劉明磊

摘要：隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，其電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展也在逐漸加快，各種控制系統(tǒng)的更新換代促進了我國汽車行業(yè)的發(fā)展。在該文中介紹的是CAN總線為基礎的汽車電氣控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的應用能夠將企業(yè)的控制信號轉變?yōu)樾畔⒘?，然后通過分布式的控制模式來對汽車的電氣控制系統(tǒng)進行更加高效的控制，這種控制模式打破了傳統(tǒng)的汽車電氣控制系統(tǒng)單一線束限制，保證了汽車電氣控制系統(tǒng)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(tǒng)

引言：

現階段，電子信息技術逐漸應用到了汽車領域中，而汽車總線技術的實現與發(fā)展，為汽車通信方式帶來了新的發(fā)展途徑，如今，怎樣以總線技術為依托，對汽車的電氣控制系統(tǒng)進行有效構建，已經成為當前領域內部關注的重點。而以CAN為基礎的總線技術，以其線路簡單、擴展方便、抗干擾性強、傳輸速度快等優(yōu)勢，越來越受到汽車電子領域的重視，但由于該技術的成本相對較高，我國很多大型客車還無法對其廣泛運用，因此，需要對該技術進行進一步研究。

1汽車電氣控制系統(tǒng)的現狀

汽車電氣控制系統(tǒng)需要許多驅動大功率的用電器件，如遠光燈、近光燈、前后轉向信號燈、剎車燈、前后雨刮器電機、電動車窗、電動后視鏡、空調壓縮機等行車必須的用電設備。大型客車更有電視機、飲水機、通道燈、閱讀燈等服務于乘客的用電設備。汽車底盤也有許多傳感器如速度傳感器、水溫傳感器、機油傳感器、剎車傳感器、擋位傳感器等等，加上諸多開關如門開關、發(fā)動機艙開關和儀表盤的各種開關等。這些設備和傳感器都需要通過導線送到中央控制器上，或從中央控制器送下來，形成了大量導線捆成的線扎，這種傳統(tǒng)的汽車電氣控制方式稱為點對點的控制方式.

隨著車上電子裝置的增加使連接的電子線路迅速膨脹，線束越來越復雜。在汽車設計、裝配、維護中的負擔甚至到了無法承受的程度，而且線路接頭的增加是引起安全問題的隱患。另外線的重量和占用的空間也都是值得考慮的問題，重量的增加意味著降低效率。線路體積（直徑）太大在相對運動的部分之間過線非常困難。傳統(tǒng)上采用點到點平行連接方式顯然無法擺脫這種困境，基于串行信息傳輸的汽車電氣控制系統(tǒng)成為一種必然的選擇。

2 CAN總線

在眾多現場總線技術中，CAN總線技術是當前比較先進的技術，屬于多主總線系統(tǒng)，在信號傳輸的過程中，其速度可以達到每秒鐘1Mb，通常的出現形式為差分電壓，其通信介質也相對較多，主要包括光導纖維、雙絞線、同軸電纜等。在CAN總線中，系統(tǒng)的控制器可以實現CAN協(xié)議中鏈路層與物理層的相關功能，不僅可以使數據完成成幀，還可以實現零位的插入與刪除等相關工作。該協(xié)議與傳統(tǒng)系統(tǒng)的最大不同之處便在于，運用數據塊來代替站地址實現編碼，從理論角度來看，網絡節(jié)點的個數比較隨意，數據塊標識碼主要是由二進制數組成的，在對數據塊進行制定的過程中，也可以根據實際情況將其定義成211或229個。另外，CAN協(xié)議在通信過程中的可靠性與實時性也都相對較高，在運用過程中的綜合性價比較高，有非常廣大的應用前景。

3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(tǒng)的整體結構分為前、后、左、右等5個ECU節(jié)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(jié)點，其主要的功能就是對每個節(jié)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(jié)點進行輸送。而主節(jié)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(jié)點。而4個節(jié)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(tǒng)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(tǒng)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。

