基于CAN_LIN总线车身网络优化设计与CAN通信实现
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基金项目 : 湖南省自然科学 基金 ( 07 JJ6125 ); 中南林 业科技 大学青 年科 学研究基金 ( 2009033B; 2008053B ) 收稿日期 : 2010 - 09- 01 收修改稿日期 : 2011- 03- 30
第 6期
蒋淑霞等 : 基于 CAN /L I N 总线车身网络优化设计与 CAN 通信实现
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Instrum ent T echn ique and Sensor
Jun 2011
制。门控 CAN /L I N 网关节点主要 接收控 制面板 和中央控 制器 的控制指令 , 完 成 对左 前门 的 门锁、 电 动 车窗、 左后 视 镜的 控 制 , 当速度传感器的所在的安全控制节点 A BS 发送过来 的速度 大于设定值时自动锁 门窗 ; 同时 , 带有一个 左后面 L I N 从节 点 , 发送对左后门控制系统 ( 从 L I N 节点 ) 的控制 信息 , 接收 左后门 节点反馈的状 态信息。 左后门 节点 接收从 左前 门节 点的 控制 命令 , 同时接收自身节点控制命令 , 完成对 左后门门 锁 , 电 动车 窗的控制 ; 同时左后门控节点把自身 控制对象的 状态反馈 回左 前门控节点。除了 司机 侧的门 控节 点多了 控制 门窗 的控 制按 键外 , 左、 右侧门控节点的控制 基本相同。 ( 4) 前排、 后排座椅 CAN 节点 : 此类节 点负责主要控制前后 排座椅的舒适度 调节。可以自动 调节座椅 前后 , 上下平 移自由 度 , 颈部 , 腰部 2 个的转动自由度。并且左右座椅可以单独调节。 ( 5) 安全模 块 CAN 节 点 : 主 要为 安全带 收紧 器 , 安全 气囊 控制机构。当汽车 发生 碰撞后 , 安 全带 收紧电 机动 作 , 同 时锁 紧器起作用。点火器工作 , 引爆气囊。同 时安全 模块节点 把碰 撞信息发送到总线上 供其它动力节点完成相应的反应。 除了图中节点以 外, 还有 轮胎压力温 度监测 系统也 可以作 为车身网络构成的 一部分 , 其设计方案 可以参考 葛清志 等提出 的轮压检测方 案
[ 1]
CAN /L I N 在车身中的组合应用及对车身网络的优化设计。 1 方案比较选择 1 1 车身网络控制主要对 象 参考聂单根 [ 3] 车身网络的控制对 像主要有以 下几个部分 : ( 1) 外部车 灯和内 部照 明等 ; ( 2) 安全 与可见 性设 备 : 前 窗 ( 挡 风玻璃 ) 加热、 后窗加热、 后视镜、 前窗擦拭 /洗涤、 后窗擦拭 /洗 涤、 前雨刮、 后雨刮、 大灯洗涤、 喇叭 ; ( 3) 防护电子 设备 : 安全气 囊和安全带 ; ( 4) 恒温控 制 : 空调及风 扇 ; ( 5) 动 力便 利性 电子 设备 : 车门锁、 车窗、 车后视镜、 可调座椅等。 1 2 车身网络设计方案比 较 方案 1 如图 1( a) 所示 , 考虑到车身各电子设备位置及功能 划分的不同 , 采用 4 个 CAN 节点分别对车身 4 个门控模块进行 控制。后门控制节 点控制 门锁、 车 窗 , 前门控 制节 点外 加控 制 后视镜。 方案 2 如图 1( b) 所示 , 将整个车身门控模块分为左侧和右 侧 2 个 CAN 节点 , 左侧门控主 节点控 制左侧 前门的 控制对象 , 主要包括 : 左前门门锁、 电动车 窗、 左后 视镜。左侧 后门控 节点 通过 L I N 总线 与 左前 门 节点 连接 , 主 要 控制 左 后门 车 窗和 门 锁。右侧门控节点结构与左侧类似。 方案 1 特点 : 布线集 中 , 线束 少 ; 但同 时节 点较 多 , 增加 了 硬件成本 ; 软件开发周期变长 , 开发成本上 升。方案 2 特点 : 集 。 汽车网 络化 实现各 种电 子装
[ 2]
。 CAN /L I N 总线的 引入带
