 二、CAN总线的技术特点 CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，其主要特点如下： CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，且不分主从； CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据，故实时性好； CAN总线具有点对点、一点
3、对多点及全局广播传送数据的功能； CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其它校验措施，数据出错率极低； CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响； CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活； CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s，直接通信距离最远可达到10km（速率在5kbps以下）； CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）时可达到110个，而在扩展帧（29位报文标识符）时，个数不受限。 三、车身系统的CAN控制设计 1. CAN总线网络系统架
4、构 现代汽车典刑的控制单元有发动机控制模块、变速器控制模块、多媒体控制模块、气囊控制模块、空调控制模块、巡航控制模块、车身控制模块（包括照明指示和车窗、刮雨器等）、防抱死制动系统（ABS）防滑控制系统（ASR）等。完善的汽车CAN总线网络系统架构如图1所示。图1 汽车CAN总线网络系统架构 2. CAN节点的硬件架构 本系统中，CAN节点采用： ECU（AT89C51）CAN控制器（SJA1000）CAN收发器（PCA82C250）的电路结构以下是其核心芯片简介： （1）CAN控制器 为了系统进一步扩展的需要，可选取支持CAN 2.0B通讯协议的芯片SJA1000。SJA1000是PHILIP
5、S公司生产的既支持CAN 2.0B，又支持CAN 2.0A的CAN控制器，它与仅支持CAN 2.0A的CAN控制器PCA82C200在硬件和软件上完全兼容。 （2）CAN收发器 PCA82C250是PHILIPS推出的CAN控制器和物理总线接口芯片，可提供对总线的差分发送和接收。它与ISO 11898标准完全兼容，并有高速、斜率控制和待机3种不同的工作方式，可根据实际情况选择。 （3）单片机AT89C51 AT89C51是ATMEL公司的单片机。它是一种低功耗、高性能、内含4KB闪速存储器的8位CMOS微控制器，与工业标准MCS51指令系统和引脚完全兼容。AT89系列的优越性在于其片内闪速存储
6、器可进行1000次的编程与擦除，且数据不易丢失，数据可保存10年。 CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接基本方法如图2所示。 图2 CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接图 三、车身控制模块中的CAN应用层协议 1. 协议原则 本协议遵循CAN2.0B规范，根据车身控制模块的特点，采用源目的方法，每个节点都有自己固定的标识地址，且节点数小于64，设计时可将中央控制模块设为主节点，而将车门、电动座椅子模块及自检子模块设置为从节点。本协议可完成以下功能： （1）特定信息的广播； （2）主从节点之间的连接； （3）主从节点之间的信息交换（包括故障信息）。 本协议采用帧优先原则分配标识符，每一帧
7、标识符中的高四位表示帧类型，不同帧类型有不同的优先权，优先权决定了各种信息帧在同等情况下的发送顺序，协议中的29位标识符的分配如下： 帧类型（4位）目的地址（6位）源地址（6位）命令（或状态、报告）属性（13位）或数据属性分段标志分段号（共13位）。 对所有的命令或状态、数据、报告属性、除定时采集发送的数据外，原则上均需应答（发送确认帧以保证通讯正常）。 2. 帧格式仲裁场和控制场定义 仲裁场由29位标识符ID28ID0以及SRR、IDE和RTR组成，SJA1000中的寄存器1721用来存放扩展帧格式帧信息的标识符。发送时，SRR1，IDE1，RTR1/0（远程帧/数据帧）。标识符中的ID28
