基于CAN總線的汽車電氣控制系統設計

路燕

摘 要：隨著汽車行業的高速發展，其電氣控制系統的發展也在逐漸加快，各種控制系統的更新換代促進了我國汽車行業的發展。在該文中介紹的是CAN總線為基礎的汽車電氣控制系統，通過該系統的應用能夠將企業的控制信號轉變為信息流，然后通過分布式的控制模式來對汽車的電氣控制系統進行更加高效的控制，這種控制模式打破了傳統的汽車電氣控制系統單一線束限制，保證了汽車電氣控制系統在使用的過程中具有更高的利用率。

關鍵詞：CAN總線 汽車 電氣控制系統

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（b）-0032-02

在當前，電子信息技術的發展越來越成熟，其在各行各業中的應用也越來越廣泛，而其在汽車領域中的應用結束了汽車電氣控制系統的單束運營模式，這為汽車行業的發展迎來了新的發展高潮。通過CAN總線作為汽車電氣控制系統的基礎，其實現了對電氣控制系統的有效構建，這對我國的汽車行業發展具有非常大的促進作用，通過CAN總線技術的應用，汽車的控制信號傳輸速率更快，準確度更高，這為高質量的汽車產品提供了良好的技術支持，該文對汽車電氣控制系統的設計進行了簡單的研究。

1 CAN總線介紹

當前的總線技術種類較多，而CAN總線則是其中技術含量較高的技術類型之一，其屬于多主總線系統，對汽車運行過程中的信號傳輸效率進行了較大程度的提高，平均信號傳輸速率可以達到1 Mb/s，對于CAN總線技術，過去比較常見的形式為差分電壓，而其在進行信號傳輸的過程中采用的介質種類也非常多，比較常見的有光導纖維和同軸電纜等。

對于CAN總線控制技術，其能夠通過汽車電氣控制系統的控制來對CAN技術中的鏈路層以及其他的物理層功能進行實現，這樣能夠實現對數據的成幀轉換以及零位的各種操作。對于CAN協議來說，其同傳統的控制系統之間區別在于編碼控制系統的不同，對于CAN總線技術，其采用的是數據塊來對編碼進行控制，而理論上的網絡節點沒有個數的限制，對于數據塊來說，其主要是通過二進制計數方法來對標識碼進行控制。另外，在采用CAN總線技術時，其通信的可靠性以及實時性等都得到了有效的提高，是當前最具有發展前景的控制技術之一。

2 整體架構設計

在此次研究中，主要是對當前比較常見的一些汽車產品進行研究，其系統的整體結構分為前、后、左、右等5個ECU節點，而在進行CAN總線技術的應用時，首先需要選擇一個星形的拓撲結構，而其中的前后左右4個位置處的節點，其主要的功能就是對每個節點附近的開關信息進行全面的收集，并將其形成一幀報文形式的信息，并將其向著CAN總線的主節點進行輸送。而主節點在得到信息之后會對其進行判斷和分析，從而在此結果的基礎上將其反饋到對應的輸送節點。而4個節點在接收到信息之后通過UART總線來將結果傳輸到對應的控制模塊中，對汽車的電氣控制系統進行輸出功率的控制。在該傳輸模式中，單片機起著重要的作用，能夠對得到的信息進行邏輯運算并對其進行輸出的順序進行控制。對于汽車電氣控制系統來說，CAN總線技術主要的作用是為其信息的傳遞提供一個高效運行的平臺，該平臺通過通信介質來將傳輸和處理的信息進行高效的傳輸，而對于汽車在行進過程中產生的大量數據信息，通過CAN總線技術能夠實現汽車不同的電子單元之間的的共享，從而保證信息的高效傳輸，這對汽車的運行過程中的信息利用率來說是一種非常大的促進作用。