来了车身电子 控制 的模 块化 和智 能化 , 如 何 把 CAN /L IN 总线 各自的优势发挥 出来并 在汽 车车 身网络 中建 立混合 网络 是当 前研究重点。目前 对于 组合网 络在 车身网 络中 的应 用大 多是 基于单一网络模式进 行设计 , 设计 标准不一。另 外由于现 今车 身网络大多只应用于 中高档车 , 而进 一步发展趋 势是把车 身网 络推广向中档、 经济 型轿 车甚至 农用 运输车 , 所 以基 于成 本的 的车身网络优 化设计 是很 有意 义的。文中 以一 般车 型的 车身 电控为基础 , 考虑到车身电控元件多 , 分布 范围广的 特点 , 探讨
[ 4]Байду номын сангаас
些简单的过程控 制程 序放在 底层 模块中 , 从 而减 少了通 信量 , 提高了系统控制的实时性 , 所以智能节 点在设计 时更为灵 活方 便 , 文中 将给 出一 种用 8 位 微控 制器 M C68HC908G Z 和 P hilip 公司的 CAN 控制器 T JA1050 组成的 智能节 点设 计方 案。 CAN 总线系统节点硬件电路原理图如 图 3 所示。
2011 年 第 6期
仪 表 技 术 与 传 感 器
Instrum ent T echn ique and Sensor
2011 No 6
基于 CAN /LI N 总线车身网络优化设计与 CAN 通信实现
蒋淑霞 , 韩志刚 , 周永军
(1 . 中南林业科技大学物流学院 , 湖南长沙
1 , 2 1 1
410004; 2. 中南大学交通运输工程学院 , 湖南长沙
410075)
摘要 : 综合考虑了车身网络布线 、 车身结构 、 成本因素以及后续开发工作的 可扩展性 , 提出 了一种基于 CAN /L I N 总线 的车身网络优化 设计方案 。 设计采用集 成的 F reesca le的控 制芯片 进行了 CAN 通信节 点 、 CAN /L I N 网关 节点 ( L I N主节 点 ) 和 L IN 从节点的硬件原理设计 。 最后 , 搭建一个 CAN 通信实验台 , 并实现了 CAN 通信和节点数据 采集控制 目的 。 提 出的车身网络优 化设计方案有效简化布线 、 降低设计和开发成本 , 并且用实验证明了其 CAN 通信和控制可行性 。 关键词 : 车身网络 ; CAN /L I N 网关 ; CAN 通信 ; M C68HC908GZ ; M C68H C908QL 4 中图分类号 : U 463. 82 ; TP336 文献标识码 : A 文章 编号 : 1002- 1841( 2011) 06- 0048- 04
图 3
CAN 通信节点电路原理图
图 3 中 所使用引 脚功能分别 为 : PTC0- PTC6 是 m sCAN 08 引脚 ; VDDA 是 时 钟 模 块 电 源 , V SSA 是 时 钟 模 块 接 地 引 脚 ; VDD 是 电源引脚 , V SS 是 接地 引 脚。图 中电 路 主要 分 为 2 个 部分 : 带 CAN 控 制模 块的 M C68HC908G Z 微 控制 芯片 和 CAN 总线 驱动芯片 T JA I050. M C68HC908G Z主 要负责 内部 CAN 控 制模 块 的 初 始 化 、CAN 报 文 的 产 生、CAN 报 文 的 传 输 以 及 CAN 报文的 验收滤波 报错 等 ; T JA 1050 作 为 CAN 控制 模块 与 CAN 总线之 间的中继单 元 , 即驱 动 CAN 总 线 , 可 使 CAN 报 文 在总 线上传输。 3 2 CAN /L IN 网关节点设计 LI N 包含一个主节点和一个或多个从属节 点。在多 级汽车 网络中既有 CAN 网 络又 有 L I N 网络 , L IN 网 络与 CAN 的接 口 处又必须存在 一个 CAN 与 L I N 网络 的网 关 , 此时 Freesca le 的 M C68HC908G Z[ 6] 微控制芯 片中 既有 CAN 控 制模 块又 有 ESCI 接口 ( L IN 接 口 ), 适合 作为 CAN /L I N 网关的 核心芯 片 , 即 L I N 网络 的 宿 主 节 点。 L I N 网络 的从 属节 点控 制芯 片仍选 用 M C68HC908QL 4 。 参考芯片说明 书 [ 7- 8] , CAN 总线收 发器 选用 T JA 1050 , LI N 总线收发器 选用 T J A 1020。 CAN /L IN 网 关 节点 硬 件电 路原 理 图如图 4 所示。在 L I N 端 , 由于 L I N 总线 是单 根总 线通 信 , 所 以在收发端必须考虑 干扰的 滤除 , 图 4 中 C 1 、 C 2 是 并联 在 L I N 与地之间的电容 , 用于滤除总线上的高频干扰。
