路 平,孫 燦,張進(jìn)明(北京汽車研究總院有限公司電子電器與空調(diào)部,北京 101300)
基于CAN/LIN總線技術(shù)的車身控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用
路平,孫燦,張進(jìn)明
(北京汽車研究總院有限公司電子電器與空調(diào)部,北京101300)
描述所設(shè)計(jì)的一種基于CAN/LIN總線技術(shù)的多功能汽車車身控制器主要功能,分析、討論其功能特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方式。
車身控制器;CAN總線;功能
隨著汽車行業(yè)電氣系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展,電控單元在汽車中的應(yīng)用越來越多,分離模塊大量使用的同時(shí)也帶來了成本增加、故障率上升、布線復(fù)雜、智能化人性化、信息共享等問題,因此需要設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的控制模塊,來替換部分離散控制單元功能,這就是車身控制器 (簡稱BCM)。BCM是汽車內(nèi)最重要的模塊之一,BCM被用來控制不需專用控制器的常用 “車身”功能,包括車窗、車鏡、車門鎖和車燈控制等,此外,BCM還可以具有通過網(wǎng)絡(luò)總線在不同模塊間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)作用。因?yàn)锽CM連接多個(gè)汽車總線,所以它是為汽車增加新功能的理想平臺(tái)。當(dāng)汽車電子設(shè)計(jì)工程師想為汽車添加新的功能,但又沒有太多時(shí)間、空間或預(yù)算來增加新模塊時(shí),他們??赏ㄟ^為BCM編寫新軟件并借助其連網(wǎng)能力來實(shí)現(xiàn)這些功能[1]。
本文設(shè)計(jì)的基于CAN/LIN總線技術(shù)的多功能汽車車身控制器 (BCM),可以同時(shí)具備傳統(tǒng)車身控制功能,又可以擴(kuò)展網(wǎng)關(guān)、IMMO(發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜)、TPMS(胎壓監(jiān)測系統(tǒng))和RKE的功能,能夠滿足多款汽車研發(fā)平臺(tái)要求及覆蓋多種車型配置需求。該BCM是可以覆蓋多種車型配置需求的單一模塊,對于上述所有功能可以按要求進(jìn)行擴(kuò)展。該車身控制器可具備的主要功能介紹如下。
1)基礎(chǔ)功能RKE遙控鑰匙功能 (Remote Keyless Entry);外部開關(guān)信號(hào)采集與其它信號(hào)采集;車外燈光控制 (包括遠(yuǎn)/近光燈、左/右轉(zhuǎn)向燈、前/后霧燈、位置燈等);車內(nèi)燈光控制 (包括各種開關(guān)背光燈控制、開門指示燈、防盜指示燈、閱讀燈、行李廂等);刮水系統(tǒng)控制 (包括前后刮水電機(jī)控制、前后玻璃清洗控制);電源模塊,電池節(jié)電,能量管理;警告控制 (包括鑰匙警告,安全帶警告,停車警告,門開狀態(tài)警告,尾燈警告信息等);車輛碰撞開鎖控制。
2)可擴(kuò)展功能集成網(wǎng)關(guān)功能 (1條高速CAN,1條低速CAN,2條LIN);IMMO發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜功能;TPMS胎壓監(jiān)測系統(tǒng)功能。
總線網(wǎng)關(guān)模塊與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由器類似,是整個(gè)汽車內(nèi)最先進(jìn)、計(jì)算最密集的應(yīng)用之一。大多數(shù)電子控制單元 (ECU),無論是底盤、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),還是車身電子領(lǐng)域,都必須通過中央網(wǎng)關(guān)向其它汽車子系統(tǒng)傳遞信息。除了為不同通信協(xié)議提供一個(gè)焦點(diǎn)外,該網(wǎng)關(guān)還作為集中診斷和其它模塊的再編程路由器使用,在實(shí)現(xiàn)信息共享的同時(shí),對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全局網(wǎng)絡(luò)管理,增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性;不采用單獨(dú)網(wǎng)關(guān)控制模塊,既可以節(jié)約網(wǎng)關(guān)成本又可以減少網(wǎng)關(guān)的布置工作和物理及管理成本。該功能中CAN通信集成OSEK網(wǎng)絡(luò)管理、符合CAN2.0通信協(xié)議和ISO15765診斷協(xié)議;LIN通信符合LIN2.0通信協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖1所示。CAN1為PT_CAN,采用500kb/s的高速CAN網(wǎng)絡(luò),滿足動(dòng)力底盤控制系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性要求;CAN2為Body_CAN,采用125 kb/s的高速CAN網(wǎng)絡(luò),提高了車身網(wǎng)段的速率,滿足電子化水平不斷提升的車身控制系統(tǒng),便于車身節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展。
圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D
該BCM本身集成的CAN收發(fā)器采用Philips的TJA1040芯片,LIN收發(fā)器采用TJA1021芯片,可以滿足PT_CAN(動(dòng)力CAN)與Body_CAN(車身CAN)之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換功能及網(wǎng)絡(luò)總線通信要求。該BCM的CAN收發(fā)器內(nèi)部電路見圖2,LIN收發(fā)器內(nèi)部電路見圖3。
