葉鵬

摘 要：汽車上的電子裝備隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而不斷增多，且電子裝備都是集信息、電子、機(jī)械為一體的裝備。在汽車系統(tǒng)中，信息和電子兩大技術(shù)的地位越來越高。介紹了SAEJ1939協(xié)議和CAN總線的概況，分別探究了基于CAN總線的車身控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，軟、硬件設(shè)計(jì)以及相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，證實(shí)了在CAN總線的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)車身控制系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：CAN總線；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；車身控制系統(tǒng)；電子裝備

中圖分類號：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.083

汽車電子裝備的持續(xù)增多，導(dǎo)致裝置的電子線路迅猛增多，線路越來越復(fù)雜，進(jìn)而加大了布線的難度，甚至在設(shè)計(jì)、安裝、升級和維護(hù)中都已經(jīng)到達(dá)了難度的最高上限。所以，在持續(xù)增多電子裝備的狀況下，線束減少成為了亟待解決的問題之一。由于點(diǎn)到點(diǎn)的布線法無法滿足要求，因此，在CAN總線的基礎(chǔ)上研究了車身控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 CAN總線和SAE J1939協(xié)議概況

1.1 CAN總線

20世紀(jì)80年代末，英特爾和Bosch這兩大公司共同研發(fā)了在汽車電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用的CAN總線規(guī)范。CAN總線英文名為Controller Area Network，又被稱作控制器局域網(wǎng)。CAN通信協(xié)議主要是對設(shè)施間的信息傳輸方式進(jìn)行描述。CAN技術(shù)規(guī)范包括A部分和B部分，其中，有十一位保溫標(biāo)識符的是CAN2 .0A，擁有二十九位報文標(biāo)識符的是CAN2.B，而它們在種類上沒有任何的局限性，不過非破壞性逐位仲裁是介質(zhì)訪問的形式，這與高適用性的小型網(wǎng)絡(luò)十分搭調(diào)，只用價格較低的開發(fā)工具就能開發(fā)出來。

1.2 J1939協(xié)議

美國汽車工程協(xié)會為車輛定義了J1939工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將一個開發(fā)系統(tǒng)提供給電子系統(tǒng)是提出J1939文檔的目的所在，而開放性系統(tǒng)開發(fā)出來后，設(shè)備間通信時就擁有了標(biāo)準(zhǔn)的體系架構(gòu)。制定J1939標(biāo)準(zhǔn)時，是以ISO的開放式數(shù)據(jù)互連模型中的7層基準(zhǔn)參照模型為基礎(chǔ)的，該協(xié)議是CAN協(xié)議的一種高級標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)確切規(guī)定了汽車內(nèi)的ECU地址配置、通信方法、命名、發(fā)送報文優(yōu)先級別等內(nèi)容，同時，詳盡地闡述了汽車內(nèi)各詳細(xì)的ECU通訊。CAN報文標(biāo)識符被J1939協(xié)議劃分成原地址、特定域、協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式、數(shù)據(jù)頁、優(yōu)先級。

2 車身控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

空調(diào)、電動座椅車、后視鏡和侯礦加熱控制、雨刮器、內(nèi)燈外燈、電動車床玻璃升降器、防盜裝置和壓控中央門鎖等是車身控制模塊的主要控制功能。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷滲透到車身設(shè)計(jì)中后，為了能實(shí)現(xiàn)安全、舒心、便利的乘坐和駕車目的，將以上的少數(shù)或所有車身控制模塊集成起來逐漸向高檔汽車中應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)主要包括車鎖、車窗、中央控制、空調(diào)控制、車燈、調(diào)整座椅、組合儀表板等模塊。模塊間通訊時采用比125 bps低的低速雙線CAN總線，能運(yùn)用儀表模塊中集成或單獨(dú)存在的網(wǎng)關(guān)，使車身控制模塊系統(tǒng)與高速動力傳動總線相連，進(jìn)而達(dá)到獲取發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、安全氣囊出發(fā)等訊號接收到的目的。在儀表模塊中獲取發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速信息，在碰撞傳感器中得到碰撞信號，檔位信息在變速器中獲取。運(yùn)用總線連接能實(shí)現(xiàn)控制的自動化，車身控制系統(tǒng)在接收到鎖上遙控或打開空調(diào)信息后，會采取自動化的方式將車窗關(guān)嚴(yán)。當(dāng)汽車遭遇碰撞后，在自動打開安全氣囊時，還會將全部車門的鎖打開，進(jìn)而為車內(nèi)乘客和司機(jī)打開了逃生的方便之門 。

