摘 要：本文主要以現(xiàn)場(chǎng)總線控制與計(jì)算機(jī)技術(shù)為研究基點(diǎn)，在汽車中運(yùn)用相關(guān)的信息技術(shù)，通過信息流對(duì)汽車系統(tǒng)進(jìn)行有效驅(qū)動(dòng)，在汽車電氣控制系統(tǒng)中，運(yùn)用分布式控制，將汽車線束進(jìn)一步簡化，從而提升汽車電氣控制系統(tǒng)對(duì)信息的利用率，達(dá)到對(duì)大量數(shù)據(jù)有效共享與傳輸?shù)哪康摹?/p>

關(guān)鍵詞：CAN總線；汽車；電氣控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.222

0 前言

現(xiàn)階段，電子信息技術(shù)逐漸應(yīng)用到了汽車領(lǐng)域中，而汽車總線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)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(shù)為依托，對(duì)汽車的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行有效構(gòu)建，已經(jīng)成為當(dāng)前領(lǐng)域內(nèi)部關(guān)注的重點(diǎn)。而以CAN為基礎(chǔ)的總線技術(shù)，以其線路簡單、擴(kuò)展方便、抗干擾性強(qiáng)、傳輸速度快等優(yōu)勢(shì)，越來越受到汽車電子領(lǐng)域的重視，但由于該技術(shù)的成本相對(duì)較高，我國很多大型客車還無法對(duì)其廣泛運(yùn)用，因此，需要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

1 CAN總線

在眾多現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中，CAN總線技術(shù)是當(dāng)前比較先進(jìn)的技術(shù)，屬于多主總線系統(tǒng)，在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，其速度可以達(dá)到每秒鐘1Mb，通常的出現(xiàn)形式為差分電壓，其通信介質(zhì)也相對(duì)較多，主要包括光導(dǎo)纖維、雙絞線、同軸電纜等[1]。

在CAN總線中，系統(tǒng)的控制器可以實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議中鏈路層與物理層的相關(guān)功能，不僅可以使數(shù)據(jù)完成成幀，還可以實(shí)現(xiàn)零位的插入與刪除等相關(guān)工作。該協(xié)議與傳統(tǒng)系統(tǒng)的最大不同之處便在于，運(yùn)用數(shù)據(jù)塊來代替站地址實(shí)現(xiàn)編碼，從理論角度來看，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)比較隨意，數(shù)據(jù)塊標(biāo)識(shí)碼主要是由二進(jìn)制數(shù)組成的，在對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行制定的過程中，也可以根據(jù)實(shí)際情況將其定義成211或229個(gè)[2]。另外，CAN協(xié)議在通信過程中的可靠性與實(shí)時(shí)性也都相對(duì)較高，在運(yùn)用過程中的綜合性價(jià)比較高，有非常廣大的應(yīng)用前景。

2 整體架構(gòu)

本文所選用的系統(tǒng)平臺(tái)為比較有代表性的某品牌大型客車，以汽車的電氣設(shè)備配置需求為基礎(chǔ)，系統(tǒng)主要分為主、前、后、左、右五個(gè)ECU節(jié)點(diǎn)，在運(yùn)用CAN總線的過程中，選用的是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，前、后、左、右四個(gè)節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)就近29路相關(guān)開關(guān)信息的有效采集，在完成采集工作以后，需要以通信協(xié)議為基礎(chǔ)，形成一幀報(bào)文信息，并將其向主節(jié)點(diǎn)傳輸[3]。主節(jié)點(diǎn)需要對(duì)接收到的信息進(jìn)行有針對(duì)性的判斷與分析，得出相應(yīng)結(jié)果，并將此結(jié)果一通信協(xié)議為基礎(chǔ)，分別反饋給其余四個(gè)節(jié)點(diǎn)。四個(gè)節(jié)點(diǎn)需要對(duì)反饋信息進(jìn)行濾波，以UART總線為依托，向相關(guān)的控制模塊中傳輸功率負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)功率輸出的有效驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)是控制功率輸出過程中相關(guān)邏輯的重要裝置，該裝置也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)開關(guān)信息的有效采集，其中包含了32個(gè)I/O口，如通信口、輸出口等，所以，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)信息采集與負(fù)載輸出的關(guān)鍵。

對(duì)于整個(gè)汽車電氣控制系統(tǒng)來說，CAN總線是通信介質(zhì)的主要提供平臺(tái)，汽車運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息，可以以CAN總線為基礎(chǔ)，在不同電子單元中實(shí)現(xiàn)相互共享，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制信號(hào)的有效交換，從而在很大程度上提升了汽車電控對(duì)信息的利用率，達(dá)到通過信息流對(duì)汽車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的最終目的。

