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采用CAN总线实现宝莱车驱动系统的设计应用

2020年03月27日 09:37 次阅读

CAN总线是一种串行数据通信协议,由于在数据通讯上具有突出的可靠性、实时性和灵活性,并可以非常有效地构成分布式控制/实时检测系统而得到了广泛应用。

随着人们对汽车动力性、操纵稳定性、安全性和舒适性的不断追求,现代汽车上安装了很多电子控制设备、电子部件、专用传感器和功能各异的执行装置。为了解决汽车电子系统控制中,许多动态信息资源共享、信息处理的实时性等问题,大多数中、高档汽车上都采用了CAN总线技术作为控制器联网手段。宝莱车的CAN总线具有高可靠性全面提高了宝莱车的动力性、经济性和安全性。

一、宝莱车CAN总线的组成与结构

宝莱车采用两条CAN总线,即驱动系统CAN总线和车身系统CAN总线,这两总线完全能够满足ISO的定义。驱动系统CAN总线,其通信速率为500kbps,被称为高速CAN,其连接对象为汽车动力和传动机构的控制单元等。汽车发动机控制单元、自动变速器控制单元、ABS控制单元、安全气囊控制单元等。车身系统CAN总线,其通信速率为100kbps,被称为低速CAN或舒适系统CAN,其连接对象为中央控制器,4个门控制器等。此外宝莱车还有一个重要特征,便是在车身系统的CAN中引入了网络管理的概念。这对于事件触发性质的数据通信来说是非常合适的。

用于驱动系统的高速CAN和用于车身系统的低速CAN是两个相互独立的总线,但从资源共享的角度来看,它们之间最好有座连接桥梁,以使车身系统也能获得驱动系统的信息。当然,从传统思路来考虑,只要增加几根导线似乎就能解决问题。但从实际开发时,即在现有的控制器硬件上,要增加哪怕一个信号引出脚都将导致硬件的重新设计,往往成本和进度都不允许这么做。为了获得对方系统的信息,而又不涉及到硬件上的任何改动,宝莱车使用了网关—J533完成了此任务,宝莱车的网关是“寄生”在组合仪表内的如图1所示。

采用CAN总线实现宝莱车驱动系统的设计应用

二、宝莱车驱动系统CAN总线

宝莱汽车上典型的与驱动系统有关的控制单元有电控燃油喷射系统、自动变速器系统、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊系统等。

由于每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的,为了满足各子系统的实时性要求,与对公共数据实行共享,如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等,如宝莱车的4缸汽油机运行在4000r/min,则电控单元控制两次喷射的时间间隔为6ms,其中喷射持续时间为30度的曲轴转角(1ms),在剩余的5ms内须完成转速测量、油量测量、A/D转换、工况计算、执行器的控制等一系列过程。这就意味着数据发送与接收必须在1ms内完成,才能达到汽油机电控的实时性要求。这就要求其数据交换网是基于优先权竞争的模式,且本身具有极高的通信速率,宝莱车采用了CAN总线正是为满足这些要求而设计的。

宝莱汽车驱动系统CAN的主要连接对象如图2所示。显然,将以上控制器归并到一根总线上是非常合理的。因为它们所具备的基本特征是一致的,所控制的对象是与汽车的行驶直接有关的系统,它们之间存在着较多的信息交流,而且很多都是连续的和高速的。这样可提高发动机的动力性、经济性和排放性能。

采用CAN总线实现宝莱车驱动系统的设计应用

二、宝莱车驱动系统CAN总线

宝莱汽车上典型的与驱动系统有关的控制单元有电控燃油喷射系统、自动变速器系统、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊系统等。

由于每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的,为了满足各子系统的实时性要求,与对公共数据实行共享,如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等,如宝莱车的4缸汽油机运行在4000r/min,则电控单元控制两次喷射的时间间隔为6ms,其中喷射持续时间为30度的曲轴转角(1ms),在剩余的5ms内须完成转速测量、油量测量、A/D转换、工况计算、执行器的控制等一系列过程。这就意味着数据发送与接收必须在1ms内完成,才能达到汽油机电控的实时性要求。这就要求其数据交换网是基于优先权竞争的模式,且本身具有极高的通信速率,宝莱车采用了CAN总线正是为满足这些要求而设计的。

宝莱汽车驱动系统CAN的主要连接对象如图2所示。显然,将以上控制器归并到一根总线上是非常合理的。因为它们所具备的基本特征是一致的,所控制的对象是与汽车的行驶直接有关的系统,它们之间存在着较多的信息交流,而且很多都是连续的和高速的。这样可提高发动机的动力性、经济性和排放性能。

