基于CAN总线的车门控制系统

基于CAN总线的车门控制系统 山东科技大学学士学位论文 摘要 随着汽车电子技术的不断发展，汽车上的各种电子装置越来越多，电子控制装置之间的通讯也越来越复杂，而汽车上传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，造成了庞大的布线系统，已远远不能满足汽车愈加复杂的控制系统要求。汽车控制局域网CAN总线应运而生，它广泛应用于汽车电子控制系统中，为实现汽车控制部件的智能化和汽车控制系统的网络化提供了一个有效的途径和方法。本课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 以基于CAN总线的汽车车身控制系统为研究对象，主要做了以下几方面的工作: 首先，介绍了目前国际汽车电子技术的现状与发展趋势，比较了当今汽车网络主流技术，充分分析了当前比较流行的几种现场总线性能和特点，对基于CAN总线的汽车车身控制系统进行了深入研究。 其次，描述了系统的硬件设计与开发过程。根据实际应用情况的需求，确定了系统各模块的设计方案。具体描述了系统各控制节点的功能，详细介绍了主控制芯片外围电路、CAN通讯模块电路、车灯控制电路、雨刮器控制电路、门锁电机控制电路、车窗电机控制电路、电动后视镜控制电路、开关量检测电路等各个模块的硬件电路结构。 再次，描述了系统的软件设计与开发过程。介绍了系统CAN通讯模块的通信流程，描述了系统各子模块程序的开发流程，给出了车灯控制模块及车门控制模块的程序结构和软件设计流程，以左前门控制器单元和前车灯控制器单元为例说明了控制器主程序、车灯控制程序、车窗电机控制程序以及后视镜控制程序的结构。 最后，介绍了系统的软、硬件的可靠性设计与开发过程，针对系统设计的干扰因素进行了分析并提出了相应的抗干扰措施，最终完成了系统的设计工作，实现了车身控制系统的电动车窗控制、车灯控制、雨刮器控制和后视镜控制等功能，将车身控制功能集成化、网络化。 1 山东科技大学学士学位论文 研究表明，基于CAN总线的汽车车身控制系统是可行的并且能够很好 满足现代汽车车身控制的需求。 关键词:CAN总线，车身控制系统，汽车电子 Abstract With the rapid development of the automotive electronics technology ,the communication between the electronic control devices are also more and more complex(and most of the traditional automotive electrical systems using a single point-to-point communication mode(and the electronic devices has little contact with each other ,resulting in a large amount of cabling system(So the traditional system has been unable to meet the more complex control requirements(And the CAN bus came into being ,it is widely used in automotive electronic control system for the implementation of intelligent vehicle control components and automotive control system network to provide an effective means and methods(This dissertation study the Automobile Electronic Control System based on CAN(The following works have been presented in this project( This dissertation study the Automobile Electronic Control System based on CAN(The following works have been presented in this project( Firstly, introduce the current and development trends of the international automotive electronics technology, compare the mainstream of today’s automotive network technologies(analyzes several current popular field bus performance and characteristics(and then study the CAN-based automotive control systems( Furthermore，describes the system hardware design and development process(Determine the module’s design based on the actual needs of the 2 山东科技大学学士学位论文 system(Describes the specific function of each control node，details the main controller circuit(CAN communication module circuit, lights control circuit, wiper control circuit, locks motor control circuit, window motor control circuit, rear-view mirror control circuit, switch detection circuit modules and other hardware circuit structure( Moreover, describe the software design and development process(Introduce the communication processes of the CAN communication module system, describes the program development process of the system’s sub-module, present the program structure and software design processes of the lamp control module and the door control module(take the front left headlight controller unit and the former controller unit as the example to describe the structure of the main controller, lights control, motor window control and the rearview mirror control procedures( Finally, describes the reliability design process of the system, analyze the interfering factors of the system’s design, propose the corresponding anti-jamming measures, and then realize the control system’s functions, such as the motor windows control, lights contr01(wiper control and rear(view mirror Control and other functions(From the work which has been done in this project(the conclusion Can be draw mat Automobile Electronic Control System based on CAN is feasible and useful( Keyword: CAN, body control system, Automotive Electronics . 