基于CAN總線(xiàn)在汽車(chē)控制系統中設計與實(shí)現

　　隨著(zhù)汽車(chē)計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，現代汽車(chē)上的計算機控制系統越來(lái)越多，聯(lián)系也越來(lái)越緊密。發(fā)動(dòng)機計算機控制系統已經(jīng)成為新型發(fā)動(dòng)機的核心部分之一，微處理器以及新型部件和電路的使用使得汽車(chē)技術(shù)發(fā)展速度加快，而且越來(lái)越復雜。最近及未來(lái)的技術(shù)發(fā)展要求汽車(chē)維修技師必須很好地接受最新汽車(chē)技術(shù)的培訓，本書(shū)的出版，就是為了幫助技師學(xué)習發(fā)動(dòng)機計算機控制系統的工作原理，并掌握對其進(jìn)行故障診斷的方法。書(shū)中討論了計算機控制系統的結構與部件、故障的分析與診斷方法、OBD Ⅱ自診斷方法，多路傳輸技術(shù)，以及世界各大汽車(chē)公司典型的控制系統的原理、構造和診斷。筆者通過(guò)分別構造高、低速CAN網(wǎng)絡(luò )，對實(shí)時(shí)性要求高的計算機控制單元采用高速CAN網(wǎng)絡(luò )傳輸；其它采用低速CAN網(wǎng)絡(luò )傳輸，并采用微控制器兼作網(wǎng)關(guān)。使得傳輸線(xiàn)束大大簡(jiǎn)化，可靠性大大提高。

　　二，CAN總線(xiàn)的技術(shù)特性

　　CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)。特別適用于汽車(chē)計算機控制系統和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。通訊媒體可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導纖維，數據傳輸速率可達1 Mbits/s（此時(shí)通信距離最長(cháng)為40m）。

　　CANopen, DeviceNet和SDS是通常采用的高層協(xié)議，適用于任何類(lèi)型的工業(yè)控制局域網(wǎng)應用場(chǎng)合，而CAL則應用于基于標準應用層通訊協(xié)議的優(yōu)化控制場(chǎng)合，SAEJ1939則應用于卡車(chē)和重型汽車(chē)計算機控制系統。

　　三，基于P87C591的汽車(chē)計算機控制

　　（一） P87C591

　　P8xC591是8位高性能單片機，是80C51系列的衍生型，帶有在片CAN控制器。它使用高效的80C51指令集并包括SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。完全的靜態(tài)核提供擴展的電存儲設施，振蕩器可以被停止且易重新啟動(dòng)，但不丟失數據。改進(jìn)的1:1內部時(shí)鐘預定標器在12 MHz外部時(shí)鐘率時(shí)能達到500 ns指令周期。

　?。ǘ┫到y實(shí)現

　　目前，汽車(chē)計算機控制已經(jīng)涉及到動(dòng)力性、經(jīng)濟性、安全性、可靠性、凈化性和舒適性等諸多方面，具體包括發(fā)動(dòng)機控制，變速器控制、巡行控制，制動(dòng)控制，照明控制，空調控制，雨刷控制，儀表管理系統等，而且各種控制系統的電控單元（ECU）相互聯(lián)系緊密，需要隨時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)數據通信，CAN總線(xiàn)作為一種極具應用潛力的控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)，近年來(lái)在汽車(chē)計算機控制系統中得到越來(lái)越廣泛的應用，并已成為歐洲汽車(chē)制造業(yè)主體行業(yè)標準，代表著(zhù)汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )的主流發(fā)展趨勢。

　　汽車(chē)計算機控制系統中的所有這些子控制系統通過(guò)CAN,0.線(xiàn)構成一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統網(wǎng)絡(luò )，各控制單元的指令發(fā)出去之后，必須保證在一定時(shí)間內得到響應，要不然就有可能發(fā)生重大事故，這就要求汽車(chē)上的CAN通信網(wǎng)絡(luò )有較高的波特率設置和可靠性。而且，汽車(chē)在實(shí)際運行過(guò)程中，眾多節點(diǎn)之間需要進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)數據交換。若整輛汽車(chē)的所有節點(diǎn)都掛在一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò )上，這么多節點(diǎn)通過(guò)一條CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信，信息管理配置稍有不當，就很容易出現總線(xiàn)負荷過(guò)大，將導致系統實(shí)時(shí)響應速度下降，這在實(shí)時(shí)系統中是不允許的。因此我們將實(shí)時(shí)性要求嚴格、可靠性要求高的節點(diǎn)組成高速CAN通信網(wǎng)絡(luò )，將其它實(shí)時(shí)性要求相對較低的節點(diǎn)組成低速CAN通信網(wǎng)絡(luò )，并架設網(wǎng)關(guān)將這兩個(gè)速率不同的CAN通信網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)。

　　圖 1中的發(fā)動(dòng)機控制、變速器控制、安全控制、防抱死制動(dòng)控制（ABS）等控制單元節點(diǎn)是現代汽車(chē)動(dòng)作的核心部件，對時(shí)間響應要求嚴格，因而在本設計中采用傳輸速率為500Kbps的高速CAN通信網(wǎng)絡(luò )?？照{控制、雨刷控制、照明控制和儀表管理控制等相對來(lái)說(shuō)對實(shí)時(shí)性的要求較低，采用傳輸速率小于125 Kbps的CAN通信網(wǎng)絡(luò )，主控制器跨接高、低速兩條總線(xiàn)，與各節點(diǎn)進(jìn)行數據交換，兼起網(wǎng)關(guān)的作用，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )互連。

　　電控單元的微控制器（P8xC591 ）通過(guò)數據總線(xiàn)經(jīng)過(guò)光電隔離器（6N137）與CAN總線(xiàn)控制器（SJA 1000）直接相連，由于CAN總線(xiàn)控制器帶有一個(gè)接收緩沖器和一個(gè)發(fā)送緩沖器，因此，CAN總線(xiàn)控制器的發(fā)送端口Tx0，接收端口Rx0、Rx1分別與CAN,總線(xiàn)發(fā)送接收器的TxD和RxD, Vref端口直接相連，CAN_L和CAN -H是CAN總線(xiàn)的兩條差分接收發(fā)送線(xiàn)。它們的端點(diǎn)間各接一個(gè)120Ω的總線(xiàn)匹配電阻，當有節點(diǎn)占用CAN總線(xiàn)時(shí)，該節點(diǎn)的發(fā)送端（電平為3.5 V）接CAN_H,接收端（電平為1.5V）接CAN_L;當無(wú)節點(diǎn)占用CAN總線(xiàn)時(shí)，CAN_L和CAN_H上的電平均為2.5V.