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CAN总线在汽车车身控制中的应用

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作者:重庆交通大学机电学院时间:2006-07-17来源:电子元器件应用
引言

20世纪80年代以来,随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用,汽车上的电子控制单元越来越多,例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等等。在这种情况下,如果仍采用常规的布线方式,即电线一端与开关相接,另一端与用电设备相通,将导致车上电线数目的急剧增加,使得电线的质量占整车质量的4%左右。另外,电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性,但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性,增加了维修的难度。为此,改革汽车电气技术的呼声日益高涨。因此,一种新的概念——车用控制器局域网络CAN应运而生。

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称,它是由德国Bosch公司及几个半导体生产商开发出来的,CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性,而且简单实用,网络成本低。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。

CAN总线的技术特点

CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤,其主要特点如下:

◆CAN总线为多主站总线,各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息,且不分主从:

◆CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术,高优先级节点优先传送数据,故实时性好;

◆CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能;

◆CAN总线采用短帧结构,每帧有效字节数最多为8个,数据传输时间短,并有CRC及其它校验措施,数据出错率极低;

◆CAN总线上某一节点出现严重错误时,可自动脱离总线,而总线上的其他操作不受影响;

◆CAN总线系统扩充时,可直接将新节点挂在总线上,因而走线少,系统扩充容易,改型灵活;

◆CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s,直接通信距离最远可达到10km(速率在5kbps以下);

◆CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路。在标准帧(11位报文标识符)时可达到110个,而在扩展帧(29位报文标识符)时,个数不受限。

车身系统的CAN控制设计

CAN总线网络系统架构

现代汽车典刑的控制单元有发动机控制模块、变速器控制模块、多媒体控制模块、气囊控制模块、空调控制模块、巡航控制模块、车身控制模块(包括照明指示和车窗、刮雨器等)、防抱死制动系统(ABS)防滑控制系统(ASR)等。完善的汽车CAN总线网络系统架构如图1所示。

CAN节点的硬件架构

本系统中,CAN节点采用:

ECU(AT89C51)+CAN控制器(SJA1000)+CAN收发器(PCA82C250)的电路结构以下是其核心芯片简介:

(1)CAN控制器

为了系统进一步扩展的需要,可选取支持CAN 2.0B通讯协议的芯片SJA1000。SJA1000是PHILIPS公司生产的既支持CAN 2.0B,又支持CAN 2.0A的CAN控制器,它与仅支持CAN 2.0A的CAN控制器PCA82C200在硬件和软件上完全兼容。

(2)CAN收发器

PCA82C250是PHILIPS推出的CAN控制器和物理总线接口芯片,可提供对总线的差分发送和接收。它与ISO 11898标准完全兼容,并有高速、斜率控制和待机3种不同的工作方式,可根据实际情况选择。

(3)单片机AT89C51

AT89C51是ATMEL公司的单片机。它是一种低功耗、高性能、内含4KB闪速存储器的8位CMOS微控制器,与工业标准MCS-51指令系统和引脚完全兼容。AT89系列的优越性在于其片内闪速存储器可进行1000次的编程与擦除,且数据不易丢失,数据可保存10年。

CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接基本方法如图2所示。

车身控制模块中的CAN应用层协议

协议原则

本协议遵循CAN2.0B规范,根据车身控制模块的特点,采用源→目的方法,每个节点都有自己固定的标识地址,且节点数小于64,设计时可将中央控制模块设为主节点,而将车门、电动座椅子模块及自检子模块设置为从节点。本协议可完成以下功能:

(1)特定信息的广播;

(2)主从节点之间的连接;

(3)主从节点之间的信息交换(包括故障信息)。

本协议采用帧优先原则分配标识符,每一帧标识符中的高四位表示帧类型,不同帧类型有不同的优先权,优先权决定了各种信息帧在同等情况下的发送顺序,协议中的29位标识符的分配如下:

帧类型(4位)+目的地址(6位)+源地址(6位)+命令(或状态、报告)属性(13位)[或数据属性+分段标志+分段号(共13位)]。

对所有的命令或状态、数据、报告属性、除定时采集发送的数据外,原则上均需应答(发送确认帧以保证通讯正常)。

帧格式仲裁场和控制场定义

仲裁场由29位标识符ID28-ID0以及SRR、IDE和RTR组成,SJA1000中的寄存器17-21用来存放扩展帧格式帧信息的标识符。发送时,SRR=1,IDE=1,RTR=1/0(远程帧/数据帧)。标识符中的ID28-ID25为车身控制模块交换报文的帧类型(共4位)。ID24-ID19为车身控制模块中帧信息使用者的地址(或称为目的地址,共6位)。ID18-ID13为车身控制模块中帧信息发送者的地址或称为源地址(共6位)。ID12-ID5为车身控制模块中交换的命令、状态、数据或报告属性(共8位),ID4位需附加命令或状态、数据、报告属性时的分段标志。ID3-ID0为附加命令或状态、数据、报告属性的分段号(共4位)。当ID4=0时,ID3-ID0控制场、数据寄存器0-7有效。对于远程帧,则可忽略ID4-ID0以及控制场的值。SJA1000的寄存器16低四位DLC3-DLC0可构成控制场,以决定数据帧的数据长度。

车身控制模块CAN2.0B通讯报文约定

按车身控制模块的节点要求,通讯的信息帧分为表1所列的6种,表1中的优先级按序号从高到低排列。其目的地址和源地址的分配见表2所列。


其工作方式如下:

(1)开机后或唤醒时,从节点向主节点发送状态信息,主节点发送广播信息远程帧(两次),广播信息为共用信息,包括车速信号,档位信号,点火开关位置信号等。

(2)正常情况下,从节点内部巡查各端口状态,如有故障则向主节点发送故障代码3次,主节点收到三次故障报警后开始响应,从节点停止发送,一旦故障消失,再向主节点发送正常信息。在主节点中应有一故障表,以用于已诊断模块的通讯。

(3)主结点分别发送自检信息后,如各从节点正常,则发送正常信息,状态和数据帧。如有故障,则通过分段数据帧发送故障报警帧。

(4)从节点监测到正常输入信号的变化(包括开关量和模拟量采样级数的变化)后,便通过报告帧发送信息给主节点,主节点则发送命令帧以示响应。

通讯报文定义

表3所列是中央控制模块与诊断模块的通讯报文定义。表中,aaaa为分段号,可在故障代码多于8个时设置,最多可达传送16 双绞线传输器相关文章:双绞线传输器原理


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