3 山东科技大学学士学位论文 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 第1章 绪论 .......................................... 7 1.1课题研究的背景 ........................................... 7 1.2课题研究的国内外现状及发展动态 ........................... 8 1.2.1目前国内外主流的车身控制技术及其特点 ................... 8 1.2.2目前国内外主流的汽车网络总线技术及其特点 .............. 11 1.3课题研究的目的和意义 .................................... 13 1.4本文研究的内容及要完成的工作 ............................ 14 第2章 汽车车载总线的基础知识与网络协议 ............. 15 2.1 CAN总线简介 ............................................ 15 2.1.1 CAN总线协议的性能特点 ................................ 15 2.1.2 CAN总线协议的发展历史 ................................ 16 2.2 CAN总线协议的网络分层模型及网络拓扑结构 ................ 17 2.2.1 CAN总线协议的网络分层模型 ............................ 17 2.2.2 CAN总线协议的网络拓扑结构 ............................ 20 2.3 CAN总线协议报文传输及帧结构 ............................ 22 2.3.1逻辑电平定义 .......................................... 22 2.3.2 CAN总线协议报文的帧结构 .............................. 23 2.4 CAN总线协议的通信错误处理机制 .......................... 29 2.4.1 错误类型 .............................................. 29 2.4.2 错误界定 .............................................. 30 2.5 CAN总线协议的位定时与同步 .............................. 31 2.6 本章小结 ................................................ 33 第,章 车门控制系统的方案确定 ....................... 34 4 山东科技大学学士学位论文 3.1 车门控制系统的总体设计方案 .............................. 34 3.2 车身控制系统各节点功能描述 .............................. 35 3.3车门控制系统的具体功能 .................................. 37 第,章 车身控制系统的硬件设计 ....................... 39 4.1系统核心元器件选型 ...................................... 39 4.1.1微控制器芯片,,MC9S08DZ60单片机 ...................... 39 4.1.2 CAN总线驱动器,,MC33388 ............................. 41 4.2 系统硬件电路总体结构 .................................... 42 4.3 系统各模块硬件电路的设计 ................................ 43 4.3.1 单片机时钟及复位电路设计 .............................. 43 4.3.2 电源模块电路设计 ...................................... 44 4.3.3 CAN节点通信电路设计 .................................. 45 4.3.4 车窗电机驱动电路设计 .................................. 46 4.3.5 门锁电机驱动电路设计 .................................. 47 第5章 车窗防夹算法研究 ............................. 49 5.1.1电机周期的测量 ........................................ 49 5.1.2车窗位置的确定 ........................................ 51 5.2 防夹车窗算法的提出和实现 ................................ 51 5.2.1 防夹试验数据分析 ...................................... 51 5.2.2 防夹算法的提出 ........................................ 52 5.3 算法优化 ................................................ 53 5.3.1 车窗在底部启动时的算法优化 ............................ 53 5.3.2 车窗到顶时的算法优化 .................................. 53 5.3.3 车窗中途停止再启动时的算法优化 ........................ 54 5.4电动车窗防夹的总结 ...................................... 56 5 山东科技大学学士学位论文 第6章 结论与展望 ................................... 57 6.1 全文总结 ................................................ 57 6.2 工作展望 ................................................ 57 致谢 ................................................ 59 参考文献 ............................................ 60 附录 ................................................ 