基于CAN总线的客车车身控制系统[ BCM ]

一、前言

　　汽车车身上安装的电子器件和设备不断增多，例如：电动座椅、电动门窗、可调式转向盘、空调系统等；还有各种车灯、雨刮器、电动门锁、除霜器、后视镜、喇叭、各种指示灯及各种数字式仪表（转速表、车速表、水温表、油量表）等。车用电子控制系统、传感器、执行机构和电线的数量也不断增加。
　　汽车车身控制系统的功能是实现对车身上各种器件方便灵活地综合控制。在传统的车身控制系统中，采用线束通过点对点的方式实现各种电子器件之间的相互连接和对其进行直接控制。但是随着器件的增加，使汽车内部的线束日益复杂、车内可利用空间变得越来越小，且由于线路复杂、故障率增加，造成汽车的制造成本提高，设计和维护难度也不断增加，可靠性却大大降低。如何对车身控制系统进行改造，解决上述遇到的问题，受到越来越多国内外汽车业内人士的关注。

二、总线式车身控制系统

　　传统的车身控制系统中的线束不仅用来传递信号，而且借助于线束及继电器和开关的触点来实现各种器件之间的控制逻辑。由于各种器件分散在车身的各个部位，因此车身控制系统更适合采用分布式控制系统来构建。
　　新型的车身控制系统采用总线来代替繁杂的点对点的线束，引入软硬件相结合的智能控制节点来构建车身控制系统。其方法是把各种器件连接到分布于车身中的多个智能控制节点上，每个智能控制节点都是拥有一定计算和存储资源的嵌入式处理单元。智能控制节点通过总线连接在一起，通过智能控制节点中的软件来实现对各种器件的综合控制，也即用软件逻辑取代传统车身控制系统中的硬件逻辑，具有更好的灵活性和易维护性。
　　目前，针对汽车行业，使用的总线类型有CAN（控制器局域网）、LIN（局部互联网络）、FlexRay及MOST总线等，针对不同的应用系统，会有不同的总线应用，但鉴于成本，系统复杂度等原因，在车身电子中使用CAN、LIN居多。而FlexRay和MOST总线则应用于底盘中与时间及安全密切相关的关键功能方面。LIN是一种低成本的串行通信网络， LIN的目标是为现有汽车网络(如CAN总线)提供辅助功能。所以在此，我们以CAN总线的应用来描述整个车身的控制器系统，具有代表性。
　　CAN是被广泛应用于汽车中的一种总线技术，采用CAN总线技术构建车身控制系统的网络平台，以串行结构的总线代替并行结构的线束，实现分布式多路传输，可方便地实现各部件之间的信息交互和共享；同时集成实时诊断、测试和故障报警等多种功能；并能通过信息屏直接给出故障位置，便于维护；任意增减功能而不会影响其它部分的工作。采用CAN总线技术构建车身控制系统的网络平台是未来的发展方向。
　　在此就我公司研制的客车车身控制系统来描述基于CAN总线的分布式系统构成如下。

三、客车车身控制系统

3.1 系统构成

3.1.1物理连接及软件协议
　　在不同模块之间的物理连接仅为CAN总线信号线（CAN+,CAN-）和电源线。
　　软件协议方面，基于CAN总线的物理层及数据链路层保证了CAN协议通讯的可靠性，应用层协议遵循SAE J1939协议标准实现模块间的会话功能。SAE1939协议标准简介如下：
　　SAE J1939协议是由SAE J1939协议是由汽车工程协会(SAE)定义的，主要用于商用车辆，但也用于舰船、轨道机车、农业机械和大型发动机。通过SAE J1939能够传输测量值和控制数据并配置元件。还能够读或删除单个元件诊断数据，并对单个控制进行校准。对于商用车方面的所有相关变量都要在SAE J1939中定义值域、分辨率、识别数等等。在J1939协议中，不仅仅指定了传输类型、报文结构及其分段、流量检查等，而且报文内容本身也做了精确的定义。另外，针对每一个车辆系统，由于需求不同，协议本身很难能够全面兼顾，都有可能需要重新定义一些新的数据包（PGN），来适应新增加的控制节点。比如车辆内部的灯光控制，还有电视的控制等等，以便很好的完成实际的应用。

3.1.2模块分类:

◆ 开关量模块：
　　功能： 完成所有输入操作。如：灯光、暖气等控制，将操作信号变成数字信息在CAN总线网络上广播。
　　另可将所有故障信息显示在监视器上。

◆ 前控模块
　　功能： 接收CAN总线上的信息，完成前门控制、侧窗升降控制、前部暖风机控制、除霜控制等控制功能，另可接普通记录仪。

◆ 后控模块
　　功能： 接收CAN总线上的信息，完成后门控制、后部暖风机控制等，监测行李仓开关、卫生间有人、净水箱及污水箱报警等开关量信号，有效信息发送到CAN总线网络上。

◆ 顶控模块
　　功能： 接收CAN总线上的信息，完成遮阳伞控制、示廓灯控制、电视控制、夜间灯控制、换气扇控制、日光灯控制、阅读灯控制等控制功能，监测阅读灯信号及请求服务信号等开关量信号，将有效信息发送到CAN总线网络上。

◆ 前灯模块
　　功能： 接收CAN总线上的信息，完成远光灯控制、加强灯控制、近光灯控制、前雾灯控制、前位灯控制、前转向灯控制等控制功能。

◆ 后灯模块
　　功能： 接收CAN总线上的信息，完成后雾灯控制、倒车灯控制、增压风扇控制、后位灯控制、牌照灯控制、倒车蜂鸣器控制、后转向灯控制、行李仓照明控制等控制功能。

　　备注：在此系统中，底盘系统及车身系统共用一条总线，因为车身模块的数据通讯量很小。不会对底盘的发动机及ABS通讯数据造成阻塞。实际应用中从安全方面考虑将底盘和车身分成两条总线，增加了一个桥接模块作为这两条总线的联络节点。

3.2安装原则：

　　模块的安装位置参见上图中所示。作为分布式系统中的所有模块应遵循：就近安装、就近处理的原则，在靠近传感器或需要控制的位置安装。

四、车身CAN总线系统的优势

◆ 简化整车的供电系统,方便电气布线
　　改变了控制方式并使用了电子开关，取消了大部分继电器和熔断丝。整车线束减少30％以上。

◆ 性能安全可靠
　　模块内采用智能电子开关取代继电器，实现驱动无触点化，减少电磁干扰，延长使用寿命。
　　模块内采用自恢复保险丝，取代熔断丝，具有过载保护和自动恢复的功能。
　　可进行故障诊断、报警和记录。既保证整车电气的可靠性，又增强可维护性。如：灯丝烧断后会提醒司机更换。
　　开关向主控模块发送信号，通过开关的电流很低，大大延长了开关的使用寿命。

◆ 智能化控制
　　可以做到逻辑软件化，在不添加硬件的基础上，通过设定程序即可实现很多新的功能。

◆ 很强的可扩展性
　　每增加一项新电器，汽车线束都要重新开发。采用CAN总线后，新电器可以方便地挂接在系统上，只需要改动少量线束。

◆ 简化生产工艺，减少生产成本
　　由于总线系统配置灵活、易于扩展，当增加电器或车辆改型时只需改动少量软件和线束。甚至在开发新车型时，也只要做少量改动。

◆ 较低的维护、维修费用
　　由于总线系统自带故障检测、报警和记录功能，所以对整车电气系统的维护和维修非常方便。整车厂可以减少维修人员培训和购买设备等的费用。

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