8、ID25为车身控制模块交换报文的帧类型（共4位）。ID24ID19为车身控制模块中帧信息使用者的地址（或称为目的地址，共6位）。ID18ID13为车身控制模块中帧信息发送者的地址或称为源地址（共6位）。ID12ID5为车身控制模块中交换的命令、状态、数据或报告属性（共8位），ID4位需附加命令或状态、数据、报告属性时的分段标志。ID3ID0为附加命令或状态、数据、报告属性的分段号（共4位）。当ID40时，ID3ID0控制场、数据寄存器07有效。对于远程帧，则可忽略ID4ID0以及控制场的值。SJA1000的寄存器16低四位DLC3DLC0可构成控制场，以决定数据帧的数据长度。 3. 车身控制模
9、块CAN2.0B通讯报文约定 按车身控制模块的节点要求，通讯的信息帧分为表1所列的6种，表1中的优先级按序号从高到低排列。其目的地址和源地址的分配见表2所列。表1 车身控制模块帧模型表2 车身控制模块各节点地址分配其工作方式如下： （1）开机后或唤醒时，从节点向主节点发送状态信息，主节点发送广播信息远程帧（两次），广播信息为共用信息，包括车速信号，档位信号，点火开关位置信号等。 （2）正常情况下，从节点内部巡查各端口状态，如有故障则向主节点发送故障代码3次，主节点收到三次故障报警后开始响应，从节点停止发送，一旦故障消失，再向主节点发送正常信息。在主节点中应有一故障表，以用于已诊断模块的通讯。
10、（3）主结点分别发送自检信息后，如各从节点正常，则发送正常信息，状态和数据帧。如有故障，则通过分段数据帧发送故障报警帧。 （4）从节点监测到正常输入信号的变化（包括开关量和模拟量采样级数的变化）后，便通过报告帧发送信息给主节点，主节点则发送命令帧以示响应。 4. 通讯报文定义 表3所列是中央控制模块与诊断模块的通讯报文定义。表中，aaaa为分段号，可在故障代码多于8个时设置，最多可达传送168个字节代码；bbbbbb为各传感器代号，其响应帧采用不分段的数据帧，cccccccc为执行相应动作的代码，如车窗上升为00000001，下降为00000010，该响应最多可以执行256个动作。响应帧采用远
11、程帧，请求帧为远程帧。表3 中央控制模块与诊断模块通讯表4 正常工作时各节点通讯协议约定 在系统正常工作时，各节点的通讯协议约定如表4所列。表中的dddd为分段起始命令中包含的总段数；eeee为广播信息的某一段号，控制场中的数据长度为该段内的数据长度，数据场中的数据广播的某段实际数据，按顺序定义数据有： 数据寄存器1车速信息高8位； 数据寄存器2车速信号低8位； 数据寄存器3发动机转速信号高8位； 数据寄存器4发动机转速信号低8位； 数据寄存器5点火开关位置，其中，0表示钥匙拔出；1表示钥匙位于OFF；2表示钥匙位于ACC；3表示钥匙位于RUN；4表示钥匙位于START； 数据寄存器6档位信号
12、，0表示空档；1表示驱动档；2表示驱动档；3表示倒档；4表示驻车档； 数据寄存器7遥控信号，0表示遥控解锁主驾车门；1表示遥控锁定主驾车门；2表示遥控解锁所有车门；3表示遥控锁定所有车门；4表示遥控解锁行礼箱； 数据寄存器8用于防盗模式；0表示进入防盗模式，1表示解除防盗模式； 数据寄存器916：保留。 四、软件流程 各控制器应按规定格式和周期发送数据到总线上，同时也要接受其他控制器的信息。总线上的其他控制器则根据需要各取所需的报文。对于接收数据，本系统采用中断方式实现。一旦中断发生，即将接收的数据自动装载到相应的报文寄存器中，此时还可采用屏蔽滤波方式，利用屏蔽滤波寄存器对接收报文的标识符和预
13、先在接收缓冲器初始化时设定的标识符进行有选择地逐位比较，只有标识符匹配的报文才能进入接收缓冲器，那些不符合要求的报文则将被屏蔽于接收缓冲器之外，从而减轻CPU处理报文的负担。此外，不同数据应放入不同的报文寄存器中，因此在接收中断服务程序中，就可以容易地判断出中断是由哪个接收报文引起的，其程序流程图如图3所示。 图3 程序流程框图 五、结束语 CAN总线作为一种可靠的汽车计算器网络总线，现已开始在先进的汽车上得到应用，从而使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源，以达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统之目的，进而使得汽车的动力性、操作稳定性、完全性都上升到新的高度、随着汽车电子技术的发展，具有高度灵活性、简单的扩展性、优良的抗干扰性和纠错能力的CAN总线通信协议必将在汽车电容系统中得到更广泛的应用。
