基于CAN总线的汽车电气控制系统设计

路燕

摘 要：随着汽车行业的高速发展，其电气控制系统的发展也在逐渐加快，各种控制系统的更新换代促进了我国汽车行业的发展。在该文中介绍的是CAN总线为基础的汽车电气控制系统，通过该系统的应用能够将企业的控制信号转变为信息流，然后通过分布式的控制模式来对汽车的电气控制系统进行更加高效的控制，这种控制模式打破了传统的汽车电气控制系统单一线束限制，保证了汽车电气控制系统在使用的过程中具有更高的利用率。

关键词：CAN总线 汽车 电气控制系统

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）01（b）-0032-02

在当前，电子信息技术的发展越来越成熟，其在各行各业中的应用也越来越广泛，而其在汽车领域中的应用结束了汽车电气控制系统的单束运营模式，这为汽车行业的发展迎来了新的发展高潮。通过CAN总线作为汽车电气控制系统的基础，其实现了对电气控制系统的有效构建，这对我国的汽车行业发展具有非常大的促进作用，通过CAN总线技术的应用，汽车的控制信号传输速率更快，准确度更高，这为高质量的汽车产品提供了良好的技术支持，该文对汽车电气控制系统的设计进行了简单的研究。

1 CAN总线介绍

当前的总线技术种类较多，而CAN总线则是其中技术含量较高的技术类型之一，其属于多主总线系统，对汽车运行过程中的信号传输效率进行了较大程度的提高，平均信号传输速率可以达到1 Mb/s，对于CAN总线技术，过去比较常见的形式为差分电压，而其在进行信号传输的过程中采用的介质种类也非常多，比较常见的有光导纤维和同轴电缆等。

对于CAN总线控制技术，其能够通过汽车电气控制系统的控制来对CAN技术中的链路层以及其他的物理层功能进行实现，这样能够实现对数据的成帧转换以及零位的各种操作。对于CAN协议来说，其同传统的控制系统之间区别在于编码控制系统的不同，对于CAN总线技术，其采用的是数据块来对编码进行控制，而理论上的网络节点没有个数的限制，对于数据块来说，其主要是通过二进制计数方法来对标识码进行控制。另外，在采用CAN总线技术时，其通信的可靠性以及实时性等都得到了有效的提高，是当前最具有发展前景的控制技术之一。

2 整体架构设计

在此次研究中，主要是对当前比较常见的一些汽车产品进行研究，其系统的整体结构分为前、后、左、右等5个ECU节点，而在进行CAN总线技术的应用时，首先需要选择一个星形的拓扑结构，而其中的前后左右4个位置处的节点，其主要的功能就是对每个节点附近的开关信息进行全面的收集，并将其形成一帧报文形式的信息，并将其向着CAN总线的主节点进行输送。而主节点在得到信息之后会对其进行判断和分析，从而在此结果的基础上将其反馈到对应的输送节点。而4个节点在接收到信息之后通过UART总线来将结果传输到对应的控制模块中，对汽车的电气控制系统进行输出功率的控制。在该传输模式中，单片机起着重要的作用，能够对得到的信息进行逻辑运算并对其进行输出的顺序进行控制。对于汽车电气控制系统来说，CAN总线技术主要的作用是为其信息的传递提供一个高效运行的平台，该平台通过通信介质来将传输和处理的信息进行高效的传输，而对于汽车在行进过程中产生的大量数据信息，通过CAN总线技术能够实现汽车不同的电子单元之间的的共享，从而保证信息的高效传输，这对汽车的运行过程中的信息利用率来说是一种非常大的促进作用。

3 ECU节点

通过研究可以得知，ECU是当前汽车的控制系统中最为重要的组成部分之一，其组成包括CAN通信以及功率的输出等，而在对汽车电气控制系统的控制软件进行设计时，需要对不同ECU节点的作用和位置进行研究和了解，然后针对性地进行相关控制程序的应用，而在对ECU进行使用的过程中，其体现了强大的移植性。对于当前汽车电气控制系统来说，其ECU节点存在着几种不同的端口，首先是对功率的负载进行输出的驱动口，这一端口能够实现对所有负载的驱动，而最高的输出电流可以达到将近30 A，这一端口的应用保证了汽车使用过程中的安全控制。然后是开关量的输出端口，这一端口主要是为了对开关量的相关信息进行有效的输出，且不同的开关状态对应的输出口电平不同。然后是CAN通信接口，这是为汽车的整个运行系统提供充足的通信线，从而保证外围接口的稳定性。最后则是电源的输入口，这是为控制系统的正常运行提供有效的电能供应。

假如在CAN总线中具有一些相关的报文信息，该系统则会通过相关的通信部分来对这些信息进行有效的检查和过滤，将其中存在着影响的信息过滤掉，剩下有用的信息传输到对应的控制模块中。而在这一工作完成之后，其往往便会出现中断，但对于这些收集的信息，其能够通过传输线路将其输送到对应的处理器中对其进行读取，然后则是对接收缓冲区进行信号的释放处理，通过这种控制模式能够对报文信息进行充分的处理和筛选，然后通过信息的格式转换来对信息进行处理，最后通过UART总线来实现对信息的输出，在输出的过程中，需要对得到的信息进行顺序的排列，这样才能保证信息传输对功率输出的有效控制。而对于开关信息的采集，其能够通过控制系统来对收集到的开关状态进行反复检测，同时将检测到的开关状态信息传输到主处理器中，这样在发现其开关的状态和应有的状态信息之间存在着不同时，需要通过对应的信息传输方式将其向着CAN总线上进行传输和发送，然后通过CAN总线系统来实现对开关状态的有效控制。

4 软件的架构

根据汽车的电气控制系统功能研究可以得知，整个的控制系统的软件架构可以分为3个层次，分别是驱动、转换和通信处理，对于不同的软件架构，其功能之间存在着较大的差别，像驱动层，其主要是为了实现对信息的输入和输出驱动，而转换层的功能也是这两个方面。不同层之间的通信没有影响，因此，每一层的通信驱动控制都是单独完成的。而对于每一层之间的通信，信息的内容主要分为3种，第一种是状态信息，指的是在运行过程中驱动层和转换层之间的有效通信；然后是接口消息，这一消息是为了保证转换层输入和输出两种不同状态之间的有效通信；最后则是器件消息，这一消息针对的则是处理通信层和转换层。

此外，对于不同的驱动系统，其所具有的功能也存在着较大的区别，像驱动层中的输入驱动，其在使用时主要是为了能够对输入引脚的电平进行转换和调整，保证信息的正常转换和传输，而对于输入驱动，其和输入驱动的功能则是相反的功能。

5 结语

综合上述所说，在进行CAN总线为基础的汽车电气控制系统设计时，需要将实验平台分为两个不同的节点，而在整个实验的过程中，需要对整体的5个ECU节点进行研究，保证企业电气控制系统能够对汽车的正常运行进行有效的控制，保证汽车电气控制系统的合理性和科学性。

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