圖2 BCM內(nèi)部TJA1040 CAN收發(fā)器電路圖
圖3 BCM內(nèi)部TJA1021 LIN收發(fā)器電路圖
輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng) (TPMS)是一項(xiàng)新的汽車被動(dòng)安全裝置,可以幫助駕駛者實(shí)時(shí)掌握輪胎的壓力狀況,幫助減少因輪胎故障所引發(fā)的交通事故,增加車輛駕駛的安全性,幫助節(jié)約油耗,減少輪胎橡膠磨損,以節(jié)約能耗,保護(hù)環(huán)境。
本文所設(shè)計(jì)的TPMS為直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng),利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器,直接測量輪胎的氣壓、溫度和電池電量,并對各輪胎氣壓和溫度進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)輪胎氣壓等于或低于建議標(biāo)準(zhǔn)胎壓值的25%或有滲漏及快速漏氣時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。TPMS接收模塊集成在BCM里,與RKE共用一個(gè)NXP Receiver接收芯片,發(fā)送頻率都為433.92 MHz;高頻接收天線與RKE天線共用,從BCM插接件中單獨(dú)引出,可以減少干擾且傳輸距離更遠(yuǎn)。同時(shí)可以在軟件中定義RKE信號(hào)在車輛靜止時(shí)使用,TPMS信號(hào)在車輛行駛狀態(tài)時(shí)激活,這樣可以避免TPMS與RKE同時(shí)發(fā)送信號(hào) (產(chǎn)生干擾)。圖4為BCM集成TPMS硬件系統(tǒng)示意圖。
圖4 BCM集成TPMS硬件系統(tǒng)示意圖
四輪胎壓傳感器采用SCHRADER公司的插入式傳感器,通過RF方式發(fā)送輪胎溫度、壓力和電池電量信號(hào),給BCM中的TPMS接收模塊,接收胎壓傳感器信號(hào)后處理,通過CAN通信將信息傳遞給組合儀表,儀表從CAN上獲取信息顯示胎壓報(bào)警符號(hào)、系統(tǒng)故障報(bào)警符號(hào)、電池電量低符號(hào)及車形狀符號(hào)顯示。
發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜系統(tǒng) (IMMO)主要由微處理器及外圍元器件 (防盜線圈、轉(zhuǎn)發(fā)器)組成,它實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)發(fā)器和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的通信。當(dāng)用點(diǎn)火鑰匙接通ON擋時(shí),如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對轉(zhuǎn)發(fā)器加密認(rèn)證成功,則發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS允許發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火,汽車可以起動(dòng)。
電子防盜功能中,BCM集成IMMO控制器,采用一體式防盜線圈集成Philips PCF7992芯片,數(shù)據(jù)通過
LIN線傳輸與BCM通信,認(rèn)證用戶點(diǎn)火鑰匙內(nèi)的密碼轉(zhuǎn)發(fā)器;BCM與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS通過CAN總線通信,加密認(rèn)證。以上兩步認(rèn)證都成功時(shí),才能允許起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。圖5為BCM系統(tǒng)示意圖。
圖5 BCM系統(tǒng)示意圖
該BCM的相關(guān)設(shè)計(jì)和應(yīng)用,有助于汽車制造廠降低開發(fā)成本和維護(hù)成本,可以覆蓋多種車型,對每種車型只需進(jìn)行一些配置工作,從而縮短產(chǎn)品整體上市時(shí)間,并提高了整車的安全性、舒適性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性,也滿足了現(xiàn)代汽車的控制和管理要求,是目前汽車主機(jī)廠車身電器控制系統(tǒng)的一種應(yīng)用趨勢。
該產(chǎn)品及其相關(guān)技術(shù)已在北汽某款自主品牌車型上進(jìn)行路試驗(yàn)證,并獲得了較好的測試效果,后續(xù)會(huì)考慮在部分新車型上進(jìn)行量產(chǎn)推廣。
Design and Application of Body Controller Based on CAN/LIN Bus Technology
LU Ping,SUN Can,ZHANG Jin-ming
(Electronic Electric&Air Condition Dept.,Beijing Automotive Technology Center,Beijing 101300,China)
The main functions of a multifunctional automobile body controller based on CAN/LIN bus technology are described;its function characteristics and realization way are analyzed and discussed.
body controller;CAN bus;function
U463.4
A
1003-8639(2016)02-0014-02
(編輯心翔)
2015-11-29;
2015-12-05
路平 (1982-),男,北京人,工程師,碩士,主要從事車身控制系統(tǒng)開發(fā)。
[1]蔡茹.基于CAN/LIN總線的車身電子控制系統(tǒng)[D].長春:吉林大學(xué)碩士論文,2006:1-5.