3 車身控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路時采取集CAN收發(fā)器（PCA82C250）ECU、CAN 控制器（SJA1000）、（AT89C51）于一體的設(shè)計(jì)。

Atmel AT89C51單片機(jī)作為能耗低、性能強(qiáng)、電壓低的八位互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體單片機(jī)，片內(nèi)包含4個輸入/輸出端口，4 KB的閃速存儲器，一共有輸入/輸出引腳32個，且該單片機(jī)的指令系統(tǒng)與輸出引腳都能適用于MCS-51中，不僅有較高的靈活性，而且價格較為實(shí)惠。PHILIPS SJA1000作為獨(dú)立的CAN控制器主要起到實(shí)現(xiàn)CAN通信協(xié)議，對11位和29位標(biāo)識碼、CAN2.0A/B協(xié)議給予支持。其中，接收緩沖器64 Byte，通信位的速度最高可達(dá)1 GB/s，即使在極端環(huán)境下也能平穩(wěn)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)。PHILIPS PCA82C250是物理總線和CAN控制器間的接口，是通用型的CAN收發(fā)器，將差動發(fā)送和接收能力分別提供給CAN總線和控制器。

3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件時，由于采取了模塊化理念，可以分成CAN控制器初始化模塊、主程序模塊、數(shù)據(jù)幀傳送模塊和接收模塊等相對隔離的多個模塊。SJA1000具備擴(kuò)展幀和標(biāo)準(zhǔn)幀兩種規(guī)格，每種規(guī)格的幀都具備雙、單濾波功能。由此可見，CAN控制器濾波形式有4種，其能對CAN2 .0B技術(shù)規(guī)范具有適應(yīng)性。為了便于二次研發(fā)和共享車身網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的信息，對車身系統(tǒng)不具有較強(qiáng)實(shí)時性的特性進(jìn)行了考慮。本系統(tǒng)采取的通信格式為擴(kuò)展幀。為了能確保系統(tǒng)中的廣播信息向每個模塊準(zhǔn)確傳送，達(dá)到共享信息的目的，系統(tǒng)的濾波形式為驗(yàn)收雙濾波。將一個廣播信息的ID標(biāo)識碼設(shè)置在其中一個濾波器內(nèi)，另外一個則是有模塊本身的標(biāo)識碼。運(yùn)用該種濾波方式，能將控制器中的廣播地址設(shè)在一個濾波器中，這能在很大程度上提升通訊的靈活度。

在向CAN總線廣播發(fā)送數(shù)據(jù)時，要以節(jié)點(diǎn)獲得的優(yōu)先級別進(jìn)行。地址相符的CAN節(jié)點(diǎn)將接收數(shù)據(jù)后，向數(shù)據(jù)處理程序發(fā)送。當(dāng)有獨(dú)特的傳送數(shù)據(jù)請求時，應(yīng)采取遠(yuǎn)程幀請求的方法準(zhǔn)予對方進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。該種處理數(shù)據(jù)法有利于完成程序結(jié)構(gòu)化管理數(shù)量較多的任務(wù)。

3.3 CAN總線的優(yōu)點(diǎn)

在車身控制系統(tǒng)中運(yùn)用CAN總線具有適應(yīng)性強(qiáng)、成本地的特點(diǎn)，明顯地較少了車身控制線束的數(shù)量，降低了線束費(fèi)用，使汽車更加安全、舒適，有利于擴(kuò)展功能的發(fā)揮。采取比125 bps低的低速雙線CAN總線后，能運(yùn)用儀表模塊中集成或單獨(dú)存在的網(wǎng)關(guān)使車身控制模塊系統(tǒng)與高速動力傳動總線相連，進(jìn)而達(dá)到獲取發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、安全氣囊出發(fā)等訊號的目的。其在國內(nèi)，中、低檔汽車中運(yùn)用較多，編控制程序時采取C語言，有較強(qiáng)的兼容性和可讀性，有利于維護(hù)和更新。

4 結(jié)束語

我國想要生產(chǎn)出性價比高、實(shí)用性強(qiáng)的汽車，汽車電子工程師應(yīng)一步步創(chuàng)建網(wǎng)關(guān)，將汽車動力、車身控制、底盤、車載多媒體、GPS定位等系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)合，創(chuàng)建出共享資源、智能化、集成化的綜合系統(tǒng)，進(jìn)而在很大程度上優(yōu)化汽車車身控制，這就需要我國汽車將網(wǎng)絡(luò)通訊高層協(xié)議開發(fā)出來，為國產(chǎn)汽車技術(shù)含量的提升創(chuàng)造條件。

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〔編輯：張思楠〕