張桂銘

摘 要：當(dāng)前存在的一種車輛控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)是通過對汽車電子技術(shù)以及CAN總線的研究分析而進(jìn)行的，這一系統(tǒng)使用了CAN總線的通信功能，從而對車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)控制以及對各個(gè)模塊進(jìn)行控制，以此來實(shí)現(xiàn)對汽車的智能控制。

關(guān)鍵詞：車輛；CAN總線；遠(yuǎn)程控制

1 引言

當(dāng)前，全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)都在迅猛發(fā)展，將其應(yīng)用到汽車技術(shù)中，使得汽車電子控制技術(shù)也在不斷地成熟和完善，汽車電子控制技術(shù)在汽車業(yè)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，使得電子裝置更加的標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代汽車的電子化。汽車電子控制技術(shù)不僅有利于改善汽車的各種性能，比如，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、環(huán)保性、安全性以及行駛過程中的舒適性，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而且還有利于電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，所以汽車電子控制技術(shù)有利于汽車電子化的快速發(fā)展，它也是汽車工業(yè)不斷發(fā)展的關(guān)鍵。

2 基于CAN總線的車輛控制的發(fā)展?fàn)顩r

汽車電子技術(shù)是在電子技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上建立起來的，當(dāng)前由于汽車上的電子控制單元越來越多，因此連接的導(dǎo)線也越來越多，這時(shí)就出現(xiàn)了一些問題，就必須要解決好控制單元的通信問題以及導(dǎo)線的成本問題。

在西方國家，在汽車的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中以及部分工業(yè)控制的局域網(wǎng)所運(yùn)用的標(biāo)準(zhǔn)總線就是CAN總線的協(xié)議，在重工機(jī)械以及大型的車輛設(shè)計(jì)中都會運(yùn)用到以CAN總線為基礎(chǔ)協(xié)議的1939協(xié)議，同時(shí)當(dāng)前歐洲生產(chǎn)的每一輛轎車中都裝有CAN的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得汽車電子系統(tǒng)的生產(chǎn)主線為CAN總線。在我國這一技術(shù)的起步比較晚，在2006年才將大型客車以及貨車的通訊標(biāo)準(zhǔn)才定為以CAN總線為基礎(chǔ)的SAEJ1939，轎車在這以技術(shù)上還沒有比較突出的成果，還在發(fā)展的過程中，因此我國的汽車電子控制系統(tǒng)也還處在一個(gè)集中的發(fā)展階段，所以加快CAN總線在我國汽車領(lǐng)域的應(yīng)用是非常必要的，只有這樣才能夠促進(jìn)我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，才能夠提高我國汽車產(chǎn)業(yè)在國際上的競爭力。

3 CAN總線遠(yuǎn)程控制總體設(shè)計(jì)

汽車電子控制技術(shù)包括多種技術(shù)比如：發(fā)動(dòng)機(jī)的電子燃油控制技術(shù)，巡航系統(tǒng)，汽車的AMT、EPS以及ABS控制器，車載電話、電視、音響等技術(shù)，在電控單元之間的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，數(shù)據(jù)及時(shí)通信技術(shù)等。CAN總線當(dāng)前有著良好的發(fā)展前景，是電子控制網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展的方向。電子控制技術(shù)在不斷地應(yīng)用到汽車制造的過程中，比如，自動(dòng)變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)電控、主動(dòng)或半主動(dòng)懸架、防抱死、安全氣囊等，這樣就使得汽車在電子控制上形成網(wǎng)狀的相互聯(lián)系的局面，CAN組建出的局域網(wǎng)如圖1所示：

不同的電子控制裝置在數(shù)據(jù)傳輸速率方面的要求是不同的，對CAN總線的選用標(biāo)準(zhǔn)也是不同的，一些常用的標(biāo)準(zhǔn)如下：

⑴動(dòng)力傳動(dòng)子網(wǎng)。對于動(dòng)力傳動(dòng)子網(wǎng)的的各種裝置如：變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)以及制動(dòng)裝置收集到的是速率較高的傳感器的信號，這就需要高速的TTCAN和CAN來將傳感器的信號來發(fā)送出去，這種高速的TTCAN和CAN是以J2284、J1939以及ISO11898的標(biāo)準(zhǔn)組建起來的，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)及時(shí)的動(dòng)態(tài)控制。

