基于CAN總線的重型卡車電氣系統設計研究

吳奇

摘要：重型卡車電氣系統設計研究中，CAN總線系統的應用得到了廣泛應用。因此技術人員結合CAN總線技術概念，以及重型卡車電氣控制系統設計要求開展了系統設計研究。

關鍵詞：CAN總線；重型卡車；電氣系統；設計

隨著我國重工業、建筑業等大型經濟產業的不斷發展，以及公路網絡建設的日益完善，每年重型卡車生產數量也在不斷增加。因此重型卡車生產技術研究的開展，也成為了汽車生產技術研究的重要組成部分。其中重電氣控制系統研究，是當前重型卡車生產技術研究的重要內容。因此技術人員以CAN總線技術為基層，開展了電氣控制系統研究。這一研究的開展對于我國重型卡車生產技術的提升提供技術理論支持。

一、CAN總線技術概念與重型卡車電氣控制系統設計要求

（一）CAN總線技術概念

在汽車電氣控制系統研究中，CAN總線技術是一種技術含量較高的多主總線系統技術。在實際的汽車控制系統研究中，CAN總線系統具有以下幾個優勢：一是控制系統信號傳輸效率較高。與傳統的電氣控制系統相比較，CAN系統控制信號的傳輸效率有了較大提高。在實際使用中，CAN系統的信號傳輸平均速率能夠實現1Mb/s，二是傳輸介質種類較為廣泛由于CAN系統采用了差分電壓傳輸模式，因此在實際應用中其信號傳輸過程可以采用的介質種類較多，如較為常見的光纖維、同軸電纜都可以用于控制信號傳輸。

在實際的汽車電氣控制系統運行中CAN總線控制技術的控制措施包括了以下內容：一是其對電氣系統的控制是通過CAN技術鏈路層與其他物理層功能完。這種控制模式可以有效實現對控制數據的成幀轉換與各類零位操作的完成。二是采用了新型的控制協議技術。與傳統的控制技術相比較，CAN系統采用了新型的編碼控制系統，即在使用中利用數據塊完成對編碼的控制。這種控制方法在使用中，理論上不存在網絡節點數量限制，進而提高了系統控制的效率。三是在實際控制過程中，CAN系統較之傳統的控制技術，其通信可靠性與實時性等都有了較大提升。正因CAN總線控制系統在實際應用中具有以上優勢，因此成為了當前應用較為廣泛的汽車電氣控制技術之一，也成為了重型卡車電氣控制系統設計的首選。

（二）重型卡車電氣控制系統設計要求

在我國重型卡車未來的設計中，駕駛安全、能耗降低、使用舒適以及較高的環保等，都是我們設計的主要要求。單就重型卡車電控系統設計而言，利用功能較強的智能化平臺代替傳統控制模式，進而提高電氣控制的及時行、穩定性與安全性，就成為了電控系統設計的主要要求。正因如此，技術人員結合CAN總線系統技術優勢，開展了此次重型卡車電氣控制系統設計研究。

二、CAN總線系統整體架構設計

在目前的電氣系統控制總線結構設計中，常用的網絡拓撲結構一般包括了總線型、星型、環型、樹型以及網狀型五種主要類型。在此次研究中我們采用了星形拓撲結構用于系統整體架構設計。其設計整體結構包括了前、后、左、右、中，5個ECU節點。在實際的控制過程中，其主要的工作包括了以下幾點。（1）分節點的信息采集與輸送。在控制過程中，其位于前后左右位置的四個分節點，完成對本節點附近的開關信息的全面收集，之后將收集到的信息轉換為一幀報文形式信息數據，最后將信息報送到位于中間位置的總線主節點。（2）主節點信息分析與反饋。在主節點獲得傳輸到的信息后，即根據預定程序開始對信息內容進行判斷與分析。之后主節點將分析后的信息與指令反饋到對應的輸送節點，用于電氣系統的控制工作。（3）對電氣系統控制的實現。在總結點發出控制指令后，其與四個節點將總結點發出的指令通過UART總線將指令信息輸送到電氣系統的各控制模塊，完成對汽車電氣控制系統的輸出控制。

