基于CAN總線的城市客車信息集成控制系統(tǒng)

　　1 引言

　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車電子技術(shù)也迅速的發(fā)展了起來，汽車上各種電子控制單元的數(shù)目也不斷地增加，連接導(dǎo)線顯著增多，因而提高控制單元間通信的可靠性和降低導(dǎo)線成本已成為迫切需要解決的問題。在20世紀(jì)80年代，以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國bosch 公司針對(duì)此問題開發(fā)了can總線協(xié)議，這種多主網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它的基礎(chǔ)是無破壞性仲裁機(jī)制，使得總線能以最高優(yōu)先權(quán)訪問報(bào)文而沒有任何延時(shí)。can作為標(biāo)準(zhǔn)車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其在汽車網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的進(jìn)程中起著橋梁和紐帶的作用，將城市客車信息集成采集提高到一個(gè)新的層次。

　　2 城市客車信息集成控制系統(tǒng)概述

　　城市客車信息集成控制系統(tǒng)是建立在汽車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，從控制對(duì)象分，可以將城市客車信息集成控制系統(tǒng)分成動(dòng)力傳動(dòng)電子系統(tǒng)、安全與底盤電子系統(tǒng)和車身電子系統(tǒng)。控制系統(tǒng)框圖用圖1表示。

　　圖1 城市客車信息集成控制框圖

　　動(dòng)力傳動(dòng)電子系統(tǒng)由eec(engine electronic control發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制)、ect(electronic control transmission電子控制變速器)、電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向等組成;儀表顯示的信息來源于動(dòng)力傳動(dòng)電子系統(tǒng)，將駕駛信息集中顯示于儀表盤，顯示駕駛過程中與客車行駛有關(guān)的信息量，如車速、轉(zhuǎn)速、里程、油量、水溫、故障報(bào)警等;安全與底盤電子系統(tǒng)包括abs(anti-lock brake system 防抱死制動(dòng)控制)、asr(anti-slide retractor驅(qū)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(tǒng)控制等;信號(hào)控制與車身電子系統(tǒng)組成單元有關(guān)，控制著自動(dòng)門窗、車燈、空調(diào)、刮水器、音像設(shè)備、電子監(jiān)視器、電動(dòng)后視鏡、車頂窗。

　　3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　3.1 信息集成控制系統(tǒng)

　　信息集成控制系統(tǒng)是整個(gè)城市客車信息集成控制系統(tǒng)的核心，其任務(wù)是綜合應(yīng)用汽車電子控制技術(shù)、車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市客車各ecu的信息共享和關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)控制，以達(dá)到整體提高城市客車安全性、舒適性的目的，減少對(duì)駕駛員技能的依賴度。

　　從信息交流角度看，城市客車信息集成控制系統(tǒng)分成動(dòng)力總成控制子系統(tǒng)和車身控制子系統(tǒng)。動(dòng)力總成控制子系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)。車身控制子系統(tǒng)包括車身電子系統(tǒng)和儀表盤控制系統(tǒng)。動(dòng)力總成控制子系統(tǒng)內(nèi)部信息交流頻繁，對(duì)控制信息的實(shí)時(shí)性要求極高;而車身控制子系統(tǒng)信息的交流相對(duì)于動(dòng)力總成控制子系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低。動(dòng)力總成控制子系統(tǒng)和車身控制子系統(tǒng)之間也存在信息交流。如果采用單總線結(jié)構(gòu)，即所有ecu都連接在同一can總線上，兩個(gè)子系統(tǒng)的信息傳輸疊加，必然會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，降低了控制信息的實(shí)時(shí)性。我們采用雙總線結(jié)構(gòu)，動(dòng)力總成控制子系統(tǒng)采用高速can，信息傳輸速率達(dá)500kb/s，車身控制子系統(tǒng)采用低速can，信息傳輸速率達(dá)100kb/s，兩者之間少量的信息交流通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)關(guān)是城市客車信息集成控制系統(tǒng)的核心，也是綜合控制的基礎(chǔ)，主要功能是對(duì)各種信息進(jìn)行分析處理，并發(fā)出指令，協(xié)調(diào)汽車各控制單元及電器設(shè)備的工作。城市客車信息集成控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 城市客車信息集成控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

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　　3.2 網(wǎng)關(guān)與總線接口

　　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(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)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(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位thumb模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。它內(nèi)部集成2個(gè)can控制器，主要特性有：?jiǎn)蝹€(gè)總線上的數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)1mb/s;32位寄存器和ram訪問;兼容 can2.0b;全局驗(yàn)收濾波器可以識(shí)別所有的11位和9位rx標(biāo)志符;驗(yàn)收濾波器為選擇的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)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微控制器分別通過光電耦合電路和高速can總線收發(fā)器tja1050于兩路can總線相連。兩路 can的連接方式基本相同，can總線驅(qū)動(dòng)器都采用帶隔離的dc/dc模塊單獨(dú)供電。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了兩路can接口之間的電氣隔離，也實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)與can 總線的隔離。網(wǎng)關(guān)與總線結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　圖3 網(wǎng)關(guān)與can總線接口結(jié)構(gòu)

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　can/can網(wǎng)關(guān)的主要功能是實(shí)現(xiàn)兩路can網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)過濾及轉(zhuǎn)發(fā)，由于城市客車信息集成控制系統(tǒng)中對(duì)通訊實(shí)時(shí)性的要求，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)要做到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間盡可能短。為了達(dá)到這一要求，數(shù)據(jù)的接收采用irq方式，而且由于動(dòng)力總成控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信量明顯高于車身控制子系統(tǒng)，因此將連接動(dòng)力控制總成子系統(tǒng)的can1接受優(yōu)先級(jí)設(shè)置最高，而連接車身控制子系統(tǒng)can2優(yōu)先級(jí)次之，同時(shí)盡量精簡(jiǎn)中斷服務(wù)程序，使系統(tǒng)的響應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸是不同的。當(dāng)高速can網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)向低速can傳輸時(shí)，需要加入軟緩存進(jìn)行暫時(shí)的存儲(chǔ);當(dāng)?shù)退賑an網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)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(jié)束語

　　can總線以其高性能、高可靠性及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)越來越受到人們的重視，并被公認(rèn)為是汽車控制網(wǎng)絡(luò)中最有前途的總線之一。本文給出了一個(gè)具有高低速can網(wǎng)絡(luò)的城市客車信息集成控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。汽車計(jì)算機(jī)控制單元能夠通過can總線共享所有信息和資源，達(dá)到簡(jiǎn)化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復(fù)、提高系統(tǒng)可靠性和維護(hù)性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個(gè)控制系統(tǒng)的目的。