⑵車身電子子網(wǎng)。在車身系統(tǒng)中的控制裝置也是比較多的，比如對座椅的控制、對轉(zhuǎn)向燈的控制，對示寬燈的控制、對剎車燈的控制、對車門的控制、對汽車儀表燈的控制，這些控制裝置需要較多的布線，所以在車身電子子網(wǎng)中需要利用低速容錯(cuò)的CAN來增加系統(tǒng)的抗干擾性和不斷地增長傳輸?shù)木嚯x，所以這就需要在J2284以及ISO 11519-2的標(biāo)準(zhǔn)上來建立低速容錯(cuò)CAN。

⑶故障診斷子網(wǎng)。當(dāng)前在診斷故障子網(wǎng)這一模塊上，已經(jīng)出現(xiàn)了可以發(fā)展成為汽車產(chǎn)業(yè)診斷故障的通用標(biāo)準(zhǔn)的J2480以及ISO/DIS 15765的通信協(xié)議。

4 CAN總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能分析

（1）控制系統(tǒng)的心臟是中央控制模塊，這一模塊可以控制車輛的所有系統(tǒng)，它的運(yùn)作原理是由CAN總線將所有系統(tǒng)的開關(guān)量、脈沖量、模擬量等收集起來通過處理器集中運(yùn)算，分析處理，最終再由CAN總線來發(fā)出具體的控制指令，來對整個(gè)車輛的系統(tǒng)進(jìn)行控制。

（2）對點(diǎn)火時(shí)刻進(jìn)行有效控制就要通過電子點(diǎn)火系統(tǒng)控制模塊，這一模塊的工作原理是利用高精度的曲軸位置、負(fù)荷、排氣含氧、易燃、進(jìn)氣溫度、冷卻水溫等不同的傳感器，通過專門的微處理芯片來對點(diǎn)火的順序與時(shí)刻進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)火的有效控制。

（3）對燃油的控制主要是利用制燃油供給系統(tǒng)模塊，這一模塊主要被引用到電子汽油噴射系統(tǒng)和電子石化油系統(tǒng)中，它的工作原理是通過電子點(diǎn)火系統(tǒng)、氣流量、燃油液位的傳感器來對燃油進(jìn)行控制，來達(dá)到節(jié)約用油、節(jié)約資源、科學(xué)環(huán)保的目的。

（4）動(dòng)力終端與開關(guān)量控制模塊是用來對發(fā)動(dòng)機(jī)的油壓、油溫、水溫以及傳動(dòng)箱的油壓的測控，它的工作原理是該模塊對火焰?zhèn)鞲衅鲗c(diǎn)火狀態(tài)檢測時(shí)所形成的數(shù)據(jù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)，車門、車燈、窗等的信號所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在經(jīng)過PCI18F458單片機(jī)芯片的處理和分析后，最后經(jīng)過CAN總線的控制器將其送到總線，來實(shí)現(xiàn)與中央控制模塊的通信。

（5）減速和差速的控制上會運(yùn)用到制動(dòng)防抱死控制模塊，它的工作原理是利用轉(zhuǎn)速傳感器以及高速電磁閥等來對車輛進(jìn)行控制，這樣可以對車輛的啟動(dòng)和加速時(shí)車輪打滑進(jìn)行有效地控制防止在制動(dòng)的過程中出現(xiàn)車輪抱死、方向失控、車輪打滑、甩尾等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（6）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模塊主要是利用車的外部條件來對車的轉(zhuǎn)向助力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得轉(zhuǎn)向功能得到最優(yōu)化。

（7）安全氣囊觸發(fā)裝置、氣囊以及氣體發(fā)生器構(gòu)成了安全氣囊系統(tǒng)模塊。安全氣囊的觸發(fā)裝置主要由監(jiān)控裝置、電子控制裝置、傳感器、儲備電源組成。這一模塊的工作原理是由加速傳感器來發(fā)出信號，電子控制系統(tǒng)接受信號并分析處理，如果是發(fā)生事故，則會對氣體發(fā)生器發(fā)出吹脹氣囊的命令，整個(gè)過程的用時(shí)是非常短的。觸發(fā)裝置會處在一個(gè)監(jiān)控的狀態(tài)來保障氣囊時(shí)刻處在待工作的狀態(tài)下。