3 ECU節(jié)點(diǎn)

正如上文所述，ECU節(jié)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，主要由CAN通信、信息采集、功率輸出以及處理器等部分組成，在軟件設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況在相應(yīng)位置寫入有針對(duì)性的應(yīng)用程序，在運(yùn)用過程中表現(xiàn)出非常強(qiáng)大的移植性。ECU節(jié)點(diǎn)中主要以下幾種端口：第一，功率負(fù)載輸出驅(qū)動(dòng)口，在運(yùn)行過程中，最高可以實(shí)現(xiàn)30A電流的有效輸出，對(duì)汽車上的所有負(fù)載都能夠進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，避免了傳統(tǒng)控制中產(chǎn)生的安全隱患。第二，開關(guān)量輸出口，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)行中所有開關(guān)量的有效采集，如果開關(guān)處于閉合狀態(tài)，則輸出口的電平相對(duì)較低；如果開關(guān)處于斷開狀態(tài)，則輸出口的電平相對(duì)較高。第三，CAN通信接口，為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供通信線，創(chuàng)造相對(duì)穩(wěn)定的外圍接口。第四，電源輸入口，主要是為系統(tǒng)提供有效的電源輸入，讓所有控制單元都能夠運(yùn)用發(fā)電機(jī)或車載電池來實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

如果在CAN總線中存在相關(guān)的報(bào)文信息，則通信模塊便會(huì)對(duì)這些信息進(jìn)行驗(yàn)收濾波，在完成這項(xiàng)工作以后，便可以觸發(fā)中斷，這些信號(hào)便可以傳輸?shù)街魈幚砥髦羞M(jìn)行讀取，之后將接收緩沖區(qū)釋放出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)文信息的格式轉(zhuǎn)換，在運(yùn)用UART總線，將信息向功率輸出控制模塊中發(fā)送，然后這些信息便可以以一定的順序?yàn)榛A(chǔ)，傳入到單片機(jī)中的I/O口中，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載功率輸出的有效控制[4]。開關(guān)信息采集可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)輸入點(diǎn)的循環(huán)檢測(cè)，并將開關(guān)狀態(tài)向主處理器傳輸，如果發(fā)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)信息存在問題，還可以通過報(bào)文信息的方式，以通信模塊為基礎(chǔ)，向CAN總線上進(jìn)行發(fā)送。

4 軟件架構(gòu)

從功能的角度上來看，整個(gè)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)大致可以分成驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)換、處理通信等三個(gè)主要層次。其中，驅(qū)動(dòng)層中主要包含了輸入與輸出兩方面驅(qū)動(dòng)，同樣的，轉(zhuǎn)換層中也主要可以分為輸出與輸出兩方面轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)的是驅(qū)動(dòng)層與轉(zhuǎn)換層之間的通信；其二，接口消息，主要實(shí)現(xiàn)的是輸入與輸出轉(zhuǎn)換層之間的通信；第三，器件消息，主要實(shí)現(xiàn)的是處理通信層與轉(zhuǎn)換層之間的通信。

驅(qū)動(dòng)層中輸入驅(qū)動(dòng)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換輸入引腳的電平，便能夠?qū)⑥D(zhuǎn)換所得到的信息向轉(zhuǎn)換層中發(fā)送；驅(qū)動(dòng)層中輸出驅(qū)動(dòng)的主要任務(wù)是將轉(zhuǎn)換層中得到的信息，重新轉(zhuǎn)換成實(shí)際引腳。轉(zhuǎn)換層中輸入轉(zhuǎn)換的主要任務(wù)是將驅(qū)動(dòng)層中得到的狀態(tài)信息，轉(zhuǎn)換成器件消息，向處理層進(jìn)行發(fā)送，從而分析其邏輯狀態(tài)；轉(zhuǎn)換層中輸出轉(zhuǎn)換的主要任務(wù)是將處理層中得到的器件消息轉(zhuǎn)換為輸出信息，向驅(qū)動(dòng)層中進(jìn)行發(fā)送。通信層可以以通信模塊為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)轉(zhuǎn)換層與處理層的信息交換。

5 結(jié)論

綜上所述，系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在運(yùn)行過程中主要分為兩個(gè)主要節(jié)點(diǎn)，其一為汽車電氣模擬實(shí)驗(yàn)，其二為某品牌大型客車。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程嚴(yán)格以CAN協(xié)議為基礎(chǔ)，主要的構(gòu)造內(nèi)容為主、前、后、左、右五個(gè)ECU節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)汽車在運(yùn)行過程中，各種信號(hào)的采集、汽車儀表的顯示以及電氣設(shè)備的控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐濤，史增勇，熊國民等.基于CAN總線的雙模塊汽車車燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（01）：67-72.

作者簡介：景曉峰（1983-），男，陜西咸陽人，助理工程師，研究方向：插電混合動(dòng)力商用汽車。