基于J1939協(xié)議的汽車(chē)總線(xiàn)培訓實(shí)驗系統

隨著(zhù)汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)上越來(lái)越多地采用了各種復雜的電子設備。為了提高信號的利用率，要求大量的數據信息能在不同的ECU中共享，大量的控制信號能夠實(shí)時(shí)交換， 而傳統線(xiàn)束已遠遠不能滿(mǎn)足這種需求。CAN總線(xiàn)和基于它的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )通信標準提供了解決上述問(wèn)題的途徑。[1] SAE J1939協(xié)議是美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )發(fā)布的以CAN總線(xiàn)為核心的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )串行通訊和控制協(xié)議，供卡車(chē)及其拖車(chē)、大客車(chē)、建筑設備以及農業(yè)設備使用，是用來(lái)支持分布在車(chē)輛各個(gè)不同位置的電控單元之間實(shí)現實(shí)時(shí)閉環(huán)控制功能的高速通信標準，數據傳輸速率為250Kb/s，通信物理層和數據鏈路層以CAN2.0為基礎，并定義了網(wǎng)絡(luò )層和應用層的協(xié)議。[2-3]
針對J1939協(xié)議教學(xué)和培訓要求，構建了一個(gè)基于J1939協(xié)議的汽車(chē)教學(xué)實(shí)驗系統。系統實(shí)時(shí)監控汽車(chē)CAN總線(xiàn)的數據并能完整記錄、顯示波形和打印。
1 系統原理及硬件結構
1.1系統原理
系統中，CAN總線(xiàn)模塊系統通過(guò)CAN總線(xiàn)分析儀與計算機通訊，實(shí)行數據采集和傳輸，用于教學(xué)和培訓。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗操作，直觀(guān)了解數據收發(fā)，掌握CAN總線(xiàn)和J1939協(xié)議的特點(diǎn)，理解物理層、數據鏈路層和應用層的含義和作用，最后進(jìn)行系統開(kāi)發(fā)。
CAN總線(xiàn)模塊系統能采集卡車(chē)道路行駛狀態(tài)數據，同時(shí)能控制車(chē)燈、門(mén)窗電機、電磁閥等功率設備。其中，儀表板模塊通過(guò)與車(chē)身通用控制模塊、車(chē)窗控制模塊進(jìn)行CAN通訊，采集車(chē)輛開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)LED燈、液晶屏、轉盤(pán)指針顯示整車(chē)狀態(tài)、故障信息、報警信息等各種信息，實(shí)現人機交互，對卡車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

1.2 系統硬件組成
系統包括3個(gè)部分：基于J1939的汽車(chē)CAN總線(xiàn)模塊系統，包括儀表板模塊、車(chē)身通用模塊、車(chē)身專(zhuān)用模塊（車(chē)窗控制模塊）；CAN總線(xiàn)分析儀，包括由基于USB的Kvaser USB CANⅡ總線(xiàn)適配器和軟件Warwick X-Analyser組成；筆記本電腦（計算機）。
系統硬件結構示意圖，如圖1所示：

圖1 系統硬件結構圖


2 系統硬件
基于J1939的汽車(chē)CAN總線(xiàn)模塊系統中，儀表板具有整車(chē)參數的顯示、存儲，與發(fā)動(dòng)機ECU通信的功能，同時(shí)實(shí)現對負載的過(guò)程控制，根據儀表板上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及連接在車(chē)身通用控制模塊的開(kāi)關(guān)和傳感器狀態(tài)，產(chǎn)生功率輸出，并與車(chē)身通用控制模塊通訊；車(chē)身通用控制模塊負責將所屬區域的開(kāi)關(guān)和傳感器狀態(tài)通過(guò)CAN總線(xiàn)反饋給儀表板模塊，并接收控制指令，驅動(dòng)功率輸出接口實(shí)現通斷控制。
實(shí)車(chē)上的儀表板控制器位于駕駛室司機座位正前方；前部控制模塊位于駕駛室司機座位與副駕駛座位之間的操作臺下；車(chē)身通用模塊位于車(chē)架上；車(chē)窗控制模塊位于駕駛室司機座位與副駕駛座位之間的操作臺下。