（8）懸掛控制系統(tǒng)模塊主要是對車輛的懸掛的剛度和阻尼功能進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體說就是對監(jiān)控裝置、加速度傳感器、制動(dòng)壓力傳感器、控制裝置、車身位移傳感器、側(cè)向加速度傳感器、以及高性能液壓組件的調(diào)節(jié)控制。以此來提高車輛的車身狀況，保障行駛時(shí)的穩(wěn)定和乘坐的舒適度。

（9）電子自動(dòng)換檔系統(tǒng)模塊就是運(yùn)用電子裝置，使電磁閥和氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)充分協(xié)調(diào)工作，從而使車更加容易的操作，保障車輛行駛的安全性。

（10） 汽車人機(jī)界面模塊就是指人和車輛之間的互動(dòng)交流，汽車的相關(guān)信息以及運(yùn)行狀況通過顯示屏來顯示出來，使得車主可以通過顯示出的信息對車的狀況一目了然，有利于發(fā)現(xiàn)故障，對車的某些參數(shù)得到有效方便的限制。

（11）儀表指示模塊是通過各種儀表輸出的信號對車輛的狀態(tài)進(jìn)行控制，比如，水溫、氣壓、里程、速度、油量等儀表會輸出一些數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)就可以很好地對車輛進(jìn)行控制。

5 系統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

5.1 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

汽車在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)CAN總線控制中包括多方面的內(nèi)容：自動(dòng)防抱死、自動(dòng)變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等等，汽車的動(dòng)力性（最大爬坡度、最高車速、加速時(shí)間），制動(dòng)性（最小制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度、最小制動(dòng)距離、制動(dòng)效能恒定性和制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性），經(jīng)濟(jì)性（百公里燃油消耗量），操作穩(wěn)定性（反應(yīng)時(shí)間，橫擺角速度增益—轉(zhuǎn)向靈敏度；橫擺角速度波動(dòng)的無阻尼圓頻率）等行駛性都與這些控制系統(tǒng)有一定的關(guān)系，進(jìn)行系統(tǒng)控制時(shí)就要考慮到汽車的轉(zhuǎn)速，在重新整車的時(shí)候可以使用高速CAN總線，把各個(gè)控制器與總線相連，從而實(shí)現(xiàn)高速的控制。圖2是CAN總線結(jié)構(gòu)

5.2 車身控制系統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

電子控制單元包括座椅、車門、車燈、汽車儀表等各方面的控制。車身控制系統(tǒng)具有傳輸距離長的的特點(diǎn)，CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)性上可以理解為是對CAN總線的LIN網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)互補(bǔ)性的網(wǎng)絡(luò)。LIN總線本身是一種電子控制系統(tǒng)，它的傳輸速度比較慢，成本低，它更加適合空間比較大、信號傳輸率比較低的車身。因此要將LIN分總線獨(dú)立連接，并使其與CAN總線相連，然后應(yīng)用到整個(gè)汽車的網(wǎng)絡(luò)之中，使其對CAN總線形成一個(gè)補(bǔ)充。LIN具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，因此它在汽車電子控制中的到有效應(yīng)用，如圖3是使用LIN總線標(biāo)準(zhǔn)的一般的汽車車身總線總體結(jié)構(gòu)圖：

6 總結(jié)

本文通過對CAN 總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的介紹，分析了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和幀結(jié)構(gòu)等相關(guān)內(nèi)容，對CAN總線的一些優(yōu)勢進(jìn)行了詳細(xì)分析從而論證這些優(yōu)勢對CAN總線電子網(wǎng)絡(luò)控制的重要性，同時(shí)也論述了CAN總線網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)對解決車身電子控制系統(tǒng)以及汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)問題的重要性，從而有利于CAN 總線在汽車產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用。