隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展及其在汽車上的廣泛應(yīng)用，汽車電子化程度越來越高，若仍采用傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)連線方式，則線束將十分龐雜，不僅增加了汽車質(zhì)量、占據(jù)汽車寶貴的空間，也會因?yàn)榉倍嗟墓?jié)點(diǎn)而使系統(tǒng)運(yùn)行可靠性降低。在這種情況下，汽車總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前，汽車總線技術(shù)已經(jīng)在世界許多著名汽車廠商的車型上得到了廣泛應(yīng)用。在汽車電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程中，有許多總線被開發(fā)出來，如CAN，J1553B，VAN、LIN，MOST等，SAE按照數(shù)據(jù)傳輸速率和應(yīng)用場合把汽車網(wǎng)絡(luò)劃分為A、B、C、D四類。CAN和LIN已經(jīng)成為B類網(wǎng)絡(luò)和A類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用較為廣泛的主流總線，CAN（Controller Area Network）總線是德國Bosch公司于、1983年為汽車應(yīng)用而開發(fā)的一種串行通訊協(xié)議，1993年成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，它以其突出的實(shí)時性、可靠性、靈活性和抗干擾性而備受青睞。
一、CAN/LIN的主要特點(diǎn)
1．CAN的主要特點(diǎn)
a．多主機(jī)工作方式。
b．采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。
c．通訊方式靈活，只需通過幀濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)、全局廣播等數(shù)據(jù)訪問方式。
d．傳輸速率最高可達(dá)1Mb/s（40m），通訊距離可達(dá)10km（5kb/s）。
e．采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，可保證通訊的實(shí)時性。
f．具有可靠的錯誤處理和檢錯機(jī)制，節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重時具有自動關(guān)閉輸出功能。
隨著汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的增加和高性能系統(tǒng)在中低檔汽車上的應(yīng)用，CAN總線相對較高的成本成為一種障礙，于是LIN總線隨之產(chǎn)生。LIN（Local Interconnect Nerwork）是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，使用LIN可以大大降低成本。通常情況下，LIN總線作為CAN總線網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)充，與之一起構(gòu)成汽車的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。
2．LIN的主要特點(diǎn)
a．單主機(jī)多從機(jī)工作方式（無需總線仲裁九
b．高速率可達(dá)20kb/s,
c．基于普通UART/SCI接門的硬件實(shí)現(xiàn)，并采用低成本的單線設(shè)備。
二、電動大客車整車網(wǎng)絡(luò)方案
電動汽車的無（低）污染優(yōu)點(diǎn)，使其成為當(dāng)代汽車發(fā)展的主要方向。與傳統(tǒng)汽車相比，電動大客車的電子化程度更高，電子裝置更多，也更適合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。電動大客車整車網(wǎng)絡(luò)由高、低速兩條CAN子網(wǎng)組成。高速CAN網(wǎng)段主要連接電機(jī)控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等對實(shí)時性要求較高和數(shù)據(jù)交換量較大的控制系統(tǒng)，而低速CAN網(wǎng)段則連接車燈、儀表、后視鏡、刮水電動機(jī)等對、實(shí)時性要求不太高的車身電器控制系統(tǒng)。
1．車身網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定了整車各個節(jié)、點(diǎn)ECU相互通訊的關(guān)聯(lián)性，建立合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是進(jìn)行總線開發(fā)的基礎(chǔ)，對網(wǎng)絡(luò)的性能影響也較大。由于電動大客車具有車身電器數(shù)量眾多、布置分散的特點(diǎn)，本文建立了以CAN總線為主干、LIN總線為輔助構(gòu)成的車身CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對車身電器的一體化控制，并可以兼顧網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能、成本和擴(kuò)展性。
根據(jù)電動大客車的車身電器配置，以車燈、后視鏡為控制對象進(jìn)行了設(shè)計(jì)，建立了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)車燈的安裝位置和邏輯關(guān)系對其進(jìn)行劃分，分別由4個從節(jié)點(diǎn)Slavel（左前燈控制節(jié)點(diǎn)）、Slave2（右前燈控制節(jié)點(diǎn)）、Slave3（左后燈控制節(jié)點(diǎn)）、Slave4（右后燈控制節(jié)點(diǎn)）和2個主節(jié)點(diǎn)Masterl、Master-2組成。在前部和后部布置2個主節(jié)Masterl、Master2，作為CAN總線和LIN總線通訊的網(wǎng)關(guān)，Masterl同時接收開關(guān)量輸人。Slave1、Slave2lSlave3、Slave4分別通過LIN總線連接到Masterl和Master2，構(gòu)成2個子網(wǎng)絡(luò)LIN1、LIN2。
