基于CAN總線(xiàn)的城市客車(chē)信息集成控制系統

　　1 引言

　　隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)電子技術(shù)也迅速的發(fā)展了起來(lái)，汽車(chē)上各種電子控制單元的數目也不斷地增加，連接導線(xiàn)顯著(zhù)增多，因而提高控制單元間通信的可靠性和降低導線(xiàn)成本已成為迫切需要解決的問(wèn)題。在20世紀80年代，以研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著(zhù)稱(chēng)的德國bosch 公司針對此問(wèn)題開(kāi)發(fā)了can總線(xiàn)協(xié)議，這種多主網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，它的基礎是無(wú)破壞性仲裁機制，使得總線(xiàn)能以最高優(yōu)先權訪(fǎng)問(wèn)報文而沒(méi)有任何延時(shí)。can作為標準車(chē)載網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，其在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )化應用的進(jìn)程中起著(zhù)橋梁和紐帶的作用，將城市客車(chē)信息集成采集提高到一個(gè)新的層次。

　　2 城市客車(chē)信息集成控制系統概述

　　城市客車(chē)信息集成控制系統是建立在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)的基礎上，從控制對象分，可以將城市客車(chē)信息集成控制系統分成動(dòng)力傳動(dòng)電子系統、安全與底盤(pán)電子系統和車(chē)身電子系統?？刂葡到y框圖用圖1表示。

　　圖1 城市客車(chē)信息集成控制框圖

　　動(dòng)力傳動(dòng)電子系統由eec(engine electronic control發(fā)動(dòng)機電子控制)、ect(electronic control transmission電子控制變速器)、電子控制動(dòng)力轉向等組成;儀表顯示的信息來(lái)源于動(dòng)力傳動(dòng)電子系統，將駕駛信息集中顯示于儀表盤(pán)，顯示駕駛過(guò)程中與客車(chē)行駛有關(guān)的信息量，如車(chē)速、轉速、里程、油量、水溫、故障報警等;安全與底盤(pán)電子系統包括abs(anti-lock brake system 防抱死制動(dòng)控制)、asr(anti-slide retractor驅動(dòng)防滑控制)、sab(safety air bag安全氣囊控制)、ccs(cruise control system巡航控制)、緩速器、懸架系統控制等;信號控制與車(chē)身電子系統組成單元有關(guān)，控制著(zhù)自動(dòng)門(mén)窗、車(chē)燈、空調、刮水器、音像設備、電子監視器、電動(dòng)后視鏡、車(chē)頂窗。

　　3 系統結構設計

　　3.1 信息集成控制系統

　　信息集成控制系統是整個(gè)城市客車(chē)信息集成控制系統的核心，其任務(wù)是綜合應用汽車(chē)電子控制技術(shù)、車(chē)載網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和智能控制技術(shù)，實(shí)現城市客車(chē)各ecu的信息共享和關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)控制，以達到整體提高城市客車(chē)安全性、舒適性的目的，減少對駕駛員技能的依賴(lài)度。

　　從信息交流角度看，城市客車(chē)信息集成控制系統分成動(dòng)力總成控制子系統和車(chē)身控制子系統。動(dòng)力總成控制子系統包括發(fā)動(dòng)機控制系統、底盤(pán)控制系統。車(chē)身控制子系統包括車(chē)身電子系統和儀表盤(pán)控制系統。動(dòng)力總成控制子系統內部信息交流頻繁，對控制信息的實(shí)時(shí)性要求極高;而車(chē)身控制子系統信息的交流相對于動(dòng)力總成控制子系統，實(shí)時(shí)性要求相對較低。動(dòng)力總成控制子系統和車(chē)身控制子系統之間也存在信息交流。如果采用單總線(xiàn)結構，即所有ecu都連接在同一can總線(xiàn)上，兩個(gè)子系統的信息傳輸疊加，必然會(huì )增加網(wǎng)絡(luò )的負載，降低了控制信息的實(shí)時(shí)性。我們采用雙總線(xiàn)結構，動(dòng)力總成控制子系統采用高速can，信息傳輸速率達500kb/s，車(chē)身控制子系統采用低速can，信息傳輸速率達100kb/s，兩者之間少量的信息交流通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現。網(wǎng)關(guān)是城市客車(chē)信息集成控制系統的核心，也是綜合控制的基礎，主要功能是對各種信息進(jìn)行分析處理，并發(fā)出指令，協(xié)調汽車(chē)各控制單元及電器設備的工作。城市客車(chē)信息集成控制系統的拓撲結構如圖2所示。