置与设备相互之 间的 信息 共享 , 既减 少了线 束 , 又可 更好 地控 制和协调汽车的 各个 系统 , 使汽 车性 能达到 最佳 , 同 时提 高驾 驶和乘 坐 的 舒 适 性和 安 全 性。 现 在 , 在 车 身 控 制 领 域 , CAN ( Controller A rea N etwo rk) 以其能适应不同速率要求及高 安全级 别而获得广泛应用。 L I N ( L oca l In terconnect N e t w ork) 的目 标应 用在不需要 CAN 的性能、 带宽及复杂性的低端系 统。通常 L I N 子总线是现有的 CAN 网络的扩充
线报警功能和故障信息的总线发送功能。同时前 后灯组还各有 1个 L I N 从节点 , 前辅 助控制 节点 , 主要 控制雨 刮电 机, 电 动天 窗 , 防盗报警。后辅助节点主要控制行李箱锁 , 后雨刮电机。 ( 3) 门控节点 : 两侧节点均接收总线上的指令、 信息 以及各 自控 制开 关的 指令 输入 , 完成 对摇 窗机 、 中控 锁、 后 视镜 的控
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图 1 车身网络结构方案比较
合了 CAN /L I N 优点 , 使网络节点数变 少 , 较第一 种方案硬 件成 本降低 , 控制功能 集中 , 减少 软件 开发成 本。同 时该 模块 可减 轻 CAN 总线负载。
2 基于 CAN /L IN 车身网络结构 考虑到所确定的 车身 通信 网络控 制对 象的位 置及 功能 的 不同 , 布线简繁程度 , 同时 对车 身其 它网络 节点 进行相 应优 化 后 , 得到车身网络总线系统拓扑图 , 见图 2。
第 6期
蒋淑霞等 : 基于 CAN /L I N 总线车身网络优化设计与 CAN 通信实现
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Instrum ent T echn ique and Sensor
Jun 2011
制。门控 CAN /L I N 网关节点主要 接收控 制面板 和中央控 制器 的控制指令 , 完 成 对左 前门 的 门锁、 电 动 车窗、 左后 视 镜的 控 制 , 当速度传感器的所在的安全控制节点 A BS 发送过来 的速度 大于设定值时自动锁 门窗 ; 同时 , 带有一个 左后面 L I N 从节 点 , 发送对左后门控制系统 ( 从 L I N 节点 ) 的控制 信息 , 接收 左后门 节点反馈的状 态信息。 左后门 节点 接收从 左前 门节 点的 控制 命令 , 同时接收自身节点控制命令 , 完成对 左后门门 锁 , 电 动车 窗的控制 ; 同时左后门控节点把自身 控制对象的 状态反馈 回左 前门控节点。除了 司机 侧的门 控节 点多了 控制 门窗 的控 制按 键外 , 左、 右侧门控节点的控制 基本相同。 ( 4) 前排、 后排座椅 CAN 节点 : 此类节 点负责主要控制前后 排座椅的舒适度 调节。可以自动 调节座椅 前后 , 上下平 移自由 度 , 颈部 , 腰部 2 个的转动自由度。并且左右座椅可以单独调节。 ( 5) 安全模 块 CAN 节 点 : 主 要为 安全带 收紧 器 , 安全 气囊 控制机构。当汽车 发生 碰撞后 , 安 全带 收紧电 机动 作 , 同 时锁 紧器起作用。点火器工作 , 引爆气囊。同 时安全 模块节点 把碰 撞信息发送到总线上 供其它动力节点完成相应的反应。 除了图中节点以 外, 还有 轮胎压力温 度监测 系统也 可以作 为车身网络构成的 一部分 , 其设计方案 可以参考 葛清志 等提出 的轮压检测方 案