4 ECU節(jié)點設計

ECU節(jié)點由主處理器、CAN通信模塊、開關信息采集模塊、功率輸出控制模塊組成，軟件上根據所在位置寫入不同的應用程序，具有較強的移植性，如圖1所示。每個從ECU節(jié)點包含29路功率負載輸出驅動口、29路開關量輸入口、CAN通信接口以及電源輸入口。29路功率負載輸出驅動口允許輸出高達30A的電流，可以直接驅動汽車上的所有功率負載，取代傳統(tǒng)上通過繼電器間接控制，避免了因大電流流過時繼電器內部銅片接觸產生火花而帶來的安全隱患。29路開關量輸人口主要是采集汽車上各種開關量信息，開關閉合時，輸入口為低電平；開關斷開時，輸入口為高電平，如ACC擋信息、0N擋信息、START擋信息等。CAN通信接口提供CANH和CANL兩根通信線（可采用帶屏蔽的雙絞線），為各個ECU節(jié)點之間的通信提供良好的外圍接口。電源輸入口提供+24V電源輸入，使得各個ECU節(jié)點電子控制單元共用車上蓄電池或者由發(fā)電機發(fā)電。

當CAN總線上出現報文信息時，CAN通信模塊對其進行驗收濾波，驗收濾波通過之后，觸發(fā)中斷使能信號通知主處理器讀取該報文信息。主處理器讀取CAN模塊中的報文信息，并釋放接收緩沖區(qū)，然后將該報文信息進行格式轉換，通過UART總線發(fā)送給功率輸出控制模塊。功率輸出控制模塊通過UART總線接收串口信息，并將該信息按照一定的順序發(fā)送到單片機上各個I/O口，控制各個負載功率的輸出。開關信息采集模塊對各個開關輸入點進行循環(huán)檢測，當接收到主控模塊發(fā)出的控制命令字時，將當前采集的開關狀態(tài)信息通過UART總線發(fā)送給主處理器。主控模塊對接收到的開關狀態(tài)信息進行分析比較，如果發(fā)現當前采集的開關狀態(tài)信息與前一次有異同，將其按照一定格式組成一幀報文信息通過CAN通信模塊發(fā)送到CAN總線上。

5軟件架構

從功能的角度上來看，整個系統(tǒng)的軟件架構大致可以分成驅動、轉換、處理通信等三個主要層次。

其中，驅動層中主要包含了輸入與輸出兩方面驅動，同樣的，轉換層中也主要可以分為輸出與輸出兩方面轉換。為了完成每一層之間的有效通信，系統(tǒng)中主要包含了以下三種消息：其一，狀態(tài)消息，主要實現的是驅動層與轉換層之間的通信；其二，接口消息，主要實現的是輸入與輸出轉換層之間的通信；第三，器件消息，主要實現的是處理通信層與轉換層之間的通信。

驅動層中輸入驅動的主要任務是轉換輸入引腳的電平，便能夠將轉換所得到的信息向轉換層中發(fā)送；驅動層中輸出驅動的主要任務是將轉換層中得到的信息，重新轉換成實際引腳。轉換層中輸入轉換的主要任務是將驅動層中得到的狀態(tài)信息，轉換成器件消息，向處理層進行發(fā)送，從而分析其邏輯狀態(tài)；轉換層中輸出轉換的主要任務是將處理層中得到的器件消息轉換為輸出信息，向驅動層中進行發(fā)送。通信層可以以通信模塊為基礎，實現每個轉換層與處理層的信息交換。

結束語：

綜合上述所說，在進行CAN總線為基礎的汽車電氣控制系統(tǒng)設計時，需要將實驗平臺分為兩個不同的節(jié)點，而在整個實驗的過程中，需要對整體的5個ECU節(jié)點進行研究，保證企業(yè)電氣控制系統(tǒng)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(tǒng)的合理性和科學性。

參考文獻：

[1]王玉成，黃超.基于CAN總線的消防聯動控制系統(tǒng)設計[J].智慧工廠.2017（12）

[2]張莉.基于CAN總線的通信系統(tǒng)設計研究[J].自動化與儀器儀表.2018（04）

[3]高利杰，蘇通，許馥麗.一種基于CAN總線的誤碼測試方法[J].電子制作.2018（11）