62 6 山东科技大学学士学位论文 第1章 绪论 1.1课题研究的背景 进入二十一世纪以来，我国国民经济持续高速增长，同时汽车产业也得到迅猛的发展。我国汽车特别是轿车的生产和消费都进入了高速增长期。据统，2007年我国汽车产量达到近888.2万部，而轿车依然是汽车产业发展的最劲动力，轿车比重进一步扩大，达到总产量的54.3,。在汽车业高度发达的今，汽车已逐步进入中国工薪阶层，成为普通市民的主要交通工具。据统计至7年末，全国民用汽车保有量达到5697万辆，比上年末增长14.3,，其中私人汽车保有量3534万辆，增长20.8,。民用轿车保有量1958万辆，增长26.7,。 人民对家用轿车的消费需求R益增长，而汽车也正朝着电子化、智能化的向发展。近年来，在中国汽车产业高速发展的直接推动下，中国汽车电子市场发展迅猛，2007年我国汽车电子产品销售额达到1215.7亿元，同比 [5]2006年长超过40,。汽车技术的创新70,都是来自于电子技术的应用，整车设计师汽车电子作为开发新车型，改善和提高汽车性能的技术措施。汽车制造商把加汽车电子化进程，增加汽车电子装置数量，作为汽车的新卖点和夺取未来市场重要手段。 当前国际汽车电子技术正处于全面快速发展的阶段，其特征体现在以 [1]下五个方面: (1)功能多样化。从最初的电子点火、电控燃油喷射发展到如今各种控制功能，如汽油机缸内自喷，电控复合火花点火，智能气门电子，各种线控技术(X-By-Wire)，主动和自适应悬挂，防撞防盗等等。 (2)技术一体化。从最初的机电部件到如今的机、液、电、磁一体化， 7 山东科技大学学士学位论文 如自喷式发动机电控燃料喷射系统。 (3)系统集成化。从最初的单一控制发展到如今的多口标、多变量综合协调控制，使之更经济有效。从传感器到控制器包括布线都越来越集成化，把几项功能集成在一起。 (4)通信网络化。从最初的多子系统分别上作到如今的分布式模块化控制器局部网络，如以CAN总线为基础的整车信息共享的车载分布式控制系统，以D2B(Domestic Digital Bus)无线通信为基础的远程高频网络通信系统。 (5)技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化。由博世公司提出的控制器局域网(Controller Area Network)己经成为国际标准(IS011519和IS011898)，并产品化，在欧洲汽车上获得广泛应用。 汽车车身电子控制系统(BCM)是汽车电子系统中的一个重要组成部分，其在汽车电子市场中占有的份额正逐步增加。现在的汽车基本都具备 [2]一定的车身电子控制功能，比如电子钥匙防盗、电动门窗、电动雨刮、电动集中式和分布座椅、电动后视镜等。目前汽车车身控制技术主要有三种方式:分散式、集中式和分布式(总线式)。汽车车身控制技术的广泛普及应用，为汽车电子行业的发展开拓了新的潜在市场。 1.2课题研究的国内外现状及发展动态 1.2.1目前国内外主流的车身控制技术及其特点 汽车车身控制系统包括汽车安全、舒适性控制和信息通信系统，主要是用于增强汽车的安全性、驾驶的方便性和乘坐的舒适性。该系统涵盖的范围包括空调控制、车辆信息显示、挡风玻璃的雨刮控制、灯光控制、汽车门锁控制、电动车窗控制、安全气囊与安全带控制、防撞与防盗安全控制、电源管理系统等，还有用于和车外连接，以及协调整车各部分电子控 8 山东科技大学学士学位论文 制功能，并将大量计算机、传感器与交通管理服务系统连接在一起的综合显示系统、驾驶员信息系统、导航系统、计算机网络系统、状态监测与故障诊断系统等。车身控制技术发展至今，己形成模块化和系统化，即众多的控制功能已整合到一个(或几个)功能强大的控制模块中，这就是我们常说的BCM(车身控制模块)。 目前国际上流行的汽车车身控制技术主要有三种方式:分散式、集中 [2]式和分布式(总线式)。国外很早就对汽车车身控制系统进行了相关的研究，目前，外资企业占据了我国轿车的车身控制模块的市场，成为市场主流企业。相比而言，我国的车身网络和车身控制模块行业还处于起步阶段，国内的企业面临着技术和市场两个瓶顶。2006年我国新产轿车中采用BCM [2]技术类型的比例图如图1-1所示，其中采用分散式车身控制技术的轿车产量比例达50,，其次是采用分布式车身控制技术的比例占38,，集中式车身控制技术占12,，三种车身控制方式各有优劣。 图1-1 2010年我国新产轿车中采用BCM技术类型比例图 分散式控制的控制功能由几个分散独立的ECU完成，各个ECU之间的信息交流不容易实现;分散式控制方式的优点是对汽车电器的控制灵活 9 山东科技大学学士学位论文 性高，可以根据用户的不同需求，进行添加、更换不同功能模式的ECU。其控制方式技术上相对简单，对汽车电器供应商的技术要求也相对较低，便于新车型的开发。它的缺点是各ECU之间没有通信，不便于信息共享和功能的提升，无法实现强大的控制功能，同时增加或改变ECU也使成本增加。分离ECU模块的大量使用，在提高车辆舒适性的同时也带来了成本增加、故障率上升、布线复杂等问题。所以分散式控制由于其控制效果差，线束成本高以及不易诊断等缺点将渐渐被市场淘汰。目前国内采用分散式BCM的车型主要是经济型轿车，如桑塔纳3000、旗云、自由舰、伊兰特、爱丽舍、捷达等。 集中式控制则是将所有的控制信号集于一身，采集量和控制信号过多，其优点是系统实现的成本较低。缺点是集成度越高，体积就越大，耗电多，散热问题多，且其出错的可能性比较高，可靠性不是很好，一旦BCM中的某个元器件被损坏，就必须更换整个BCM，因此集中式控制的维修成本比较高。目前国内采用集中式BCM的车型较少，代表车型有御翔、天籁、颐达、骐达、尊驰、骏捷等。 分布式控制系统是根据整车上的电气负载及其线束的布局，合理配置控制模块，以减少整车线束的布局。其将各个ECU分布在邻近的区域，相互之间通、过总线通信，不仅减少了线束用量，也实现了整个系统的统一调度和通信，而且可以在原有系统上添加和删减。目前市场上的中高档轿车多采用分布式控制技术，如帕萨特、途安、雅阁、凯旋、奥迪、速腾、蒙迪欧、皇冠、君威、派朗等，而且分布式车身控制技术也开始逐渐向经济型轿车普及。因此，在汽车车身控制系统中采用分布式控制的方式是大势所趋。 10 山东科技大学学士学位论文 1.2.2目前国内外主流的汽车网络总线技术及其特点 分布式控制技术由于其具有的各种优点，使其更适合于应用在汽车车身控制系统中。为了解决汽车各电控单元之间的信息交换与共享，分布式控制技术引入了车载网络总线技术，其分类主要以其适用的网络协议标准划分。目前存在多种汽车网络标准，为方便研究和设计应用，SAE车辆网 -1所示。 络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C三类。如表1 A类主要面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有1-10kbit/s。主要应用于电动门窗、中控锁、座椅调节、灯光照明等控制。 B类主要面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10-100kbit/s。主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其它电子部件。 C类主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1Mbit/s，主要用于发动机和自动变速的动力控制、防滑控制、悬架控制等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。 其中LIN总线、FLEXRAY总线以及CAN总线是当前汽车车载网络技术中应用的较多的总线标准。 LIN总线是目前A类中的首选标准。LIN是用于汽车分布式电控系统的一种新型低成本串行通信系统，它是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通 11 山东科技大学学士学位论文 信，而这正是CAN总线的带宽和功能所不要求的部分。