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CAN /L I N 在车身中的组合应用及对车身网络的优化设计。 1 方案比较选择 1 1 车身网络控制主要对 象 参考聂单根 [ 3] 车身网络的控制对 像主要有以 下几个部分 : ( 1) 外部车 灯和内 部照 明等 ; ( 2) 安全 与可见 性设 备 : 前 窗 ( 挡 风玻璃 ) 加热、 后窗加热、 后视镜、 前窗擦拭 /洗涤、 后窗擦拭 /洗 涤、 前雨刮、 后雨刮、 大灯洗涤、 喇叭 ; ( 3) 防护电子 设备 : 安全气 囊和安全带 ; ( 4) 恒温控 制 : 空调及风 扇 ; ( 5) 动 力便 利性 电子 设备 : 车门锁、 车窗、 车后视镜、 可调座椅等。 1 2 车身网络设计方案比 较 方案 1 如图 1( a) 所示 , 考虑到车身各电子设备位置及功能 划分的不同 , 采用 4 个 CAN 节点分别对车身 4 个门控模块进行 控制。后门控制节 点控制 门锁、 车 窗 , 前门控 制节 点外 加控 制 后视镜。 方案 2 如图 1( b) 所示 , 将整个车身门控模块分为左侧和右 侧 2 个 CAN 节点 , 左侧门控主 节点控 制左侧 前门的 控制对象 , 主要包括 : 左前门门锁、 电动车 窗、 左后 视镜。左侧 后门控 节点 通过 L I N 总线 与 左前 门 节点 连接 , 主 要 控制 左 后门 车 窗和 门 锁。右侧门控节点结构与左侧类似。 方案 1 特点 : 布线集 中 , 线束 少 ; 但同 时节 点较 多 , 增加 了 硬件成本 ; 软件开发周期变长 , 开发成本上 升。方案 2 特点 : 集 。 汽车网 络化 实现各 种电 子装
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。 CAN /L I N 总线的 引入带
来了车身电子 控制 的模 块化 和智 能化 , 如 何 把 CAN /L IN 总线 各自的优势发挥 出来并 在汽 车车 身网络 中建 立混合 网络 是当 前研究重点。目前 对于 组合网 络在 车身网 络中 的应 用大 多是 基于单一网络模式进 行设计 , 设计 标准不一。另 外由于现 今车 身网络大多只应用于 中高档车 , 而进 一步发展趋 势是把车 身网 络推广向中档、 经济 型轿 车甚至 农用 运输车 , 所 以基 于成 本的 的车身网络优 化设计 是很 有意 义的。文中 以一 般车 型的 车身 电控为基础 , 考虑到车身电控元件多 , 分布 范围广的 特点 , 探讨
[ 4]Байду номын сангаас
些简单的过程控 制程 序放在 底层 模块中 , 从 而减 少了通 信量 , 提高了系统控制的实时性 , 所以智能节 点在设计 时更为灵 活方 便 , 文中 将给 出一 种用 8 位 微控 制器 M C68HC908G Z 和 P hilip 公司的 CAN 控制器 T JA1050 组成的 智能节 点设 计方 案。 CAN 总线系统节点硬件电路原理图如 图 3 所示。
2011 年 第 6期
仪 表 技 术 与 传 感 器
Instrum ent T echn ique and Sensor
2011 No 6
基于 CAN /LI N 总线车身网络优化设计与 CAN 通信实现
蒋淑霞 , 韩志刚 , 周永军
(1 . 中南林业科技大学物流学院 , 湖南长沙
1 , 2 1 1
410004; 2. 中南大学交通运输工程学院 , 湖南长沙
410075)
摘要 : 综合考虑了车身网络布线 、 车身结构 、 成本因素以及后续开发工作的 可扩展性 , 提出 了一种基于 CAN /L I N 总线 的车身网络优化 设计方案 。 设计采用集 成的 F reesca le的控 制芯片 进行了 CAN 通信节 点 、 CAN /L I N 网关 节点 ( L I N主节 点 ) 和 L IN 从节点的硬件原理设计 。 最后 , 搭建一个 CAN 通信实验台 , 并实现了 CAN 通信和节点数据 采集控制 目的 。 提 出的车身网络优 化设计方案有效简化布线 、 降低设计和开发成本 , 并且用实验证明了其 CAN 通信和控制可行性 。 关键词 : 车身网络 ; CAN /L I N 网关 ; CAN 通信 ; M C68HC908GZ ; M C68H C908QL 4 中图分类号 : U 463. 82 ; TP336 文献标识码 : A 文章 编号 : 1002- 1841( 2011) 06- 0048- 04