在這一傳輸過程中，負責控制的單片機在信息數據的邏輯運算與輸出的順序控制起著非常重要的作用。在重型卡車電氣控制中，CAN總線系統主要作用包括了以下兩點。一是為電氣系統控制信息輸送建設一個高速有效的運行平臺。這一信息平臺可以通過通信網絡實現控制信息高速有效的傳輸與處理。二是實現控制信息的共享。在重型卡車電氣系統控制運行中會產生大量數據信息。較之傳統的控制系統，CAN總線系統可以實現控制系統中電子單元之間數據信息的共享，實現了對控制信息有效傳輸與控制，同時有效的提高了電控系統信息利用率。

三、ECU節點技術連接與控制應用

（一）系統的連接技術

在CAN系統控制過程中，ECU節點是總線系統核心的組成部分，主要包括了通信與功率輸出等幾個組成部分。因此在總線控制系統軟件設計過程中，技術人員應對ECU節點的功能與各節點位置開展細化研究，之后針對性地開展ECU控制程序軟件開發。ECU系統在使用中具有較好的移植性能，保證了其對電氣系統的有效控制。在實際的電氣控制系統設計應用中，ECU節點主要有以下的幾個主要連接端口：一是系統功率負載輸出連接驅動端口。其作用是實現對系統負載進行驅動，使用中的最高輸出電流大約為30A。在實際應用中負載輸出連接驅動端口作用是完成電氣系統的安全控制。二是系統開關量輸出連接端口。其作用是實現對系統開關量對應信息輸出，保證不同開關狀態情況下各輸出口電平差異。三是系統通信連接端口。其主要作用是為電氣控制系統運行提供充足有效的通信線路保證，進而提高系統外圍接口穩定性。四是系統電源輸入端口。其作用是為總線系統提供正常穩定的電能供應，保證系統的正常運行。

（二）ECU在控制中的應用

在總線系統控制過程中，系統各分節點會保送部分類型報文信息。因此ECU主節點系統通信處理系統對這些信息進行檢測與過濾，篩除其中對系統存在不良影響信息，，進而將其中有用信息通過各分節點傳輸到對應控制模塊中。信息傳輸完成后控制信息經常會出現中斷情況，但是系統會將收集到的有效信息，之后通信線路將信息傳輸到單片機中對應處理器讀取，最后由系統接收緩沖區對信息信號進行釋放處理。在這一過程中，系統對控制報文信息進行了有效的處理與篩選，以及信息格式的轉換與處理，最終利用UART總線輸出有效的控制信息。在控制信息輸送過程中，系統還需要對報送的信息數據順序進行排列，進而確保信息輸送對各控制部件功率輸出的高效控制。特別是在開關信息采集過程中，檢測系統可以通過控制系統對收集到的開關狀態的反復檢側過程，并將系統檢側到的信息輸送至系統中央處理器。處理器在發現檢測到開關狀態存在異常狀態的情況下，就需要系統將對應信息傳輸到ECU總結點，之后向各控制節點傳輸與發送，進而實現對電氣系統開關狀態的有效控制。

四、系統軟件架構建設

基于CAN系統的電氣控制系統的軟件架構主要包括了以下三個層次部分，即驅動、轉換與通信處理三個部分。各層次的主要功能如下：（1）驅動層。其主要功能是實現控制信息的輸入與輸出驅動功能；（2）轉換層的功能與也驅動層基本相同；（3）通信層。其主要功能是實現系統通信工作。在實際的系統運行中，其各層通信驅動控制全部為獨立完成。，而其通信信息內容包括了以下三種：一是狀態信息，即軟件系統驅動層與轉換層間的通信信息；二是接口消息，即轉換層輸入與輸出狀態之間通信信息；三是器件消息，即處理通信層與轉換層的信息。同時在軟件設計中，其根據驅動系統其功能差異其開發功能也存在一定區別。如系統驅動層輸入驅動程序，為了保證輸入引腳電平的高效轉換與調整進而確保信息正常轉換與傳輸；而輸出驅動功能則與之相反。

參考文獻

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