基于CAN总线的汽车电气控制系统设计研究

摘 要：本文主要以现场总线控制与计算机技术为研究基点，在汽车中运用相关的信息技术，通过信息流对汽车系统进行有效驱动，在汽车电气控制系统中，运用分布式控制，将汽车线束进一步简化，从而提升汽车电气控制系统对信息的利用率，达到对大量数据有效共享与传输的目的。

关键词：CAN总线；汽车；电气控制系统

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

0 前言

现阶段，电子信息技术逐渐应用到了汽车领域中，而汽车总线技术的实现与发展，为汽车通信方式带来了新的发展途径，如今，怎样以总线技术为依托，对汽车的电气控制系统进行有效构建，已经成为当前领域内部关注的重点。而以CAN为基础的总线技术，以其线路简单、扩展方便、抗干扰性强、传输速度快等优势，越来越受到汽车电子领域的重视，但由于该技术的成本相对较高，我国很多大型客车还无法对其广泛运用，因此，需要对该技术进行进一步研究。

1 CAN总线

在众多现场总线技术中，CAN总线技术是当前比较先进的技术，属于多主总线系统，在信号传输的过程中，其速度可以达到每秒钟1Mb，通常的出现形式为差分电压，其通信介质也相对较多，主要包括光导纤维、双绞线、同轴电缆等[1]。

在CAN总线中，系统的控制器可以实现CAN协议中链路层与物理层的相关功能，不仅可以使数据完成成帧，还可以实现零位的插入与删除等相关工作。该协议与传统系统的最大不同之处便在于，运用数据块来代替站地址实现编码，从理论角度来看，网络节点的个数比较随意，数据块标识码主要是由二进制数组成的，在对数据块进行制定的过程中，也可以根据实际情况将其定义成211或229个[2]。另外，CAN协议在通信过程中的可靠性与实时性也都相对较高，在运用过程中的综合性价比较高，有非常广大的应用前景。

2 整体架构

本文所选用的系统平台为比较有代表性的某品牌大型客车，以汽车的电气设备配置需求为基础，系统主要分为主、前、后、左、右五个ECU节点，在运用CAN总线的过程中，选用的是星形拓扑结构，前、后、左、右四个节点主要实现的是对就近29路相关开关信息的有效采集，在完成采集工作以后，需要以通信协议为基础，形成一帧报文信息，并将其向主节点传输[3]。主节点需要对接收到的信息进行有针对性的判断与分析，得出相应结果，并将此结果一通信协议为基础，分别反馈给其余四个节点。四个节点需要对反馈信息进行滤波，以UART总线为依托，向相关的控制模块中传输功率负载，从而实现对功率输出的有效驱动。单片机是控制功率输出过程中相关逻辑的重要装置，该装置也能够实现对开关信息的有效采集，其中包含了32个I/O口，如通信口、输出口等，所以，节点的设计是实现信息采集与负载输出的关键。

对于整个汽车电气控制系统来说，CAN总线是通信介质的主要提供平台，汽车运行过程中所产生的大量数据信息，可以以CAN总线为基础，在不同电子单元中实现相互共享，也可以实现对控制信号的有效交换，从而在很大程度上提升了汽车电控对信息的利用率，达到通过信息流对汽车系统实现驱动的最终目的。

3 ECU节点

正如上文所述，ECU节点是整个系统中不可或缺的组成部分，主要由CAN通信、信息采集、功率输出以及处理器等部分组成，在软件设计过程中，需要根据实际情况在相应位置写入有针对性的应用程序，在运用过程中表现出非常强大的移植性。ECU节点中主要以下几种端口：第一，功率负载输出驱动口，在运行过程中，最高可以实现30A电流的有效输出，对汽车上的所有负载都能够进行直接驱动，避免了传统控制中产生的安全隐患。第二，开关量输出口，实现对汽车运行中所有开关量的有效采集，如果开关处于闭合状态，则输出口的电平相对较低；如果开关处于断开状态，则输出口的电平相对较高。第三，CAN通信接口，为整个系统的运行提供通信线，创造相对稳定的外围接口。第四，电源输入口，主要是为系统提供有效的电源输入，让所有控制单元都能够运用发电机或车载电池来实现发电。

如果在CAN总线中存在相关的报文信息，则通信模块便会对这些信息进行验收滤波，在完成这项工作以后，便可以触发中断，这些信号便可以传输到主处理器中进行读取，之后将接收缓冲区释放出来，实现对报文信息的格式转换，在运用UART总线，将信息向功率输出控制模块中发送，然后这些信息便可以以一定的顺序为基础，传入到单片机中的I/O口中，实现对负载功率输出的有效控制[4]。开关信息采集可以实现对开关输入点的循环检测，并将开关状态向主处理器传输，如果发现开关状态信息存在问题，还可以通过报文信息的方式，以通信模块为基础，向CAN总线上进行发送。

4 软件架构

从功能的角度上来看，整个系统的软件架构大致可以分成驱动、转换、处理通信等三个主要层次。其中，驱动层中主要包含了输入与输出两方面驱动，同样的，转换层中也主要可以分为输出与输出两方面转换。为了完成每一层之间的有效通信，系统中主要包含了以下三种消息：其一，状态消息，主要实现的是驱动层与转换层之间的通信；其二，接口消息，主要实现的是输入与输出转换层之间的通信；第三，器件消息，主要实现的是处理通信层与转换层之间的通信。

驱动层中输入驱动的主要任务是转换输入引脚的电平，便能够将转换所得到的信息向转换层中发送；驱动层中输出驱动的主要任务是将转换层中得到的信息，重新转换成实际引脚。转换层中输入转换的主要任务是将驱动层中得到的状态信息，转换成器件消息，向处理层进行发送，从而分析其逻辑状态；转换层中输出转换的主要任务是将处理层中得到的器件消息转换为输出信息，向驱动层中进行发送。通信层可以以通信模块为基础，实现每个转换层与处理层的信息交换。

5 结论

综上所述，系统实验平台在运行过程中主要分为两个主要节点，其一为汽车电气模拟实验，其二为某品牌大型客车。整个实验过程严格以CAN协议为基础，主要的构造内容为主、前、后、左、右五个ECU节点，可以实现汽车在运行过程中，各种信号的采集、汽车仪表的显示以及电气设备的控制。

参考文献：

[1]徐涛，史增勇，熊国民等.基于CAN总线的双模块汽车车灯控制系统设计[J].河南科技学院学报（自然科学版），2013（01）：67-72.

作者简介：景晓峰（1983-），男，陕西咸阳人，助理工程师，研究方向：插电混合动力商用汽车。