- 汽車管理系統總體結構設計
- 汽車上原始信號節點的設置
- 節點與CAN總線的接口設計
- 采用多路總線設計
- 汽車驅動系統中采用高速CAN
- 車身系統中采用低速CAN
隨著汽車電子技術的發展及汽車性能的不斷提高，汽車上的電子裝置越來越多。傳統的電器系統大多采用點對點的單一通信方式，相互之間很少有聯系，這樣必然造成龐大的布線系統。目前，國外許多整車制造廠和汽車電器制造廠家在整車管理系統中采用了網絡技術，如CAN和LIN、SAEJ1850等。其中，CAN的使用較為廣泛。
CAN總線是德國BOSCH公司于20世紀80年代初提出的，它將汽車上各種信號的接線只用2根簡潔的電纜線取代塑料工業網，汽車上的各種電子裝置通過CAN控制器掛到這2根電纜上，設備之間利用電纜進行數據通訊和數據共享，從而大大減少了汽車上的線束。CAN總線結構獨特，性能可靠，被公認為是最有前途的現場控制總線之一。
由于客觀條件的限制，目前我國的整車制造廠和汽車電子電器廠幾乎沒有涉及到汽車電器網絡化設計的領域。但隨著我國汽車工業和電子工業的發展，進行汽車電器的網絡化研究與開發已經成為十分重要的課題。
整車管理系統總體結構設計
汽車上各種電器對網絡信息傳輸延遲的敏感性差別很大，發動機控制器、自動變速器控制器、ABS控制器、安全氣囊控制器等之間的協調關系所要求的實時性很強，而前后車燈的開關、車門開閉、座位調節等簡單事件對信息傳輸延遲的要求要寬松得多（傳輸延遲允10ms-100ms），如果將這些功能簡單的節點都掛在高速總線上，勢必會提高對節點的技術要求和成本，故有必要進行多路總線設計。考慮到與國際上標準的一致性這里采用2條CAN總線。
汽車驅動系統中采用高速CAN，信息傳輸速度達500K－1Mbps，其主要連接對象是：發動機、自動變速器、ABS/ASR、安全氣囊、主動懸架、巡航系統、電動轉向系統及組合儀表信號的采集系統等。驅動系統CAN的控制對象都是與汽車行駛控制直接相關的系統工業自動化網，對信號的傳輸要求有很強的實時性，它們之間存在著較多的信息交流，而且很多都是連續的和高速的。
車身系統中采用低速CAN，信息傳輸速率為100Kpbs，主要連接對象是：前后車燈控制開關、電動坐椅控制開關、中央門鎖與防盜控制開關、電動后視鏡控制開關、電動車窗升降開關、氣候（空調）控制開關、故障診斷系統、組合開關及駕駛員操縱信號采集系統、儀表顯示器等。車身系統CAN的控制對象主要是低速電機、電磁閥和開關器件，它們對信息傳輸的實時性要求不高，但數量較多，將這些電控單元與汽車驅動系統分開有利于保證驅動系統的實時性；采用低速CAN總線還能增加總線的傳輸距離，提高抗干擾能力，降低硬件成本。
兩條CAN總線相互獨立,通過網關服務器進行數據交換和資源共享。中央控制器是整車管理系統的控制核心，也是整車綜合控制的基礎，主要功能是對各種信息進行分析處理，并發出指令，協調汽車各控制單元及電器設備的工作。同時MMSonline.com.cn，中央控制器也是高速CAN總線和低速CAN總線的網關服務器。
節點的設置
本設計以低速CAN總線為基礎的車身控制系統為重點，為了將汽車上各類原始信號轉換為可在CAN總線上進行傳輸的數字量信號，同時也為了提高系統的可靠性，在低速總線上設置了節點。節點的功能是：接收傳感器輸出的模擬信號、數字信號或開關信號，經ECU進行處理，轉換為可在CAN總線上通訊的數據報文格式，經ECU內的CAN控制器發送到CAN總線上,同時將從CAN總線上接收到的數據信息轉換成能夠驅動執行器或照明燈的模擬信號或數字信號.節點的設置原則僅僅考慮各電器元件在汽車上的物理位置。
節點1：主要控制前部車燈和汽車喇叭，位于駕駛室前部。
節點2：采集組合開關及其他位于儀表板附近的操縱開關的信號，位于儀表板附近。
節點3：將需要在儀表上顯示的內容處理后，輸出并顯示，位于儀表板內部。