图 3
CAN 通信节点电路原理图
图 3 中 所使用引 脚功能分别 为 : PTC0- PTC6 是 m sCAN 08 引脚 ; VDDA 是 时 钟 模 块 电 源 , V SSA 是 时 钟 模 块 接 地 引 脚 ; VDD 是 电源引脚 , V SS 是 接地 引 脚。图 中电 路 主要 分 为 2 个 部分 : 带 CAN 控 制模 块的 M C68HC908G Z 微 控制 芯片 和 CAN 总线 驱动芯片 T JA I050. M C68HC908G Z主 要负责 内部 CAN 控 制模 块 的 初 始 化 、CAN 报 文 的 产 生、CAN 报 文 的 传 输 以 及 CAN 报文的 验收滤波 报错 等 ; T JA 1050 作 为 CAN 控制 模块 与 CAN 总线之 间的中继单 元 , 即驱 动 CAN 总 线 , 可 使 CAN 报 文 在总 线上传输。 3 2 CAN /L IN 网关节点设计 LI N 包含一个主节点和一个或多个从属节 点。在多 级汽车 网络中既有 CAN 网 络又 有 L I N 网络 , L IN 网 络与 CAN 的接 口 处又必须存在 一个 CAN 与 L I N 网络 的网 关 , 此时 Freesca le 的 M C68HC908G Z[ 6] 微控制芯 片中 既有 CAN 控 制模 块又 有 ESCI 接口 ( L IN 接 口 ), 适合 作为 CAN /L I N 网关的 核心芯 片 , 即 L I N 网络 的 宿 主 节 点。 L I N 网络 的从 属节 点控 制芯 片仍选 用 M C68HC908QL 4 。 参考芯片说明 书 [ 7- 8] , CAN 总线收 发器 选用 T JA 1050 , LI N 总线收发器 选用 T J A 1020。 CAN /L IN 网 关 节点 硬 件电 路原 理 图如图 4 所示。在 L I N 端 , 由于 L I N 总线 是单 根总 线通 信 , 所 以在收发端必须考虑 干扰的 滤除 , 图 4 中 C 1 、 C 2 是 并联 在 L I N 与地之间的电容 , 用于滤除总线上的高频干扰。
置与设备相互之 间的 信息 共享 , 既减 少了线 束 , 又可 更好 地控 制和协调汽车的 各个 系统 , 使汽 车性 能达到 最佳 , 同 时提 高驾 驶和乘 坐 的 舒 适 性和 安 全 性。 现 在 , 在 车 身 控 制 领 域 , CAN ( Controller A rea N etwo rk) 以其能适应不同速率要求及高 安全级 别而获得广泛应用。 L I N ( L oca l In terconnect N e t w ork) 的目 标应 用在不需要 CAN 的性能、 带宽及复杂性的低端系 统。通常 L I N 子总线是现有的 CAN 网络的扩充
线报警功能和故障信息的总线发送功能。同时前 后灯组还各有 1个 L I N 从节点 , 前辅 助控制 节点 , 主要 控制雨 刮电 机, 电 动天 窗 , 防盗报警。后辅助节点主要控制行李箱锁 , 后雨刮电机。 ( 3) 门控节点 : 两侧节点均接收总线上的指令、 信息 以及各 自控 制开 关的 指令 输入 , 完成 对摇 窗机 、 中控 锁、 后 视镜 的控
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图 1 车身网络结构方案比较
合了 CAN /L I N 优点 , 使网络节点数变 少 , 较第一 种方案硬 件成 本降低 , 控制功能 集中 , 减少 软件 开发成 本。同 时该 模块 可减 轻 CAN 总线负载。
2 基于 CAN /L IN 车身网络结构 考虑到所确定的 车身 通信 网络控 制对 象的位 置及 功能 的 不同 , 布线简繁程度 , 同时 对车 身其 它网络 节点 进行相 应优 化 后 , 得到车身网络总线系统拓扑图 , 见图 2。