由于目前尚未建立低端多路通信的汽车标准，因此LIN正试图发展成为低成本的串行通信的行业标准。LIN的标准简化了现有的基于多路解决方案的低端SCI，同时将降低汽车电子装置的开发、生产和服务费用。LIN采用低成本的单线连接，传输速度最高可达20kb/s，对于低端的大多数应用对象来说，这个速度是可以接受的。它的媒体访问采用单主、多从的机制，不需要进行仲裁。在从节点中不需要晶体振荡器而能进行自同步，这极大地减少了硬件平台的成本。 CAN总线是德国BOSCH公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中众多 的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1Mb/s。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，最多可 标识 采样口标识规范化 下载危险废物标识 下载医疗器械外包装标识图下载科目一标识图大全免费下载产品包装标识下载 2048(2.0A)个或5亿(2.0B)多个数据块。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上受限制。数据段长度最多为8个字节，不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。 FlexRay总线则是伴随x-by-wire技术而诞生的，它可以满足更高的实时性和安全性通信要求。其具有高速度(每信道高达10Mbps)、双信道、时间触发、强大的容错协议等特点。FlexRay主要是针对电子转向和电子制动应用的。FlexRay是继CAN和LIN之后的最新研发成果，具有多重安全功能。FlexRay关注的是当今汽车行业的一些核心需求，包括更快的数据速率， 12 山东科技大学学士学位论文 更灵活的数据通信功能，更全面的拓扑选择和容错运算。FlexRay主要应用 包括车辆稳定控制VSC和车辆稳于线控操作转向、防抱死制动系统(ABS)( 定助手VSA)、动力系统(电子节气门)，电脑化燃油喷射器、电脑化可变进气系统以及电脑化怠速控制系统等。因此，FlexRay可以为下一代的车内控制系统提供所需的速度和可靠性。 综上所述，由于LIN总线主要是为了满足局域网络中更低成本的需求产生的，其带宽、实时性、可靠性已经不能满足日益复杂的车身控制系统的需求。而在未来几年，FlexRay总线技术的成本很难降到CAN总线的程度，并且CAN总线的带宽、可靠性等已经可以满足汽车控制领域的通信需求，所以FlexRay也很难替代CAN总线成为车身控制系统的总线。而CAN总线就是为了实现各车载电子模块之间的数据交换、减少整车线束而形成的汽车电子控制网络。所以从当前汽车产业的现状及发展来看，CAN总线更适用于应用在汽车车身控制系统中。 1.3课题研究的目的和意义 在传统的机械装置与技术在汽车领域的应用已相当成熟，进一步地发展存在投入或成本等方面的局限性背景下，电子技术开始广泛应用于汽车领域。从汽车技术发展的现状和发展看，汽车电子技术是支撑现代汽车发展的基础技术之一，他不简单的对汽车零部件进行电子控制，而是根据汽车实际使用条件多变的需要，对汽车进行优化综合控制。由于使用条件不同有不同的综合控制目标，无法依靠单个部件的控制来实现所有功能，因此网络技术也将是汽车技术发展的另一个领域。 据估计，到2011年，汽车中使用的电器和电子产品元件占汽车总成本的比例将提高到40%左右。而随着这些电子装置在汽车上的广泛应用，使得电子控制装置之间的通讯越来越复杂，而传统的电器系统大多采用点 13 山东科技大学学士学位论文 对点的单一通信方式，相互之间可少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2000米，电气节点达1500个，而且该数字大约每十年增长1倍，从而加剧了粗大的线束与汽车有限的可用空间之间的矛盾。一般情况下线束都安装在纵梁下等看不到的地方，一旦线束中出了问题，不仅查找相当麻烦，而且维修也很困难。另外，在汽车中增加新的用电设备对线束的改动很大，一般只能从外面加线，从而使线路更凌乱。所以，无论从材料成本还是工作效率看，传统布线方法都不能适应汽车的发展。 CAN总线推出的最初动机，就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯问题，减少不断增加的信号线。将CAN总线技术应用到车身控制系统中去就是为实现汽车控制部件的智能化和汽车控制系统的网络化提供了一个有效的途径和方法。 综上所述，本研究的意义在于从车门的CAN总线控制系统着手来了解CAN总线技术是如何简化现代汽车中日益复杂的电子控制设备之间的连线，从而有效的增强系统的可靠性、舒适性、安全性及降低系统的综合成本，提高汽车系统化、智能化程度。 1.4本文研究的内容及要完成的工作 本课题的主要研究内容是基于CAN总线的车门控制系统，论文共分5章，各章主要内容如下: 第1章 绪论 第2章 CAN总线技术的基本原理及协议分析 第3章 车门控制系统的方案确定 第4章 车门驱动控制系统的硬件设计 第5章 车窗防夹算法研究 14 山东科技大学学士学位论文 第2章 汽车车载总线的基础知识与网络协议 2.1 CAN总线简介 2.1.1 CAN总线协议的性能特点 控制器局域网(Controller Area Net)简称CAN总线，是德国BOSCH公司于80年代初为解决现代汽车中众多的电控模块(ECU)之间的数据交换而开发的一种串行通信协议。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上的任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，这样就可使网络内的节点个数在理论上不受限制。CAN总线具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，而且简单实用，网络成本低，特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。具体来说其主要特点有: (1)采用通讯数据块编码，可实现多主工作方式，数据收发方式灵活，可实现点对点、一点对多点及全局广播等多种传输方式; (2)采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术，具有暂时错误和永久性故障节点的判别及故障节点的自动脱离功能，使系统其他节点的通信不受影响; (3)CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其它操作不受影响; (4)采用统一的标准和规范，使各设备之间具有较好的互操作性和互换 15 山东科技大学学士学位论文 性，系统的通用性好; (5)通讯介质可采用双绞线，无特殊要求;现场布线和安装简单，易于维护，经济性好。只有2根线与外部相连，且内部含有错误探测和管理模块; (6)网络上的节点信息可分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求; (7)CAN总线通信格式采用短帧格式，每一帧的有效字节数为8个(CAN 技术规范2.0A)，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短; (8)采用非破坏性总线仲裁技术。当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，有效避免了总线冲突; (9)直接通信距离最大可达10km(速率5kb/s以下)，最高通信速率可达1Mb/s(此时距离最长为40m); (10)CAN总线采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。 