汽車車身CAN總線系統設計

郝魁　孫華偉　騰彥飛

摘 要：隨著現代汽車電子技術的發展與廣泛應用，汽車車身的電子設備越來越多，各部分通信控制之間更為復雜。傳統電器之間的連接使用點對點方式的單一通信，而使用CAN總線技術使車身電控系統之間的連接更加智能化。車身使用的是低速的CAN總線網絡，對于車身整體控制性要求較低。車身控制一般包括對門鎖、前后視鏡、天窗、室內空調等的控制。

關鍵詞：汽車；車身控制；CAN總線；電子技術

中圖分類號：U469.11 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0001-02

CAN總線技術主要應用于動力系統子網和車身系統子網，我們研究的車身網絡控制屬于低速CAN網絡。隨著CAN總線技術的廣泛應用，其開發流程與方法成為了研究的重點?；贑AN總線技術的車身控制代替了車身點對點的復雜連接，使用CAN總線式網絡拓撲形式，將車身各個控制節點連接，利用軟件實現對車身網絡節點的綜合控制。

1 汽車網絡總線開發流程

CAN總線技術在車身的廣泛應用，使人們更加關注CAN總線的整體開發流程。車身CAN總線網絡的開發流程主要包括系統整體設計和具體實現方法。系統整體網絡設計包括了所有要遵循的設計方法。使用網絡拓撲形式的設計方法時，首先要分析CAN總線的系統功能要求、整體結構的設計與仿真，制訂符合CAN總線要求的通信與控制協議，這樣才能為供貨商提供整車ECU節點設計（包括軟件節點、硬件節點、軟件與硬件結合節點的系統集成），完成CAN總線的驗證與仿真。具體實現方法包括實現這些功能所需要的硬件和軟件的選型與設計。

2 車身CAN總線系統的拓撲結構設計

車身網絡系統拓撲結構主要包括中央控制器、左右前后車門控制器、車內空調控制器、前后座控制器等，這些控制器都掛接在CAN總線上。這里我們選擇中央控制模塊進行研究。車身網絡控制選擇的是低速通信，因此傳輸波特率選擇50 kb/s作為CAN總線的通信速率。車身CAN網絡拓撲結構如圖1所示。

為了方便駕駛員了解整車狀態參量，可以選擇CAN總線儀表，將車身控制模塊和動力傳動模塊集成網關，獲得車速信號、轉速信號、各類傳感器信號和變速器擋位信號。這些信號通過儀表顯示出來，使駕駛員能夠及時了解各類信息并判斷汽車的運行狀態。

3 中央控制器網絡節點功能分析

3.1 操作位置

在中央控制器的輸入信號中主要是操作位置的輸入。輸入信號主要包括發動機的轉速信號、車速信號、點火開關信號、變光信號、前后門鎖信號、后備箱開關鎖、CAN總線信號等。

3.2 控制區域

中央控制器的控制區域包括執行機構（比如各類型的電動機）和CAN總線。

3.3 控制功能簡述

3.3.1 發送車身狀態信號

當點火開關打開時，點火信號節點向CAN總線發送相關點火開關接通的信號。對節點進行設定，使其定時向CAN總線發送相關發動機狀態信號，比如發動機轉速、車速信號。當整車發生碰撞時，及時通過有關節點向CAN總線發送碰撞信號。

3.3.2 后備箱開關鎖控制

當總線上需要詢問后備箱開關狀態時，后備箱節點將會檢測此時開關鎖的狀態信息，并及時將節點信息發送到CAN總線上。如果此時車速大于15 km/h，后備箱未關閉，則執行閉鎖行為；如果此時車速小于15 km/h，后備箱保持關閉，則不開鎖。當總線上收到后備箱鎖的開關信號時，執行后備箱的門鎖開關動作，同時CAN總線及時向中央控制器發送信號。

3.4 信號功能簡述

3.4.1 點火開關狀態信號

點火開關狀態信號用來表示點火開關狀態量，接通時導通12 V電源電壓；斷開時表示為空置，內部電阻拉低。信號經過RC振蕩電路的濾波，將節點信息發送給總線，用于判斷點火開關狀態。

3.4.2 碰撞信號

碰撞信號表示車輛發生碰撞的狀態，該信號為方波。

3.4.3 后備箱門開關狀態信號

后備箱門開關狀態信號用來表示后備箱門開關狀態的開關量。門開時電壓為0 V接地，門關閉時懸空，內部電阻拉高。信號經硬件RC振蕩電路，用于信號的濾波。該信號來自車內開關，由控制器發往總線。

3.4.4 車速信號

此車速信號與后備箱門開關有關，是一種數據量，可進行方波調頻。該信號來自車速傳感器，經控制器發往總線。

4 車身中央控制器網絡通信協議

總線網絡通信需要統一的協議來規范整車各類電子控制器之間的交流語言，該協議可以對整車電子控制單元之間進行數字信息的相互交換和各個特性作出規定。一般情況下需要對網絡系統中的總線式拓撲結構、各個控制器單元節點、硬件接口直接的電氣特性等進行統一規范。

在定義車身網絡通信協議時，卡車、客車等均采用29位標識符的幀結構，而普通家用車采用11位標識符的標準格式。各節點定義以50 ms的通信周期發送到總線進行數據交換。

5 車身控制系統的硬件與軟件測試設計

根據中央控制器所要實現的相關功能，選擇合適的微控制器、電源電壓調節電路、輸入信號處理電路、執行電機控制電路、CAN通信網絡控制電路等作為硬件電路設計的任務。采用美國明導公司的MENTOR GRAPHICS進行CAN總線的系統設計與測試。

6 結束語

在整車項目開發過程中，實驗數據很重要，其中的現場總線數據更加重要。當整車配置了CAN總線時，通過CAN總線來捕捉這些數據。使用CAN總線通信網絡，使整車電控單元之間的資源共享、信息傳輸更加可靠，進而促使各個系統之間協調工作。

參考文獻

[1]郝飛，張崇生，張海濤，等.VNA在整車網絡設計中的應用[D].上海：上汽汽車工程研究院，2006.

〔編輯：劉曉芳〕