　　圖2 城市客車(chē)信息集成控制系統拓撲結構

{{分頁(yè)}}

　　3.2 網(wǎng)關(guān)與總線(xiàn)接口

　　網(wǎng)關(guān)選用philips公司lpc2101微控制器，它是一款基于支持實(shí)時(shí)仿真的arm7tdmi-s cpu，并帶有8kb和32kb嵌入的高速flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行。這可以使得中斷服務(wù)程序和dsp算法中重要功能的性能較thumb模式提高30%。對代碼規模有嚴格控制的應用可使用16位thumb模式將代碼規模降低超過(guò) 30%，而性能的損失卻很小。它內部集成2個(gè)can控制器，主要特性有：?jiǎn)蝹€(gè)總線(xiàn)上的數據傳輸率高達1mb/s;32位寄存器和ram訪(fǎng)問(wèn);兼容 can2.0b;全局驗收濾波器可以識別所有的11位和9位rx標志符;驗收濾波器為選擇的標準標志符提供full can style自動(dòng)接收。

　　can收發(fā)器選用philips公司的tja1050接口芯片，tja1050可以為總線(xiàn)提供差動(dòng)發(fā)送性能，為can控制器提供差動(dòng)接收性能。

　　lpc2101微控制器分別通過(guò)光電耦合電路和高速can總線(xiàn)收發(fā)器tja1050于兩路can總線(xiàn)相連。兩路 can的連接方式基本相同，can總線(xiàn)驅動(dòng)器都采用帶隔離的dc/dc模塊單獨供電。這樣不僅實(shí)現了兩路can接口之間的電氣隔離，也實(shí)現了網(wǎng)關(guān)與can 總線(xiàn)的隔離。網(wǎng)關(guān)與總線(xiàn)結構如圖3所示。

　　圖3 網(wǎng)關(guān)與can總線(xiàn)接口結構

　　4 系統軟件設計

　　can/can網(wǎng)關(guān)的主要功能是實(shí)現兩路can網(wǎng)段之間的數據過(guò)濾及轉發(fā)，由于城市客車(chē)信息集成控制系統中對通訊實(shí)時(shí)性的要求，在進(jìn)行軟件設計時(shí)要做到數據存儲和轉發(fā)的時(shí)間盡可能短。為了達到這一要求，數據的接收采用irq方式，而且由于動(dòng)力總成控制子系統的數據通信量明顯高于車(chē)身控制子系統，因此將連接動(dòng)力控制總成子系統的can1接受優(yōu)先級設置最高，而連接車(chē)身控制子系統can2優(yōu)先級次之，同時(shí)盡量精簡(jiǎn)中斷服務(wù)程序，使系統的響應時(shí)間盡量的短。

　　由于傳輸速率不同，高低速can網(wǎng)絡(luò )之間的數據傳輸是不同的。當高速can網(wǎng)絡(luò )數據向低速can傳輸時(shí)，需要加入軟緩存進(jìn)行暫時(shí)的存儲;當低速can網(wǎng)絡(luò )數據向高速can網(wǎng)絡(luò )傳輸時(shí)，可直接傳輸。整體流程如圖4所示。

　　圖4 高低速can網(wǎng)關(guān)通信流程

　　5 結束語(yǔ)

　　can總線(xiàn)以其高性能、高可靠性及其獨特的設計越來(lái)越受到人們的重視，并被公認為是汽車(chē)控制網(wǎng)絡(luò )中最有前途的總線(xiàn)之一。本文給出了一個(gè)具有高低速can網(wǎng)絡(luò )的城市客車(chē)信息集成控制網(wǎng)絡(luò )的設計方案，介紹了lpc2101微控制器在該can網(wǎng)絡(luò )中作為高低速網(wǎng)關(guān)的軟硬件設計。汽車(chē)計算機控制單元能夠通過(guò)can總線(xiàn)共享所有信息和資源，達到簡(jiǎn)化布線(xiàn)、減少傳感器數量、避免控制功能重復、提高系統可靠性和維護性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調各個(gè)控制系統的目的。