2.1.2 CAN总线协议的发展历史 CAN总线协议最早由德国BOSCH公司于1985年推出，之后经过多次修改，于1993年被ISO国际标准组织制订为国际标准，包括用于高速场合的IS011898标准和用于低速场合的IS011519标准，CAN是目前世界上唯一取得国际标准的总线规范。表2-1列出了CAN总线协议技术规范的发展历程。 CAN总线协议规范在版本1.0到1.2之问只做了少量修改:1.1版本中，对位定时要求重新作了规定，以提高位定时特性和识别力;1.2版本中对间歇场和错误/超载界定符中出现的显性位的解释做了微小改动，振荡器容差 16 山东科技大学学士学位论文 提高，使得陶瓷振荡器可以代替石英振荡器工作。1991年重新制定并颁布的CAN技术规范2.0版包括2.0A和2.0B两部分。其中2.0A内容同1.2版，给出了报文标准格式。2.0B给出了报文的标准和扩展帧两种格式，推出2.0B是为了满足美国汽车制造商对C类网络应用的要求，这是因为扩展格式使用29位标识符，能实现和J1850类似的信息标示策略。随后，SAE的卡车巴士控制和通信网络委员会J1939投票通过了将CAN作为C类数据交换网应用于巴士、卡车、农业及建筑车辆，并将其作为J1939标准的核心内容。 如今，CAN技术规范2.0A和2.0B以及国际标准IS011898是设计CAN应用系统的基本依据，也是应用设计的基本规范。 2.2 CAN总线协议的网络分层模型及网络拓扑结构 2.2.1 CAN总线协议的网络分层模型 为了实现各种计算机网络系统之间的互联，ISO(国际标准化组织)于20世纪80年代提出了网络互联协议的基本框架—开放式通信系统互联(OSI)参考模型。OSI模型把网络功能分为七个层次，由下至上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每层都规定了完成的功能及相应的协议。OSI参考模型的层次结构如图2-1所示。 17 山东科技大学学士学位论文 -1 OSI参考模型层次结构图 图2 OSI参考模型采用分层结构技术，把网络在逻辑上看成是若干相邻的层组成，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务，而把这种服务是如何完成的细节对上层屏蔽起来。高层的功能是以其下层提供的服务为基础的，下层的任务是向其上层提供无误码信息传输。 值得注意的是OSI参考模型只是网络结构设计的向导，但不是任何使用网络的最佳选择。由于CAN协议用于特定的工业控制现场，要求网络结构简洁、价格低廉、通常还要求数据传输速度快，满足实时控制需要。OSI模型显得过于庞大，数据处理耗时太大，不适合于工业现场实时控制，所以CAN协议只采用了三层网络结构。 为了设计透明和执行灵活，CAN技术规范2.0A中，网络被划分为应用层、传输层和物理层三层。CAN节点的分层结构如图2-2所示。 18 山东科技大学学士学位论文 -2 CAN节点的分层结构图 图2 应用层和传输层包括了由ISO/OSI模型定义的数据链路层的所有服务和功能，按ISO/OSI参考模型层次定义，这两层应被划分为数据链路层范围。 应用层功能包括:确认哪个信息要发送;确认传输层接收到的哪些信息真正有用:为应用层提供接口。在定义目标处理时，存在很大的灵活性。 传输层是CAN协议的核心，其功能包括:帧组织;总线仲裁;错误检测、错误报警及故障界定:确认总线是否空闲;确认是否接收信息:位定时等。和目标层相比，传输层不存在能被灵活修改的特性。 物理层功能范围包括:以一定的电气特征要求完成节点问的实际位传送过程。物理层在2.0A中没有被定义，以便在具体应用中对传输介质和信号电平进行优化设计。 19 山东科技大学学士学位论文 2.2.2 CAN总线协议的网络拓扑结构 在计算机网络中，把计算机、终端、通信处理机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。网络拓扑结构反映出网络的结构关系，它对于网络的性能、可靠性以及建设管理成本等都有着重要的影响，因此网络拓扑结构的设计在整个网络设计中占有十分重要的地位，在网络构建时，网络拓扑结构往往是首先要考虑的因素之一。 计算机网络中常见的拓扑结构有总线型、星型、环型、树型以及网状型。图2-3给出了常见的计算机网络拓扑结构图。 图2-3 计算机网络拓扑结构图 (1)总线型拓扑 总线型拓扑中采用单根传输线路作为传输介质，所有站点通过专门的连接器连到这个公共信道上，这个公共的信道称为总线。任何一个站点发送的数据都能通过总线传播，同时能被总线上的所有其他站点接收到。可见，总线型结构的网络是一种广播网络。 总线型拓扑形式简单，节点易于扩充，是基本局域网拓扑形式之一。 (2)星型拓扑 20 山东科技大学学士学位论文 星型拓扑中有一个中心节点，其他各节点通过各自的线路与中心节点相连，形成辐射型结构。各节点间的通信必须通过中心节点的作用，如图2-3(b)中A到B或A到C都要经过中心节点D。 星型拓扑的网络具有结构简单、易于建网和易于管理等特点。但这种结构要耗费大量的电缆，同时中心节点的故障会直接造成整个网络的瘫痪。星型拓扑也经常应用于局域网中。 (3)树型拓扑 树型拓扑结构如图2-3(d)所示，它可以看作成星型拓扑的一种扩展，也称扩展星型拓扑。 (4)环型拓扑 在环型拓扑中，各节点和通信线路连接形成的一个闭合的环。在环路中，数据按照一个方向传输。发送端发出的数据，延环绕行一周后，回到发送端，由发送端将其从环上删除。我们可以看到任何一个节点发出的数据都可以被环上的其他节点接收到。 环型拓扑具有结构简单，容易实现，传输时延确定以及路径选择简单等优点，但是，网络中的每一个节点或连接节点的通信线路都有可能成为网络可靠性的瓶颈。当网络中的任何一个节点出现故障都可能会造成网络的瘫痪。另外，在这种拓扑结构中，节点的加入和拆除过程比较复杂。环型拓扑也是局域网中常用的一种拓扑形式。 (5)N状拓扑 在网状拓扑结构中，节点之间的连接是任意的，每个节点都有多条线路与其他节点相连，这样使得节点之间存在多条路径可选，如图2-3(e)中从A到C可以是A-B-C也可以是A-D-B-C，在传输数据时可以灵活的选用空闲路径或者避开故障线路。可见网状拓扑可以充分、合理的使用网络资源，并且具有可靠性高的优点。我们知道，广域网覆盖面积大，传输距离长， 21 山东科技大学学士学位论文 网络的故障会给大量的用户带来严重的危害，因此在广域网中，为了提高网络的可靠性通常采用网状拓扑结构。但是我们也应该看到，这个优点是以高投资和高复杂的管理为代价的。 2.3 CAN总线协议报文传输及帧结构 2.3.1逻辑电平定义 CAN的传输介质由两根传输线组成，其中一根被称为高电平传输线CAN_H，另一根被称为低电平传输线CAN_L，对地电压分别被表示为CAN_HCAN_LCAN_HV和V，它们之间的差值被称为差分电压V，即V,V,diffdiffCAN_L V。满足条件0.9V 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 发送端停止发送。 图2-12 错误帧结构图 (4)过载帧 过载帧包括两个位域:过载标志和过载界定符。过载帧结构如图2-13所示。 27 山东科技大学学士学位论文 图2-13 过载帧结构图 导致发送过载帧的情况有3种: 1?接收器的内部原因，它需要延迟下一个数据帧或远程帧。 2?在间歇的第一位和第二位检测到一个显性位。 3?如果CAN节点在错误界定符或过载界定符的第八位采样到一个显性位，则节点会发送一个过载帧。 过载标志由6个显性位组成。过载标志的所有形式和“激活错误”标志的一样。由于过载标志的格式破坏了间歇域的固定格式，因此，所有其他的站都检测到过载条件，并与此同时发出过载标志。如果在问歇的第3个位期间检测到显性位，则这个位将被解释为帧的起始位。 过载界定符包含有8个隐性位。过载界定符的形式和错误界定符的形式一样。过载标志被传送后，站就一直监视总线，直到检测到一个从显性位到隐性位的跳变为止。在这一时刻，总线上的每一个站完成了各自过载标志的发送，并开始同时发送其余7个隐性位。 (5)帧间空间 数据帧(或远程帧)与其前面帧的隔离是通过帧间空间来实现的，无论其前面的帧为何类型(如数据帧、远程帧、出错帧、超载帧)。而超载帧与出错帧之前没有帧间空间，并且多个超载帧之间也不是由帧间空间隔离的。 帧间空间包括“间歇”和“总线空闲”的位域，如果是发送前一报文的“错误认可”站，则还包括称作“挂起传送"的位域。 对于不是“错误认可”的站或作为前一报文的接收器的站，其帧间空 28 山东科技大学学士学位论文 间结构如图2-14所示。 图2-14 帧间空间结构(1) 对于已作为前一报文发送器的“错误认可”的站，其帧间空间结构如图2-15所示。 2-15 帧间空间结构(2) 图 2.4 CAN总线协议的通信错误处理机制 2.4.1 错误类型 【,】CAN总线协议有五种错误类型。 (1)位错误 节点单元在发送位的同时也对总线进行监测。如果所发送的位值与所监测的位值不相符合，则在此位时间里检测到一个位错误。但是在仲裁域的填充位流期间或应答问隙域发送一隐性位时的情况是例外的，此时，当监测到显性位时，不会发出位错误。当发送器发送一个“认可错误”标志但检测到显性位时，也不视为位错误。 (2)填充错误 在应当使用位填充法进行编码的报文域中，出现了第6个连续相同的位 29 山东科技大学学士学位论文 电平时，将检测到一个填充错误。 错误 (3)CRC CRC序列包括了发送器的CRC计算结果。接收器计算CRC的方法与发送器相同，如果计算结果与接收到CRC序列的结果不相符，则检测到一个CRC错误。 (4)格式错误 如果一个固定形式的位域含有1个或多个非法位，则检测到一个形式错误。 (5)应答错误 只要在应答间隙期间所监视的位不为显性，发送器就会检测到一个应答错误。 2.4.2 错误界定 [4]节点单元的故障状态有3种:错误激活、错误认可、总线关闭。“错误激活”的单元可以正常地参与总线通信，并在检测到错误时发出“激活错误”标志。“错误认可”的单元不允许发送“激活错误”标志。“错误认可”的单元参与总线通信，在检测到错误时只发出“认可错误”标志。而且，发送以后，“错误认可”单元将在启动下一个发送之前处于等待状态。“总线关闭”的单元不允许在总线上有任何影响。 为了界定故障，在每个总线单元中都设有两种计数:发送出错计数和接收出错计数。在运行过程中，3种故障状态之间的转换过程图如图2-16所示。 30 山东科技大学学士学位论文 图2-16 故障状态转换过程 2.5 CAN总线协议的位定时与同步 有关CAN总线协议中的位定时与同步要求包括如下重要概念: (1)标称位速率 标称位速率为理想的发送器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量。 (2)标称位时间 可以把标称位时间划分为几个不重叠时间的片段，即同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2，标称位时间的划分图如图2-17所示。 31 山东科技大学学士学位论文 图2-17 标称位时间的划分图 (3)信息处理时间 信息处理时间是一个以采样点作为起始的时间段，被保留用于计算后续位的位电平。 (4)时间额数 时间额数是从振荡器周期派生出的一个固定时问单元。以最小时间额数为起点，时间额数可为:时间额数=m*最小时间额数(其中m为预比例因子)。 (5)硬同步 硬同步后，内部的位时间从同步段重新开始。因而，硬同步迫使引起硬同步的跳变沿处于重新开始的位时间同步段之内。 (6)重同步跳转宽度 由于重同步的结果，相位缓冲段1可被延长或相位缓冲段2可被缩短。这两个相位缓冲器段的延长或缩短的总和上限由重同步跳转宽度给定。重同步跳转宽度可编程为1和4相位缓冲段1中的最小值之间。 (7)边沿的相位误差 边沿相位误差由相对于同步段边沿的位置给出，以时间额数度量。 (8)重新同步 当引起重新同步的边沿相位误差的值小于或等于重新同步跳转宽度的编程值时，重新同步和硬同步的作用相同。当相位误差的值大于重新同步跳转宽度时，如果相位误差为正，则相位缓冲1就增长一个重新同步跳转宽度的值;如果相位误差为负，则相位缓冲段2就缩短一个重新同步跳转宽度 32 山东科技大学学士学位论文 的值。 (9)同步规则 硬同步和重新同步是同步的两种形式。它们遵从下列规则: ?1在一个位时间内仅允许一种同步。 ?2仅当采样点之前探测到的值与紧跟边沿之后的总线值不符合时，才把边沿用于同步。 ?3在总线空闲期间，若有一个“隐性”转变至“显性”的跳边沿，则执行一次硬同步。 ?4所有履行以上规则1和2的其他“隐性”至“显性”的跳变都将被用沿于重同步。例外情况是，对于具有正相位误差的“隐性”至“显性”的跳变沿，只要“隐性”至“显性”的跳变被沿用于重新同步，发送显性位的节点将不执行重新同步。 2.6 本章小结 本章主要介绍了CAN总线的性能特点和网络协议的技术规范。文章首先介绍了通信协议中用到的报文格式、帧结构及相关信息，然后具体分析了报文格式中的数据帧、远程帧、出错帧、过载帧和帧间空隙，最后简要介绍了CAN总线中的错误类型及CAN总线协议的位定时与同步。 33 山东科技大学学士学位论文 第,章 车门控制系统的方案确定 目前汽车车门控制系统涵盖的范围主要包括汽车门锁控制、电动车窗控制、发动机盖控制及后备箱盖控制等。由于车门控制系统的控制对象主要是电机、电磁阀以及各种开关器件，它们对信息传输的实时性要求不高，但数量较多，将这些电控单元与汽车动力系统分开有利于保证动力系统的实时性，因此系统一般采用波特率小于125K的低速CAN总线通讯的形式。 本文研究的对象是某三厢轿车的车门控制系统，系统的主要功能包括门锁控制、电动车窗控制等。其控制对象主要有:门锁电机、车窗电机、行李箱锁。由于系统的控制对象较多，且系统各子模块之间不同的拓扑结构会影响到系统的智能化程度及设计成本，因此要降低系统的设计成本、提高系统的可靠性，就需要根据各控制对象的位置及功能对车门控制系统的模块进行合理的划分。本章先根据系统的控制要求给出系统的总体设计方案，然后再分模块来介绍其各自的控制功能及特点。 3.1 车门控制系统的总体设计方案 本文采用的车身控制系统的框架结构图如图3-1所示，系统根据汽车的各部分功能将其划分为7个模块，它们分别是:中央控制模块、发动机盖控制模块、左前门控制模块、右前门控制模块、左后门控制模块、右后 门控制模块、行李箱控制模块。其中各个车门控制模块主要负责各自车门的门锁、电动车窗及后视镜的控制。在系统划分的模块中，四个车门各自的控制模块的功能基本相同，各模块硬件电路的处理及软件的开发工作相对简单，且在各模块上应用相应的智能芯片进行设计就可以提高系统的智能化程度，从而可以从整体上提高系统的抗干扰能力、增强系统的可靠性。 34 山东科技大学学士学位论文 图3-1 车身控制系框架结构图 3.2 车身控制系统各节点功能描述 本文的车身控制系统由7个节点模块组成，其中每个节点模块都有其相应的控制功能，下面分别对各个节点模块的控制功能进行描述。 (1)中央控制节点功能 中央控制节点单元是整个车身控制系统的控制核心，其主要功能是对各种信息进行分析处理，协调系统各控制单元的工作。在系统的工作过程中，其余的六个子节点将检测到的信息数据打包处理后发送给中央控制节点，中央控制节点则根据报文所含的信息作相应处理后再将相应的控制信息传送给子节点，由子节点执行具体的控制功能。另外，中央控制节点还可以通过网关把整个车身控制系统与外部的高速动力传送总线相连，实现 35 山东科技大学学士学位论文 信息共享。 (2)左前门节点功能 左前门节点控制单元是所有节点控制单元中最复杂的单元，其集合了几乎所有的控制按键，包括门锁控制键、车窗控制键、后视镜的方向及折叠控制键和除霜加热键等。左前门节点单元接收的输入输出信号量也最多，输入开关量除按键外，还有门锁检测开关、门锁钥匙开关等，而输入模拟量有车窗电机反馈检测电流、门锁电机反馈检测电流、后视镜电机反馈电测电流等。