一種分布式車(chē)身控制器的設(shè)計(jì)方案

雒拓，程威，張志鵬

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

關(guān)鍵字：車(chē)身控制器；CAN 總線；地址識(shí)別

1 概述

隨著汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，車(chē)身控制器在商用車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文介紹一種分布式車(chē)身控制器的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)多個(gè)軟硬件狀態(tài)完全一致的車(chē)身控制器對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分區(qū)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛常規(guī)電氣設(shè)備的控制，如：可通過(guò)采集控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光、雨刮、電磁閥、喇叭等電氣設(shè)備的控制，也可采集制動(dòng)回路氣壓、燃油箱油量和車(chē)速等信號(hào)，并通過(guò)車(chē)輛的CAN 總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與其它控制器之間的信息交互。

2 系統(tǒng)方案

車(chē)身控制器一般可分為集中式和分布式。集中式由于采用單個(gè)車(chē)身控制器，通過(guò)采集控制信號(hào)控制電氣設(shè)備的狀態(tài)。采用該方式時(shí)，當(dāng)控制器發(fā)生損壞時(shí)將嚴(yán)重影響其功能的實(shí)現(xiàn)，且由于線纜過(guò)于集中，不利線纜的設(shè)計(jì)和維護(hù)[1]，也缺乏靈活性。

本文介紹一種通過(guò)3 個(gè)車(chē)身控制器對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分區(qū)控制的方案?？刂破髦g通過(guò)CAN 總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，控制方案如圖1 所示。該方式具有以下優(yōu)勢(shì)：1.單個(gè)控制器損壞不會(huì)影響其它控制器的正常工作，從而提高了安全性；2.車(chē)身控制器可以就近布置在被控電氣設(shè)備附近，減少了連接線纜，提高了可靠性；3.車(chē)身控制器軟硬件狀態(tài)完全一致，支持完全互換，提高了維修性。

圖1 分布式控制方案

3 個(gè)車(chē)身控制器中，其中2 個(gè)裝于駕駛室內(nèi)，用于駕駛室電氣設(shè)備的控制，另一個(gè)裝于底盤(pán)上，用于尾部燈具及底盤(pán)電氣設(shè)備的控制?？刂破髦g通過(guò)車(chē)輛的CAN 總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交互，可接收控制指令信號(hào)，也可將自身采集的狀態(tài)信息發(fā)送至總線網(wǎng)絡(luò)上的儀表等其他節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信息共享。各控制器的功能分配如表1 所示。

表1 車(chē)身控制器功能分配

3 硬件設(shè)計(jì)

考慮到車(chē)身控制器1、2、3 均采用統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，因此，車(chē)身控制器的硬件接口在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足各控制器的端口需求，硬件接口需求分析見(jiàn)表2。

表2 硬件接口需求分析

（1）電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)包括防反接模塊，電源端口保護(hù)模塊，端口濾波模塊、DCDC 穩(wěn)壓模塊、LDO 穩(wěn)壓模塊和內(nèi)部變量監(jiān)控模塊。其中，防反接模塊采用PMOS 設(shè)計(jì)。工作電壓范圍：9V～32V。

（2）數(shù)字量采集

車(chē)輛上的數(shù)字輸入一般用于開(kāi)關(guān)信號(hào)的采集，常見(jiàn)的數(shù)字輸入信號(hào)類(lèi)型有低電平有效和高電平有效兩種，當(dāng)通道默認(rèn)為下拉電阻時(shí)，此時(shí)高電平有效；當(dāng)通道默認(rèn)為上拉電阻時(shí)，此時(shí)低電平有效。由于單片機(jī)資源有限，可通過(guò)3 個(gè)74HC165 進(jìn)行擴(kuò)展，最多可實(shí)現(xiàn)24 路數(shù)字量采集。

（3）功率輸出

功率輸出接口用于驅(qū)動(dòng)外部的電器負(fù)載工作，采用Infineon 的智能高邊開(kāi)關(guān)BTT6030-2EKA，其工作電壓為5V～36V，最大供電電源65V，導(dǎo)通阻抗62mΩ，具有過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、短電源診斷、短地診斷、開(kāi)路診斷以及電流診斷等功能。

（4）模擬量采集

模擬量采集接口同時(shí)提供電壓信號(hào)輸入和電阻信號(hào)輸入，其中，電阻信號(hào)輸入用于燃油箱油量和制動(dòng)氣壓信號(hào)的采集，通道內(nèi)部采用上拉電阻1.43kΩ，電壓信號(hào)輸入為預(yù)留端口，可用于遠(yuǎn)程油門(mén)等傳感器信號(hào)的采集，通道內(nèi)部采用下拉電阻100kΩ。