節點4：采集空調、中央門鎖、駕駛室翻轉等開關的狀態信號，控制空調、防盜與遙控門鎖、刮雨器等的動作，位于駕駛室內手套箱附近。
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節點5：駕駛員車門控制節點，采集各開關信號金屬加工網，控制駕駛員一側的門鎖、車窗和電動后視鏡的動作，位于駕駛員車門上。
節點6：乘客側車門控制節點，位于乘客側車門上。
節點7：采集儀表顯示信號及駕駛員操縱信號，包括燃油量、冷卻液溫度、機油壓力、電源電壓、空擋開關、倒車開關等，位于儀表板附近。
節點8：整車管理系統的中央控制器，協調和管理整車各系統的工作，并起網關的作用，連接高速和低速總線，位于儀表板附近。
節點9：采集驅動系統中與儀表顯示有關的信號，如車速、發動機轉速、冷卻液溫度等，位于駕駛室內手套箱附近。
節點10：電動坐椅節點，采集坐椅開關信號并控制坐椅動作，位于駕駛員坐椅上。
節點11：控制汽車后部車燈，倒車喇叭和防撞雷達監視器nc.qoos.ipi，位于汽車后部。
節點與CAN總線的接口設計
整車管理系統是由許多節點通過CAN總線相連而組成的一個局域網,因此CAN總線的設計就顯得極為重要。其中CAN控制器、CAN收發器的選取以及抗干擾措施將成為設計的關鍵。
（1）CAN控制器的選取
為了滿足系統功能和進一步擴展的需要，CAN控制器采用MICROCHIP公司內部帶CAN引擎的微控制器（單片機）PIC18F248，其片上帶5路10bitA/D轉換器、1個8bit,兩個16bit定時/計數器、1-4路PWM輸出控制器以及22個I/O端口，它除了可以進行模擬、數字量的采集、控制外，還可以通過脈沖寬度調制（PWM）方式控制各種執行電機的速度。
（2）CAN收發器的選取
CAN收發器選用MICROCHIP公司的MCP2551，這是一種應用廣泛的CAN控制器與物理總線間的接口芯片，能夠對總線的信息進行差動發送和接收。它能增大通信距離、提高系統的瞬間抗干擾能力、保護總線、降低射頻干擾等。
（3）光電隔離
汽車上電磁干擾較厲害，對系統的抗干擾能力要求較高，為了進一步提高系統的抗干擾能力，在CAN控制器（單片機）和驅動總線的CAN收發器MCP2551之間增加了由高速隔離器件6N137構成的光電隔離電路，電源也采用微型DC/DC模塊來進行隔離。
中央控制器（網關服務器）與CAN總線的接口設計
中央控制器選用:
選用帶兩路CAN控制器、支持CAN2.0B通信協議的數字信號處理（DSP）芯片作為節點控制核心。這樣可以增加系統的控制速度，增強系統控制的靈活性以及提高系統的可靠性。這里選用MICROCHIP公司的dsPIC30F系列的16位定點DSP芯片：dsPIC30F6010,其最高處理能力可達30MIPS,工作溫度范圍可達(-40--+125)的汽車級別,具有16通道的10bit高速A/D轉換器、5個16bit定時/計數器、8個通用的PMW控制器和8個專用的馬達控制PWM控制器。此外該芯片還具有MCU＋DSP雙CPU內核以及多達68個I/O端口。
由于dsPIC30F6010內部具有雙CAN引擎，所以可以很好地在高速CAN通道和低速CAN通道之間擔當起網關的功能，同時其DSP的處理速度和豐富的外圍接口資源，使得它足以應付汽車電控單元不斷升級的需求。
該整車管理系統是針對國產轎車、越野車以及輕型貨車而設計的。重點設計了基于CAN總線的整車管理系統的總體結構、車身控制系統、CAN總線的節點布置、節點與CAN總線的接口及中央控制器與CAN總線的接口電路。將該系統應用于汽車控制系，可明顯減少汽車上的線束，更好地控制和協調汽車的各個系統，以減少對駕駛者本身素質的依賴性，使國產汽車跟上國際技術潮流，在未來市場角逐中具有更強的競爭力。