宝莱车的司机座椅左下侧有几个按钮,当驾驶者坐在该坐椅上,按动这些按钮就可以调节坐椅的纵向距离、前部高度、后部高度及靠背的倾斜度。在车门上还有后视镜电动调节按钮,驾驶者在车内就能把后视镜调节到最佳角度。当把以上操作完成后,再按动座椅左下侧的记忆按钮,该车就记住了这位驾驶者个人设定。当下次该驾驶者要驾车时,只要按一下记忆键,座椅就会自动调到最佳位置,使驾驶者有一个舒适、安全的驾驶环境。

当驾驶者离车时,把车钥匙插入门向左转90度,保持片刻,司机侧中央门锁给司机一侧车门控制单元J386一个信号,司机侧车门控制单元J386此时就向CAN总线发出一个锁门信号,连在该总线上的副司机一侧车门控制单元J387、左后车门控制单元J388、右后车门控制单元J389收到该信号,马上执行锁门操作,同时将车门玻璃升起。连在该总线上的舒适系统中央控制单元将车内灯关闭。同时激活该车的防盗系统。

驾驶者要上车时,可在远处通过车钥匙遥控该车,当防盗系统通过无线电接收器收到开门信号时,控制单元向CAN总线发出一个解锁信号,连在该总线上的各车门控制单元收到该信号后,同时开锁,并且防盗系统自动停止工作。司机可直接开门入车,而不必把车钥匙插入门锁内,这种功能运用在夜间是非常方便、快捷的。

当汽车发生撞车事件后,撞车监测系统即发出信息给中央控制系统。中央控制系统能依据事件的类别,如前撞、后撞或侧撞来激活紧急制动系统、安全气囊系统、自动报警系统以及轿车门锁集控系统动作。由于安全气囊系统与车门锁集控系统之间存在着一定的关联性和时序性,因此在撞车事件发生时,可通过CAN网络的无损仲裁消解冲突,使车门锁集控系统滞后动作,在安全气囊系统解除后才能动作,从而避免车门被撞开造成人员被抛出车外的情况。而且在撞车后保证门锁处于打开状态,使车内乘员能顺利出来,提高了汽车的安全性。

宝莱车中央控制器除承担遥控系统的信号接受和处理功能外,更重要的是扮演了系统诊断接口的角色,也就是说4个门控制器均不带诊断接口。所有诊断信息均按这样的路径传输:诊断测试仪—中央控制器—门控制器。宝莱车身系统CAN在这层意义建立了传输通道,保证诊断信息的正常流通;另外车身CAN能单线工作和在系统中实施网络管理也是宝莱车的特色之一。

从上可以看出车身CAN的通讯速率比驱动系统的低,但其实时传输控制数据、检测数据、以及保证机构工作的准确性、可靠性方面的要求并不底,故其技术含量却比驱动系统高。

采用CAN总线实现宝莱车驱动系统的设计应用

四、宝莱车CAN总线可靠性分析

宝莱车的CAN总线在采用双绞线作为通信介质以及在电路设计合理和软件满足需求的情况下,充分利用了CAN协议的可靠性机制,从基于优先权的无破坏仲裁、错误监测机制、暂时性故障节点和永久性故障节点等几方面入手,节点变化图4已表示出来,解决了CAN协议中低优先权的帧可能长时间得不到发送的问题,提高了整个系统的容错能力。

宝莱车上的CAN收发器采用了TJA1054芯片一方面大幅度地电磁辐射干扰,同时又一直在跟踪监测CAN总线的CANH和CANL两根线的运行状态,调整了CANH和CANL参数的匹配关系;另外在CANH和CANL信号线与地线之间加装了两个并联电容,即冗余结构,全面地提高了宝莱车CAN总线的工作稳定性与可靠性。

采用CAN总线实现宝莱车驱动系统的设计应用

宝莱车的CAN总线有故障自诊断系统。通过组合仪表内的数据总线自诊断接口—J533(网关),数据总线与自诊断K线可实现数据交换。

自诊断接口—J533有一个自诊断地址,专门的查询故障存储器、清除故障存储器和故障表,及时解决汽车运行时出现的故障。

五、结束语

由于CAN总线的可靠性高、实时性强,设计独特,目前已广泛应用于国外汽车的电控系统中。CAN总线在宝莱车上应用后,使得该车各个电控单元能够通过CAN总线共享所有信息和资源,减少了布线和传感器的重复,增强了控制功能,汽车的动力性、经济性、操纵稳定性、安全性都得到了提高。

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