3 ECU節點

通過研究可以得知，ECU是當前汽車的控制系統中最為重要的組成部分之一，其組成包括CAN通信以及功率的輸出等，而在對汽車電氣控制系統的控制軟件進行設計時，需要對不同ECU節點的作用和位置進行研究和了解，然后針對性地進行相關控制程序的應用，而在對ECU進行使用的過程中，其體現了強大的移植性。對于當前汽車電氣控制系統來說，其ECU節點存在著幾種不同的端口，首先是對功率的負載進行輸出的驅動口，這一端口能夠實現對所有負載的驅動，而最高的輸出電流可以達到將近30 A，這一端口的應用保證了汽車使用過程中的安全控制。然后是開關量的輸出端口，這一端口主要是為了對開關量的相關信息進行有效的輸出，且不同的開關狀態對應的輸出口電平不同。然后是CAN通信接口，這是為汽車的整個運行系統提供充足的通信線，從而保證外圍接口的穩定性。最后則是電源的輸入口，這是為控制系統的正常運行提供有效的電能供應。

假如在CAN總線中具有一些相關的報文信息，該系統則會通過相關的通信部分來對這些信息進行有效的檢查和過濾，將其中存在著影響的信息過濾掉，剩下有用的信息傳輸到對應的控制模塊中。而在這一工作完成之后，其往往便會出現中斷，但對于這些收集的信息，其能夠通過傳輸線路將其輸送到對應的處理器中對其進行讀取，然后則是對接收緩沖區進行信號的釋放處理，通過這種控制模式能夠對報文信息進行充分的處理和篩選，然后通過信息的格式轉換來對信息進行處理，最后通過UART總線來實現對信息的輸出，在輸出的過程中，需要對得到的信息進行順序的排列，這樣才能保證信息傳輸對功率輸出的有效控制。而對于開關信息的采集，其能夠通過控制系統來對收集到的開關狀態進行反復檢測，同時將檢測到的開關狀態信息傳輸到主處理器中，這樣在發現其開關的狀態和應有的狀態信息之間存在著不同時，需要通過對應的信息傳輸方式將其向著CAN總線上進行傳輸和發送，然后通過CAN總線系統來實現對開關狀態的有效控制。

4 軟件的架構

根據汽車的電氣控制系統功能研究可以得知，整個的控制系統的軟件架構可以分為3個層次，分別是驅動、轉換和通信處理，對于不同的軟件架構，其功能之間存在著較大的差別，像驅動層，其主要是為了實現對信息的輸入和輸出驅動，而轉換層的功能也是這兩個方面。不同層之間的通信沒有影響，因此，每一層的通信驅動控制都是單獨完成的。而對于每一層之間的通信，信息的內容主要分為3種，第一種是狀態信息，指的是在運行過程中驅動層和轉換層之間的有效通信；然后是接口消息，這一消息是為了保證轉換層輸入和輸出兩種不同狀態之間的有效通信；最后則是器件消息，這一消息針對的則是處理通信層和轉換層。

此外，對于不同的驅動系統，其所具有的功能也存在著較大的區別，像驅動層中的輸入驅動，其在使用時主要是為了能夠對輸入引腳的電平進行轉換和調整，保證信息的正常轉換和傳輸，而對于輸入驅動，其和輸入驅動的功能則是相反的功能。

5 結語

綜合上述所說，在進行CAN總線為基礎的汽車電氣控制系統設計時，需要將實驗平臺分為兩個不同的節點，而在整個實驗的過程中，需要對整體的5個ECU節點進行研究，保證企業電氣控制系統能夠對汽車的正常運行進行有效的控制，保證汽車電氣控制系統的合理性和科學性。

參考文獻

[1] 冉振亞，周智慶，李越，等.電動汽車CAN總線驅動控制系統設計[J].重慶大學學報，2008（6）：603-609.

[2] 廖文良.基于CAN總線的汽車電氣控制系統設計[J].國外電子測量技術，2008（7）：36-38，48.

[3] 閆茂德，陳金平.基于CAN總線的汽車電子系統傳輸網絡設計[J].長安大學學報：自然科學版，2006（1）：86-89.

[4] 冉振亞，韓兆運.基于CAN總線的電動汽車控制系統設計[J].汽車工程，2006（3）：225-228.

[5] 王書林.CAN總線在汽車電氣控制中的應用[J].哈爾濱理工大學學報，2006（6）：53-55，59.