在实际工作过程中，系统对左前门车窗、左前门门锁、左后视镜采取直接控制的方式，对应的按键输入直接控制相应的电机，其余节点的部件采取间接控制的方式，左前门节点通过CAN总线把控制命令信息传送到相应的节点控制单元，控制单元接收到信息后根据分析处理结果执行相应的控制操作。 (3)右前门节点功能 右前门节点控制单元的主要控制对象有右前门车窗电机、右前门门锁电机以及右后视镜电机。它的开关输入量有:右前门锁开关、右前门窗升降开关、门锁检测开关、后视镜转动\折叠开关、后视镜除霜加热开关等。右前门节点单元接收来自左前门节点的远程CAN总线指令，并根据具体的指令信息实现控制功能，其同时也可以接收右前门的按键输入，执行本地控制命令，控制与键值相应的被控对象执行动作。 (4)左后门节点功能 左后门节点控制单元的控制对象主要有门锁电机和车窗电机，其中门锁电机只采用间接控制的方式，即其需要根据左前门节点的远程CAN总线指令来控制;车窗电机则可以同时采用间接和直接控制的方式，它除了受左后门上的按键控制外，还受左前门节点传送来的远程CAN总线指令的控制。 36 山东科技大学学士学位论文 (5)右后门节点功能 右后门节点控制单元的功能与左后门节点的功能类似，其控制对象有右后门门锁电机、右后门车窗电机以及相应的按键开关。 (6)发动机盖节点功能 发动机盖控制模块主要负责对汽车发动机盖锁的电机的控制。 (7)后行李箱节点功能 后行李箱控制模块主要负责汽车行李箱锁的电机的控制。 3.3车门控制系统的具体功能 本系统的主要功能包括门锁控制、电动车窗控制以及电动后视镜控制。下面分别对系统所具有的各个功能进行具体的描述。 (1)门锁控制功能 当在车外有效距离内按下遥控钥匙的闭锁键时，四个门锁即进入锁止状态，蜂鸣器响一声，左右转向灯闪亮一次;当在车外有效距离内按下遥控钥匙的开锁键时，四个门锁进入开锁状态，蜂鸣器响两声，左右转向灯闪亮两次;当按下主驾驶室门的“锁止”按钮时，输出中控闭锁;当按下主驾驶室门的“解止”按钮时，输出中控开锁;点火开关打开时，如果车速超过30km/h，若后门、正驾驶室门和副驾驶室门中的一个门没有锁，则自动锁门。若按下主驾驶处的“锁止/解止”按钮，不管车速多少，四个车门均解止。当撞车时，安全气囊模板输出撞车信号，当接收到60ms撞车信号后，电动门输出5s的开锁信号。 (2)电动车窗控制功能 车窗具有手动和自动开关功能;在车窗未关闭的情况下，当按下遥控钥匙上的“锁止”键时，车窗自动关闭，以保证车辆安全;车窗具有防夹功能，防止人被车窗央住造成伤害。 37 山东科技大学学士学位论文 (3)电动后视镜控制功能 电动后视镜可以进行上下、左右、折叠动作以及除霜加热功能。后视镜除霜加热装置只有在发动机运行时才能接通，在接通约20分钟之后，加热装置将自动关闭。 3.4本章小结 本章首先对汽车车门控制系统的组成进行了阐述，然后根据各控制对象的位置及功能要求，确定了系统的最终控制方案，最后对各控制节点进行了功能描述，为系统的不发提供参考依据和设计目标。 38 山东科技大学学士学位论文 第,章 车身控制系统的硬件设计 节点是网络上信息的接收和发送站，CAN节点的设计是本系统设计的核心。CAN总线系统中共有两种类型的节点:不带微处理器的非智能节点和带微处理器的智能节点。智能节点是由微处理器和可编程的CAN控制芯片构成的。本系统采用智能节点的方式，为了减少外部器件，提高系统的稳定性，选用飞思卡尔半导体公司生产的带有片内CAN控制器的MC9S08DZ60单片机作为节点的微控制器，选用MC33388作为CAN总线驱动器。 4.1系统核心元器件选型 4.1.1微控制器芯片,,MC9S08DZ60单片机 微控制器是控制单元的核心，主要负责CAN总线数据的接收和发送，CAN协议数据的解析，电机驱动控制，检测电路控制以及开关信号的接收和解析等工作，因此微控制器的选择是系统设计的重要环节。 在综合考虑了CAN总线的特点、性能价格比、可靠性、功能完善性等方面的因素后，选用MC9S08DZ60芯片作为系统的主控制器。 MC9S08DZ60芯片是飞思卡尔半导体公司推出的一款低功耗、高性能的8位单片机，该芯片内部集成了CAN协议控制器MSCAN模块，便于CAN总线系统的应用。MC9S08DZ60以它的高性能、低功耗、低价位在汽车领域 [12]得到广泛的应用。它的主要特性为: (1)采用8位的增强型HCS08内核; (2)目标代码完全向上兼容M68HC05和M68HC08系列; (3)可选时钟源包括:晶体、谐振器、外部时钟或内部时钟; 39 山东科技大学学士学位论文 (4)内置MSCAN模块; (5)内置16KB的FLASH，1K片内RAM，512B片内EEPROM; (6)增强型串行通信口和串行外围接口; MC9S08DZ60内部集成了MSCAN模块，飞思卡尔控制器局域网(MSCAN) 是一种通信控制器，MSCAN模块内部结构图如图4-1所示。 MSCAN canclkTpclk 振荡器时钟MCUPrescRXCAN接收/发送总线时钟 引擎TXCAN 控制和状态 发送中断请求报文过滤接收中断请求和缓冲错误中断请求配置寄唤醒中断请求存器滤波器 图4-1 MSCAN模块内部结构图 MSCAN完全执行由BOSCH公司在1991年9月定义的CAN2.0A/B协议。 MSCAN模块充分利用内部缓冲器结构，进行实时性操作。采用内部集成 CAN控制器不但简化硬件结构、降低了成本，而且简化了软件设计，提高 [13]了软件开发速度。MSCAN模块的主要特点有: (1)模块化结构; (2)支持远程帧; (3)执行CAN2.0A/B版本协议; (4)双缓冲器接收模式; (5)MSCAN的使用采用软件进行控制; (6)采用内部优先级的三缓冲器发送结构; 40 山东科技大学学士学位论文 (7)灵活的屏蔽ID号模式; 8)支持可编程的自循环模式; ( (9)低功耗休眠模式。 4.1.2 CAN总线驱动器,,MC33388 (1)MC33388的主要性能 [14][15]CAN总线收发器采用摩托罗拉公司的MC33388接VI芯片。MC33388是专用于汽车车身控制的CAN物理接口芯片，主要用于节点逻辑电平和CAN总线差动电平之间的电平转换，对总线提供差动发送能力和对CAN控制器提供差动接收能力。MC33388的抗干扰能力强，工作温度范围宽，且具有一定的容错功能，十分适合于环境较复杂的汽车电子应用领域。MC33388的主要特点是: ?1静态电流低至15uA; ?2波特率范围为10~125kbps; ?3支持单总线传输模式; ?4总线对地、电源具有短路保护功能; ?5具有总线驱动器过热保护功能; ?6支持无遮蔽双绞线传输; ?7工作温度范围为—40?~125?。 (2)MC33388的工作原理 [14]MC33388有四种工作模式:正常传输模式、单接收模式、睡眠模式和等待模式。通过控制其引脚EN及STB的状态可使其工作于这四种模式中，在一定条件下，四种模式之间可相互转化。 在正常模式下，MC33388可接收及发送数据，引脚NERR用于报告传输错误;在单接收模式，MC33388的传输通道停滞，此时芯片不再驱动总 41 山东科技大学学士学位论文 线，但接收及错误检测模块工作正常;在睡眠模式，接收及发送模块均停止工作，芯片仅靠VBAT提供静态电流:在等待模式下，芯片的状态与睡眠模式相似，只是1NH引脚保持高电平以维持外部调压器的5V电压输出正常。 在具体应用中，MC33388的1NH引脚直接接至外部调压器，EN、STB、NERR引脚分别与单片机的输入输出口相连，以用于实现MC33388的工作状态及差错控制，信息接收及发送引脚TX、RX则与单片机的CAN通信模块中的TX、RX引脚相连以实现数据传输，CANH、CANL分别接至CAN物理通信线路。在CAN物理通信线路上需接入终端电阻，其阻值范围为500Ω~16kΩ，但该阻值除以结点数应大于100Ω。 4.2 系统硬件电路总体结构 本研究主要以左前门为例对车门的CAN总线控制系统进行研究，系统中共有5个模块，如图4-2所示，分别是单片机时钟及复位电路模块，电源电路模块，CAN节点通信电路模块，车窗电机驱动电路模块，门锁电机驱动电路模块，其中MC9S08DZ60单片机是整个系统的主控制芯片，用于进行信息的运算处理，MC33388收发器是发送器和接收器的组合，用于节点逻辑电平和CAN总线差动电平之间的电平转换。 