基于CAN總線(xiàn)的車(chē)用智能傳感器系統設計

引 言

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，對車(chē)輛駕駛性能和安全舒適性的要求大為提高，使得車(chē)輛上的電子控制單元數量逐步增加

但是，車(chē)輛上的電控單元(如，各種開(kāi)關(guān)、執行器、傳感器等)的連接仍然以傳統的配線(xiàn)束來(lái)實(shí)現，使得車(chē)內線(xiàn)束過(guò)多且布線(xiàn)復雜，從而造成了嚴重的電磁干擾，導致系統的可靠性下降在高級轎車(chē)上，電子元件及其系統占據了整車(chē)超過(guò)20％的價(jià)格，而且，有日漸增加的趨勢在這種情況下，車(chē)內電控線(xiàn)路就會(huì )更加復雜，如何使車(chē)內的裝置網(wǎng)絡(luò )化，并降低配線(xiàn)束數量等成為改善車(chē)內系統的一個(gè)重點(diǎn)研究方向

在車(chē)輛的網(wǎng)絡(luò )化與通信系統中，局部網(wǎng)絡(luò )的方法越來(lái)越豐富，其中，CAN，Profibus，LON，ASI，EIB與eBus等網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相當成熟，各種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的標準化也相繼出臺，而且，這些成熟的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已經(jīng)完成集成化工作CAN總線(xiàn)在穩定性、即時(shí)性及其性?xún)r(jià)比等方面在汽車(chē)應用中都顯示出較強的優(yōu)勢，作為分布式控制中的局域網(wǎng)技術(shù)具有較強的競爭力目前，很多汽車(chē)采用CAN總線(xiàn)將整個(gè)汽車(chē)控制系統聯(lián)系起來(lái)統一管理，實(shí)現數據共享和相互之間協(xié)同工作，使車(chē)內線(xiàn)束布線(xiàn)方便可靠，提高了汽車(chē)整體的安全性和性?xún)r(jià)比，增強了自身的競爭力

實(shí)現車(chē)輛系統的網(wǎng)絡(luò )化控制的前提是網(wǎng)絡(luò )接點(diǎn)的智能化設計，包括傳感器、控制器和執行器的智能化本文以線(xiàn)控電子節氣門(mén)為研究對象，設計了腳踏板位置傳感器、節氣門(mén)位置傳感器和節氣門(mén)位置控制執行器的CAN總線(xiàn)智能化接點(diǎn)，以此為基礎組成CAN總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )，完成對節氣門(mén)位置的精確控制

1 車(chē)輛CAN總線(xiàn)與分布式控制系統結構

控制局域網(wǎng)(controller area network，CAN)屬于工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)，是德國B(niǎo)osch公司20世紀80年代初作為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種通信協(xié)議1993年11月，ISO正式頒布了高速通信CAN的國際標準(ISO 11898)CAN總線(xiàn)系統中現場(chǎng)數據的采集由傳感器完成，目前，帶有CAN總線(xiàn)接口的傳感器種類(lèi)還不多，價(jià)格也較貴

車(chē)輛控制系統中存在大量傳感器、電子控制單元、執行機構等，通常，多控制器共享同樣的傳感器信息，而且，實(shí)時(shí)性、快速性的要求較高，如何將它們連接起來(lái)組成分布式控制網(wǎng)絡(luò )系統是現代控制系統的一個(gè)重要發(fā)展方向現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(field control system，FCS)就是其中的一種典型的控制網(wǎng)絡(luò )結構的實(shí)現CAN屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的多主串行總線(xiàn)，以其短報文幀和優(yōu)異的CSMA／BA逐位仲裁協(xié)議而被受現場(chǎng)設備互連的青睞

基于CAN總線(xiàn)的車(chē)輛分布式控制網(wǎng)絡(luò )系統如圖1所示，采用現場(chǎng)總線(xiàn)式集散系統(field distributed control system，FDCS)結構，由傳感器、執行器、控制器智能節點(diǎn)以及CAN現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )組成多個(gè)智能節點(diǎn)各自獨立完成數據采集、系統設定、運行控制等，通過(guò)CAN現場(chǎng)總線(xiàn)，各智能節點(diǎn)之間交換各種數據和管理控制信息