（5）頻率采集

頻率量采集接口用于采集車(chē)速里程信號(hào)，車(chē)速里程傳感器為霍爾式傳感器，工作電壓9V，輸出信號(hào)高電平為9±1V，低電平≤0.5V，采集頻率范圍為2Hz～5kHz。

（6）通訊模塊

設(shè)計(jì)2 路CAN 通訊接口，均支持CAN2.0B 協(xié)議，內(nèi)部默認(rèn)不帶120Ω匹配電阻。其中一路用于與車(chē)輛CAN 總線網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，默認(rèn)速率為250kbps，另一路為預(yù)留接口。

車(chē)身控制器的電路設(shè)計(jì)圖如圖2 所示。

圖2 電路設(shè)計(jì)圖

4 地址識(shí)別方案

本方案中采用的是分布式車(chē)身控制器設(shè)計(jì)，在車(chē)輛的CAN 總線網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)存在3 個(gè)車(chē)身控制器，且3 個(gè)車(chē)身控制器的軟硬件狀態(tài)完全一致。為了使各控制器能夠自動(dòng)識(shí)別其在車(chē)輛上的安裝位置，并根據(jù)安裝位置執(zhí)行相應(yīng)的功能代碼，本文設(shè)計(jì)了自動(dòng)地址識(shí)別方案。

在本方案中，將控制器的3 個(gè)數(shù)字量采集口作為地址選擇端口，然后根據(jù)地址選擇端口的接線狀態(tài)（接地/懸空）判斷控制器應(yīng)該執(zhí)行的邏輯程序。接線狀態(tài)與執(zhí)行的邏輯程序之間的關(guān)系見(jiàn)表1。當(dāng)把車(chē)身控制器安裝于底盤(pán)上時(shí)，此時(shí)，地址選擇線3 接地，地址選擇線1/2 均懸空，因此，控制器執(zhí)行BCM3 的邏輯程序；當(dāng)安裝于駕駛室時(shí)，此時(shí)，若僅地址選擇線1 接地，則執(zhí)行BCM1 的邏輯程序。若地址選擇線的狀態(tài)與表3 中序號(hào)4 相同，則進(jìn)入異常狀態(tài)，此時(shí)，僅發(fā)送邏輯功能判斷失敗的CAN 報(bào)文。

表3 地址選擇線狀態(tài)與邏輯功能的關(guān)系

圖3 地址識(shí)別方案流程

為了防止車(chē)輛使用過(guò)程中因地址選擇線斷裂等線纜異常 而導(dǎo)致的BCM 無(wú)法正常進(jìn)行地址識(shí)別，進(jìn)而進(jìn)入異常狀態(tài)，BCM 在通過(guò)地址選擇線的狀態(tài)完成地址識(shí)別后，會(huì)將邏輯地址保存至EEPROM 中。通過(guò)該方式，如果因?yàn)榫€纜故障而無(wú)法識(shí)別到有效的邏輯地址時(shí)，也可直接從EERPOM 總讀取上次工作時(shí)識(shí)別的邏輯地址，并執(zhí)行其對(duì)應(yīng)的邏輯功能，從而提高了其可靠性。完整的地址識(shí)別流程如圖3 所示。

車(chē)身控制器在每次上電后將首先讀取EEPROM 中存儲(chǔ)的地址信息（后續(xù)稱(chēng)為軟件地址），然后根據(jù)地址選擇線的狀態(tài)確定地址信息（后續(xù)稱(chēng)作硬線地址），并優(yōu)先使用硬線地址作為控制器的邏輯地址。當(dāng)硬線地址有效時(shí)，則執(zhí)行該地址對(duì)應(yīng)的邏輯功能。當(dāng)硬線地址無(wú)效時(shí)，再判斷軟件地址，此時(shí)，若軟件地址有效，則執(zhí)行該地址對(duì)應(yīng)的邏輯功能，否則，進(jìn)入異常狀態(tài)。

5 結(jié)論

本文介紹了一種分布式的車(chē)身控制器方案，通過(guò)采用3個(gè)軟硬件狀態(tài)完全一致的車(chē)身控制器對(duì)車(chē)輛電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制，并能夠根據(jù)其在車(chē)輛上的安裝位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地址識(shí)別執(zhí)行相應(yīng)的邏輯功能。該方案避免了集中式控制方案中，因車(chē)身控制器損壞而導(dǎo)致全部功能失效的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的可靠性；且可根據(jù)使用需求靈活的增加或者減少車(chē)身控制器，具有良好的可擴(kuò)展性；同時(shí)，由于控制器的軟硬件狀態(tài)完全一致，使得產(chǎn)品支持互換，具有良好的可維護(hù)性。