基于CAN/LIN總線的汽車電子網絡化研究和應用

黃亦文

摘 要：本文圍繞主控制器模塊、CAN/LIN混合網絡、空調、車門、車燈、油門踏板控制系統等模塊，針對汽車電子網絡化系統的結構設計思路進行分析，并以車載通信網絡系統為例，通過仿真實驗對汽車電控單元的網絡化通信性能進行檢測，證明CAN/LIN混合網絡的應用能夠有效提升汽車電子網絡的綜合使用性能。

關鍵詞：汽車電子;CAN/LIN總線;車載網絡

0 引言

CAN總線和LIN總線均是一種應用于分布式汽車電子控制系統的串行通信網絡，其中CAN總線適用于傳輸速率從1Mbps至50Kbps的汽車網絡，而LIN總線主要為CAN總線提供輔助功能、用于節約網絡成本。基于CAN/LIN混合網絡進行汽車電子網絡化系統設計，能夠有效精簡線路、節約成本、提升通信速率。

1 汽車電子網絡化系統結構設計

（1）系統結構。汽車電子網絡化總控平臺主要由以下模塊組成：其一是主控制器，用于實現對系統內部整體CAN/LIN網絡的控制，將從控制屏處接收到的信息轉換為CAN/LIN數據幀，并發送至各節點處，實現對空調、車門、車燈及油門踏板等系統的控制;其二是由CAN、LIN總線組成的混合通訊網絡，利用CAN/LIN網關為CAN與LIN網絡間提供通訊支持，由CAN、LIN單元共同組成網關系統，依托節點處的電路與收發器設計實現協議轉換;其三是空調控制系統，由主控制器與CAN實現雙模式轉換，配合汽油發動機、蓄電池形成混合供電系統，驅動空調系統運行;其四是車門控制系統，在汽車前、后車門處共設有4個控制節點，實現對玻璃升降器、按鍵、后視鏡電機、中控門鎖的控制;其五是車燈控制系統，基于分布式控制模式進行控制開關狀態檢測與控制，實現CAN與LIN網絡的連接;其六是油門踏板系統，利用傳感器與總線通訊方式進行信號發送、控制油門開合。

（2）硬件設計。主控制器系統采用LPC2194芯片，設有ARM7TDMI-S微處理器與CAN通訊接口，節點控制器選用M68HC08系列微控制器單元;電源系統采用數字電路雙電源，結合電壓范圍選擇DC1.8V、DC3.3V兩種穩壓電源，并且在校準電路輸出端設置0.1μF去耦電容與旁路電容;CAN總線收發器與LIN總線收發器分別采用MC33388和MC33399芯片，配合保護電路的設置，減少EME和EMI;液晶屏采用LFUBK911，觸摸屏控制器采用ADS7846四線電阻式控制器;油門踏板設有A/D轉換器，通過將其輸入端連接外部放大器完成采樣過程，配合外部輸入電阻提供濾波功能;針對車燈、車床、車門等系統采用集成驅動方式設計，選取MC33288、MC33286兩種芯片，提供過壓保護和防壓接功能;空調系統采用伺服電機驅動轉向器，利用微控制器單元的I/O線控制AC驅動的輸出，提供短路保護[1]。

（3）軟件設計。主控制器采用嵌入式操作系統，由main（）、任務間通信、觸摸屏、顯示與外部節點通訊等任務組成軟件系統架構;節點軟件系統采用C語言編程，CAN節點由初始化、I/O、伺服電機驅動、AC信號驅動、輸入信號采樣等模塊組成軟件系統，LIN節點由協議層、應用接口及應用層組成結構化程序模塊。在CAN/LIN網關平臺的軟件設計上，協議層模塊由bool rec_data和void send_data兩個子函數組成，接口層模塊包含void ptr_rd和void ptr_wr兩個子函數，搭配增量式PID算法進行車窗升降電機等特殊節點的軟件設計，其算法表示為：

2 基于CAN/LIN總線的車載通信網絡應用檢測

（1）CAN/LIN網關接口。以某車載通信網絡系統為例，該系統采用CAN/LIN網關平臺，利用網關節點進行CAN、LIN總線數據幀的拆分、存儲與生成，選取MC9S08DZ60作為網關主芯片，通過PTE6引腳與CAN總線收發器的TXD引腳連接、將PTE7引腳與RXD引腳連接，且CAN總線收發器的兩引腳通過連接總線接口實現數據幀的收發，提供網絡通信與控制功能[2]。

（2）協議轉換過程。在CAN/LIN網關的協議轉換設計上，首先是混合網關與CAN節點的通信，在發送CAN數據幀時需結合CAN數據幀進行ID值、DLC值、CRC場值、ACK場值的設置與發送，在接收CAN數據幀時需經由拆分處理進行ID值、DLC場值、CRC值的判斷;其次是混合網關與LIN節點的通信，在發送LIN數據幀時需進行同步間隔、同步場0x55的發送與校驗并計算、發送ID場值，在接收LIN數據幀時需依次接收同步場、同步、ID、校驗及場并完成判斷、保存數據;最后是非混合網關節點與CAN總線的通信，基于芯片完成數據字節的拆分，對照第1、2個數據字節和余下純數據字節完成LIN數據字節中源地址、目標地址與DLC的配置，再完成由CAN向LIN數據字節的轉換，并添加同步場及校驗碼，即可完成數據幀轉換過程。

（3）仿真實驗。利用Simulink仿真工具建立基于CAN/LIN總線的車載通信網絡仿真模型，在模型上共包含3個CAN節點、2個LIN節點和混合網關，其中CAN、LIN兩節點模型每秒分別發送5幀和2幀數據，通過比較數據幀ID大小進行數據幀的篩選發送。仿真結果表明，由CAN1節點發送的數據可被LIN2節點完整接收，且LIN1節點發送的數據也可被CAN2節點正確接收，說明該混合網關模型可實現CAN、LIN數據幀的有效收發及協議轉換，具備良好應用價值。

3 結論

本文基于CAN/LIN總線進行汽車電子網絡化控制系統的設計，針對其中的車載通信網絡系統開展仿真實驗，實驗結果表明各CAN、LIN總線節點均可實現通信數據的正確收發，以及CAN、LIN數據幀的收發和協議轉換，并且在通信速率、靈活度、容錯性等方面均具有良好應用價值，有效發揮通信控制功能。

參考文獻：

[1]景疆輝，趙云堂.CAN總線系統的故障診斷方法[J].汽車維修與保養，2019（01）：56-57.

[2]孟妮.基于LIN總線汽車車門電子控制系統設計[J].機械制造與自動化，2018（03）：232-235.