2．建模和仿真分析
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建立后，再制定網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，這樣相當(dāng)于建立了整車網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，再使用Vector或其他公司提供的汽車總線系統(tǒng)分析和開發(fā)工具，對其進(jìn)行仿真來檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理性以及各個節(jié)點(diǎn)功能的完善性。
VectorCANoe仿真流程如下：①用CANdb Editor建立CAN和LIN網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)庫，確定每個節(jié)點(diǎn)所發(fā)送和接收的幀以及每一幀所包含的具體信號，進(jìn)行信號的定義，同時需要定義環(huán)境變量以描述節(jié)點(diǎn)外部的輸人輸出；②借助CAPL（CAN Accessing Programming Language）編程語言編寫程序，模擬節(jié)點(diǎn)行為，比如當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到報文、環(huán)境變量發(fā)生改變或錯誤幀出現(xiàn)等事件發(fā)生時如何進(jìn)行處理。
仿真過程中，可以在BusStatistic窗口中觀察總線負(fù)載率、峰值負(fù)載率、錯誤幀等反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)性能的參數(shù)；在Trace窗口中可以觀察總線上傳輸?shù)膱笪暮托盘枴?/SPAN>
三、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
1．節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的總體要求是系統(tǒng)要簡潔、易實(shí)現(xiàn)、穩(wěn)定可靠和具有較好的通用性，在可能的情況下盡量降低成本。主節(jié)點(diǎn)的主要硬件組成為：微控制器、CAN控制器、CAN收發(fā)器以及LIN收發(fā)器。本系統(tǒng)選用Freescale公司的總線器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。
為主節(jié)點(diǎn)Master1基本電路原理圖。圖中觸點(diǎn)監(jiān)測芯片MC33287負(fù)責(zé)監(jiān)測開關(guān)觸點(diǎn)狀態(tài)，可卜接收16路開關(guān)量輸人；微控制器選用MC68HC908GZ16，內(nèi)部集成了CAN協(xié)議控制器，具有鎖相環(huán)電路，可用32kHz的晶振產(chǎn)生．較高的內(nèi)部時鐘頻率，從而大大降低了對系統(tǒng)的干擾，并具有16KBFlash存儲器可進(jìn)行在線編程。
當(dāng)觸點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)改變時，微控制器形成相應(yīng)的報文發(fā)送至總線。通過CAN收發(fā)器MC33388與CAN總線進(jìn)行通訊。為提高抗干擾能力，在微控制器和CAN收發(fā)器之間加人高速光耦6N137，MC33399為微控制器與LIN總線的通訊接口。
從節(jié)點(diǎn)Slavel基本電路原理圖。從節(jié)點(diǎn)Slave1由微控制器MC68HC908GZ16,LIN收發(fā)器MC33399和模擬器件MC33888組成。MC33888為4路高端、6路低端開關(guān)，片內(nèi)集成診斷和過熱、過流等保護(hù)功能。
2．節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
主節(jié)點(diǎn)的軟件流程如圖5所示。按鍵子程序不斷掃描開關(guān)狀態(tài)，如果有按鍵按下，則進(jìn)人中斷服務(wù)程序，并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)ID配置，形成相應(yīng)的報文發(fā)送到總線。
首先配置相關(guān)的寄存器，進(jìn)行I/O寄存器和定時器寄存器的初始化，程序中的定時由時基模塊TBM完成。當(dāng)完成初始化工作，進(jìn)人主循環(huán)之后，如果LIN總線5s沒有活動，則進(jìn)人睡眠模式；如果總線有活動，則查看按鍵（開關(guān)）的狀態(tài)，決定是進(jìn)入ID節(jié)點(diǎn)的配置模式，還是進(jìn)入正常模式。
四、結(jié)束語
總線技術(shù)在汽車整體性能優(yōu)化和整車的綜合控制方面蘊(yùn)藏著巨大的潛力，實(shí)現(xiàn)汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為國內(nèi)汽車業(yè)的重：要課題。本文所建立的電動大客車車身CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，經(jīng)過仿真分析和實(shí)驗(yàn)表明，具有實(shí)時性好、總線負(fù)載低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的推廣價值。
