某重卡CAN總線控制系統的設計

俞燚，崔振亞

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230022）

某重卡CAN總線控制系統的設計

俞燚，崔振亞

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230022）

CAN是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。本文以某重型卡車為例，遵守J1939協議，通過CAN網絡拓撲架構的搭建，展示了車身控制系統的的工作過程和故障診斷過程，論述了CAN總線在商用車重卡領域的應用和CAN在電控系統中應用的經濟性、方便性及準確性。通過CAN總線控制系統與傳統線束控制對比，體現了CAN總線系統的強大優勢。

CAN；車身控制系統；J1939；故障診斷

CLC NO.:TP273Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)03-54-04

引言

隨著駕駛員安全和舒適性的要求提升，整車電氣功能不斷增加，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS）、電控門窗裝置、空氣懸架等等。這些電子控制器之間，每時每刻都有大量的信息傳輸，如何能有效、可靠地使這些功能正常工作，同時保證整車的線束的便捷性，減少不斷增加的信號線，一種新的概念——車上控制器局域網絡CAN（Controller Area Network）總線的概念也就應運而生了。

本文針對一款重卡搭載AMT變速箱的牽引車，簡單介紹了基于CAN總線的車身控制系統設計的結構和工作原理。

1、CAN總線技術概述

CAN是控制器局域網絡（Controller Area Network）的縮寫，意思是控制單元通過網絡進行數據交換。最初由Bosch公司于20世紀80年代提出，用于汽車內部測試和控制儀器之間的數據通信。

簡單地說，CAN總線就相當于公共汽車，每天可以乘坐大量的乘客，每個控制單元都可以在總線網絡上發送和接受數據。所以CAN總線網絡上包含大量的數據。這些數據是通過一種物理介質進行傳送。該物理介質可以是雙絞線、光纖等，最常用的就是雙絞線。信號使用差分電壓傳送。

CAN總線的協議是指通訊數據格式和控制單元之間交換數據時遵守的規則，就是總線網絡中通訊使用的相同語言。2000年美國的汽車工程學會（SAE）提出CAN J1939協議。它是一種支持閉環控制的在多個ECU之間高速通信的車用網絡協議，主要應用于卡車和客車上。

本文重點對基于CAN總線的重型卡車車身網絡系統總體結構進行了設計。

2、重卡CAN總線控制系統構架和工作原理

2.1 CAN系統構架

重卡牽引車的CAN系統網絡節點主要是由發動機ECU、變速箱控制器TCU、ABS控制器、組合儀表ICM和車身控制器CBCU組成。其網絡拓撲圖如下圖1所示。

為了實現多個獨立網絡間的數據交換，本系統采用了組合儀表模塊（ICM）作為整車CAN通訊的網關，并設計了高速CAN總線網絡接口，通訊速率為250kb/s，實現未來與其它車載高速網絡的數據通訊。在網絡通訊協議上參考SAE J1939協議，采用CAN2.0B協議方式進行通訊，系統采集開關量，模擬量信號，控制車身燈光、電磁閥、電機；綜合信息屏顯示功能、故障信息。終端電阻存在于組合儀表ICM和發動機ECU中。

2.2 各個節點定義

2.2.1 組合儀表模塊

重卡的總線控制系統中電子組合儀表ICM作為整車CAN通訊的網關，主要負責接受發動機ECU、變速箱TCU和ABS等模塊發出的CAN總線信息，采集傳感器信號，通過微處理器控制步進電機指示車速、發動機轉速、燃油油量、氣壓等，并能同步顯示儀表上的各種功能指示燈。綜合信息屏顯示AMT變速箱的工作檔位、發動機工作狀態、瞬時油耗、平均油耗、水溫、機油壓力、室內溫度、室外溫度等信號，液晶屏指示累計里程，背光采用LED并可調節背光亮度，并將變速箱和發動機的工作信息傳輸到CAN總線。

2.2.2 車身控制模塊

重卡的車身控制模塊CBCU接受CAN總線信息、采集開關信號并通過微處理器處理，控制車燈、電磁閥、電機設備，將故障信息、開關量信息傳輸到CAN總線，具有負載斷路、短路、過載保護功能。功能見圖2。

車身控制器能對整車各個電氣功能進行實時檢測，并將信息發送到CAN報文中。如果整車某個電氣部分出現故障，組合儀表中綜合顯示屏中顯示整車電氣功能故障信息。我們將整車的電氣故障定義為A類故障和B類故障，上鑰匙電后系統將對A類故障進行自檢并切換顯示相應的故障代碼，當發動機發動后（即D+有效）故障信息將消失，當有故障的負載有效時將再次顯示故障信息，并且系統將自

動檢測故障是否存在，當故障消失后自動消除故障信息并驅動負載正常工作。A類、B類故障分類見表1。

表1.1 A類故障(開路/短路情況下均報故障)

表1.2 B類故障(短路情況下報故障)

2.3 總線控制過程

總線控制系統模塊之間的信號傳遞僅需要兩條信號線。布線局部化，車上除掉總線外，其他所有橫貫車身的線都不再需要了，數據共享也節省了線路，各種數據共享減少了數據的重復處理，節省了成本。以左轉向燈工作為例，反應重卡總線控制系統工作過程：

2.4 故障診斷實例

以左轉向燈故障為例，反應總線控制系統的故障診斷過程：

2.5 總線系統的優勢

從上面的功能簡述中，可以很明顯的看出CAN總線控制器系統功能強大，它不僅能對實現各個電氣系統之間的互相控制，而且能夠進行診斷和檢測。下面將CAN總線控制系統與傳統線束控制方式進行簡單的對比分析：

由上述對比可以看出，CAN總線控制系統與傳統控制系統相比具有強大的優勢，不僅能夠減少導線連接，降低線束成本，集成其他功能模塊，提高產品的通用性，給后期功能提升預留了空間，而且每路輸出都有功率限制，可以控制駕駛員后期的隨意改裝，造成燒壞線束等不可預知的后果。

表2 CAN總線系統的經濟性

3、結論

上述CAN總線控制系統已經在重卡牽引車上試裝成功，目前整個系統工作穩定、通訊可靠、各種功能滿足設計要求，單臺重卡成本僅增加800元左右，但大幅提高了整車的舒適性、安全性和操作性，方便檢測和診斷，在整車中可行性較高，有可推廣性，對后期的商用車CAN平臺的搭建具有參考意義。

[1] 李東江，張大成.汽車車載網絡系統（CAN-BUS）原理與檢修[M].機械工業出版社.2005.12-25.

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[4] 魏春源等譯.汽車電氣與電子[M].北京理工大學出版社.2004.30-50.

CAN Body Control System of a Heavy Truck

Yu Yi, Cui Zhenya
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230022）

CAN is a kind of effective support distributed control or real-time control of serial communication network. This paper firstly introduces the development and CAN technology in vehicle control systems, and the advantages of a detailed analysis on the CAN bus carbody control system structure and working principle and the definition of each subsystem. With heavy card tractor carbody control system for example, show the body control system fault diagnosis of the working process and process, simple discusses in commercial vehicle heavy card CAN bus and the application of the field application of electric control system CAN in the economy, convenience and accuracy fully explained. Through a CAN bus control system and the traditional comparative, reflected the wiring control powerful advantage CAN bus system.

CAN; CBCU; J1939; Fault Diagnosis

TP273

A

1671-7988(2014)03-54-04

俞燚，就職于安徽省江淮汽車股份有限公司。