基于CAN總線的車身控制系統設計研究

葉鵬

摘 要：汽車上的電子裝備隨著汽車電子技術的迅猛發展而不斷增多，且電子裝備都是集信息、電子、機械為一體的裝備。在汽車系統中，信息和電子兩大技術的地位越來越高。介紹了SAEJ1939協議和CAN總線的概況，分別探究了基于CAN總線的車身控制系統的總體設計，軟、硬件設計以及相關優點，證實了在CAN總線的基礎上設計車身控制系統的可行性。

關鍵詞：CAN總線；系統設計；車身控制系統；電子裝備

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.083

汽車電子裝備的持續增多，導致裝置的電子線路迅猛增多，線路越來越復雜，進而加大了布線的難度，甚至在設計、安裝、升級和維護中都已經到達了難度的最高上限。所以，在持續增多電子裝備的狀況下，線束減少成為了亟待解決的問題之一。由于點到點的布線法無法滿足要求，因此，在CAN總線的基礎上研究了車身控制系統設計。

1 CAN總線和SAE J1939協議概況

1.1 CAN總線

20世紀80年代末，英特爾和Bosch這兩大公司共同研發了在汽車電氣控制系統應用的CAN總線規范。CAN總線英文名為Controller Area Network，又被稱作控制器局域網。CAN通信協議主要是對設施間的信息傳輸方式進行描述。CAN技術規范包括A部分和B部分，其中，有十一位保溫標識符的是CAN2 .0A，擁有二十九位報文標識符的是CAN2.B，而它們在種類上沒有任何的局限性，不過非破壞性逐位仲裁是介質訪問的形式，這與高適用性的小型網絡十分搭調，只用價格較低的開發工具就能開發出來。

1.2 J1939協議

美國汽車工程協會為車輛定義了J1939工業標準，將一個開發系統提供給電子系統是提出J1939文檔的目的所在，而開放性系統開發出來后，設備間通信時就擁有了標準的體系架構。制定J1939標準時，是以ISO的開放式數據互連模型中的7層基準參照模型為基礎的，該協議是CAN協議的一種高級標準，已經確切規定了汽車內的ECU地址配置、通信方法、命名、發送報文優先級別等內容，同時，詳盡地闡述了汽車內各詳細的ECU通訊。CAN報文標識符被J1939協議劃分成原地址、特定域、協議數據單元格式、數據頁、優先級。

2 車身控制系統的總體設計

空調、電動座椅車、后視鏡和侯礦加熱控制、雨刮器、內燈外燈、電動車床玻璃升降器、防盜裝置和壓控中央門鎖等是車身控制模塊的主要控制功能。在網絡技術不斷滲透到車身設計中后，為了能實現安全、舒心、便利的乘坐和駕車目的，將以上的少數或所有車身控制模塊集成起來逐漸向高檔汽車中應用。其結構主要包括車鎖、車窗、中央控制、空調控制、車燈、調整座椅、組合儀表板等模塊。模塊間通訊時采用比125 bps低的低速雙線CAN總線，能運用儀表模塊中集成或單獨存在的網關，使車身控制模塊系統與高速動力傳動總線相連，進而達到獲取發動機轉速、車速、安全氣囊出發等訊號接收到的目的。在儀表模塊中獲取發動機轉速、車速信息，在碰撞傳感器中得到碰撞信號，檔位信息在變速器中獲取。運用總線連接能實現控制的自動化，車身控制系統在接收到鎖上遙控或打開空調信息后，會采取自動化的方式將車窗關嚴。當汽車遭遇碰撞后，在自動打開安全氣囊時，還會將全部車門的鎖打開，進而為車內乘客和司機打開了逃生的方便之門 。

3 車身控制系統的軟硬件設計

3.1 硬件設計

在設計系統硬件電路時采取集CAN收發器（PCA82C250）ECU、CAN 控制器（SJA1000）、（AT89C51）于一體的設計。

Atmel AT89C51單片機作為能耗低、性能強、電壓低的八位互補金屬氧化物半導體單片機，片內包含4個輸入/輸出端口，4 KB的閃速存儲器，一共有輸入/輸出引腳32個，且該單片機的指令系統與輸出引腳都能適用于MCS-51中，不僅有較高的靈活性，而且價格較為實惠。PHILIPS SJA1000作為獨立的CAN控制器主要起到實現CAN通信協議，對11位和29位標識碼、CAN2.0A/B協議給予支持。其中，接收緩沖器64 Byte，通信位的速度最高可達1 GB/s，即使在極端環境下也能平穩、正常運轉。PHILIPS PCA82C250是物理總線和CAN控制器間的接口，是通用型的CAN收發器，將差動發送和接收能力分別提供給CAN總線和控制器。

3.2 系統的軟件設計

在設計本系統軟件時，由于采取了模塊化理念，可以分成CAN控制器初始化模塊、主程序模塊、數據幀傳送模塊和接收模塊等相對隔離的多個模塊。SJA1000具備擴展幀和標準幀兩種規格，每種規格的幀都具備雙、單濾波功能。由此可見，CAN控制器濾波形式有4種，其能對CAN2 .0B技術規范具有適應性。為了便于二次研發和共享車身網絡系統中的信息，對車身系統不具有較強實時性的特性進行了考慮。本系統采取的通信格式為擴展幀。為了能確保系統中的廣播信息向每個模塊準確傳送，達到共享信息的目的，系統的濾波形式為驗收雙濾波。將一個廣播信息的ID標識碼設置在其中一個濾波器內，另外一個則是有模塊本身的標識碼。運用該種濾波方式，能將控制器中的廣播地址設在一個濾波器中，這能在很大程度上提升通訊的靈活度。

在向CAN總線廣播發送數據時，要以節點獲得的優先級別進行。地址相符的CAN節點將接收數據后，向數據處理程序發送。當有獨特的傳送數據請求時，應采取遠程幀請求的方法準予對方進行數據傳送。該種處理數據法有利于完成程序結構化管理數量較多的任務。

3.3 CAN總線的優點

在車身控制系統中運用CAN總線具有適應性強、成本地的特點，明顯地較少了車身控制線束的數量，降低了線束費用，使汽車更加安全、舒適，有利于擴展功能的發揮。采取比125 bps低的低速雙線CAN總線后，能運用儀表模塊中集成或單獨存在的網關使車身控制模塊系統與高速動力傳動總線相連，進而達到獲取發動機轉速、車速、安全氣囊出發等訊號的目的。其在國內，中、低檔汽車中運用較多，編控制程序時采取C語言，有較強的兼容性和可讀性，有利于維護和更新。

4 結束語

我國想要生產出性價比高、實用性強的汽車，汽車電子工程師應一步步創建網關，將汽車動力、車身控制、底盤、車載多媒體、GPS定位等系統有機聯合，創建出共享資源、智能化、集成化的綜合系統，進而在很大程度上優化汽車車身控制，這就需要我國汽車將網絡通訊高層協議開發出來，為國產汽車技術含量的提升創造條件。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