42 山东科技大学学士学位论文 车窗电机驱动门锁电机驱动 电路模块 电路模块 单片机时钟及复电源电路模块MC9S08DZ60位电路模块 CAN节点通信 电路模块 图4-2 系统各模块电路总体设计图 4.3 系统各模块硬件电路的设计 4.3.1 单片机时钟及复位电路设计 VCC65EXATLC143BKGD21BDMCRYSTALD1C2IN4148R1XATL4.7K VCC RESET C30.1UFMC9S08DZ16SW-PB 图4-3 单片机时钟及复位电路图 43 山东科技大学学士学位论文 本系统设计的单片机时钟及复位电路图如图4-3所示。单片机系统正常工作需要给其提供稳定的时钟信号，而MC9S08DZ60芯片内置有振荡电路，可以产生系统工作所需的振荡频率，但是为了得到比较精确的时钟信号，提高系统工作的稳定性，单片机时钟电路采用接入外部晶振的方式，本系统的时钟电路由一个8M的晶振和两个10PF的陶瓷电容组成。 硬件复位电路由上电复位电路和手动复位电路组成。在电路开始供电时，保证系统能有效地进行上电复位;在系统工作过程中需要复位时，可以使用手动复位功能。为了方便调试，在调试过程中还将单片机的复位引脚与调试接口(BDM)的复位引脚相连，使得系统设计与调试功能同步进行。 4.3.2 电源模块电路设计 在系统硬件电路的设计中，电源电路是整个系统正常工作的保证，为系统电路提供符合工作要求的电源，电源电路的设计在很大程度上会影响整个系统设计的可靠性和稳定性。目前汽车上使用的电源是由蓄电池提供的12V电源系统，而本系统中的MC9S08DZ60单片机的输入电压为5V，故需要对汽车上的电源系统进行电平转换。 本设计使用LM2594HV-5.0芯片作为系统的电源转换稳压芯片，该芯片是150KHZ恒定频率的降压式单片开关集成稳压器，其内部包含有振荡器、关断/软启动、输出故障标志和故障标志延迟等功能部件，因此其所需的外部元器件数目少，易于使用。芯片可提供500MA的电流输出，且具有外部 [5][19]关断模式，待机电流典型值仅为85UA，适合于汽车电子中的应用。本设计的电源模块电路图如图4-4所示。 44 山东科技大学学士学位论文 LM2594HV D1FBVmOUTSWC31N4001C2ON/OFFC10.1uF220uF680uFD21N5817 GND 图4-4 电源模块电路图 4.3.3 CAN节点通信电路设计 本系统的CAN节点通信模块电路图如图4-5所示。节点的CAN通信部分电路主要由3部分组成:带CAN模块的微控制器MC9S08DZ60、CAN总线收发器MC33388和高速光电耦合器6N137。单片机CAN模块的引脚通过高速光电耦合器6N137后与MC33388相连，这样就能很好地实现了总线上各CAN节点的电气隔离，增强了CAN总线节点的抗干扰能力。在CAN总线的接口方面，MC33388的CANH和CANL引脚各自通过一个5欧的电阻与CAN总线相连，起到一定的限流及防止信号产生反射的作用。CANH和CANL与地之间并联了两个30PF的小电容，可以起到滤除干扰和一定的防电磁辐射的能力。 VDD R3390C2C1R147UF10UFD1TXOVBAT390INVCCTXBATVCCI/OENIM4001OUTRXGND5VDDGNDR5R7CANHI/OINHCANH3905R86M137CANLENCANLR2I/O390STBVDDVDDC3C41KGNDVDDR530PF30PFOUTNERRRTL1KRXOENR4R6VCCINWAKERTH390MC9S80DZ606M137MC33388 45 山东科技大学学士学位论文 图4-5 CAN节点通信模块电路图 4.3.4 车窗电机驱动电路设计 车窗电机的额定工作电流通常小于8A，堵转电流可达到20A，可正反转动，电机内部常带有双金属片过流保护装置。在车门和车窗玻璃形位公差较小、车窗玻璃正常上升过程阻力均匀的前提下，可在驱动控制中提供防夹功能。而车窗电机驱动芯片是控制车门玻璃升降动作的重要环节，要求能够驱动电流较大的电机，而且应具有电流检测功能，以方便监视车窗电机的工作状况，实现电动车窗的防夹功能。 本设计中使用了摩托罗拉公司生产的MC33486作为电机驱动芯片，采用MC33486芯片的车窗电机驱动电路图如图4-6所示。MC33486双路高端开关是专门为汽车电子控制系统中直流电机全桥驱动器所设计的，芯片是由两个15毫欧的N沟道高端功率MOSFET开关和两个低端功率MOSFET开关的栅极驱动器、控制和保护电路集成在一起的，输出具有对地短路、对电池短路、负载短路、过电压、欠电压、过热以及交叉导通等故障的保护功能。芯片具有连续10A电流输出的能力，而且能够采集电机的电流，利用它反馈给单片机A/D采样模块得到电机的电流值，能够完成电机的控制和实现车窗堵转和防夹功能。 [5][20]MC33486的主要特点有: (1)正常输出直流电流为10A; (2)最大峰值电流可达35A; (3)直流输入电压范围较宽，达8~28V; (4)当电压高于28V时具有过压保护功能; (5)对高端及低端均能过流保护; (6)对检测到的高端输出电流具有镜像特点; 46 山东科技大学学士学位论文 (7)高端电流输出检测; 8)输出公共端诊断功能。 ( R110K C1Q?Q?470uF6VbatVbat17STOUT2I/O+Q12IN1I/OMOSFET NMOTOR 8GLS2A3IN2I/O9-OUT14WAKEI/OQ2MOSFET N10GLS15Cur_RA/D11GND MC9S08DZ60MC33486AR210K 4-6 车窗电机驱动电路图 图 4.3.5 门锁电机驱动电路设计 汽车门锁是汽车车身的重要部件之一，从汽车发明至今，经历了机械式、电气化至电子化的发展过程。而汽车电子门锁是采用电子电路控制的以电磁铁、微型电动机和锁体作为执行机构的机电一体化的安全装置。微控制器的输出接口不能直接驱动电机，需要通过专门的电机驱动芯片给门锁单元提供驱动能力。 本设计中的门锁电机采用摩托罗拉公司的MC33887芯片来驱动。MC33887是一个完整的H型桥式智能驱动芯片。该芯片具有大于5A的连续电流驱动能力，且可以把电流信号反馈给微控制器供故障检测之用，因此非常适合用于门锁电机等小功率电机的驱动控制。门锁电机驱动电路图如 47 山东科技大学学士学位论文 图4-7所示。 [5][22]MC33887的主要特点有: (1)具有电流检测能力的半桥驱动器; (2)可提供持续5A的工作电流; (3)输出电流超过8A时短路关闭; (4)输入电压范围为5V~40V; (5)PWM频率可达10KHZ; (6)具有短路、过压等保护功能。 VCC R2C1C247K33NF470UF CCPV+V+ I/OFSOUT1+I/OENMOTOR I/OIN1AI/OIN2-OUT2I/OD1 I/OD2PGND A/DFBAGNDC3R110UFMC33887150MC9S08DZ60 图4-7 门锁电机驱动电路图 48 山东科技大学学士学位论文 第5章 车窗防夹算法研究 现在汽车多采用电动车窗，但是电动车窗仍存在着较大的安全隐患。到目前为止已经有多起乘客被上升的车窗夹伤的事故被报道，其中大部分受伤者是儿童，因此电动车窗防夹保护被提出。所谓电动车窗防夹保护，就是一旦在车窗自动上升过程中侦测到有障碍物的存在，车窗就自动停止向上运动，防止损毁障碍物;并向下运动，以释放障碍物。 电动车窗防夹的基本思想可以概括为:在车窗自动上升过程中，传感器检测到障碍物的存在(包括已被夹或判断有障碍物存在上升途中)。当检测到有障碍物存在时，驱动电机反转，使车窗下降一段距离，释放障碍物。本文介绍的防夹保护算法主要是通过检测电机转速的变化来实现的。 5.1.1电机周期的测量 在防夹设计中，严格地说涉及到的参数应该是电机的转速。但是，在本课题中，更确切地说，检测到的不是转速，而是周期。本课题采用Timer模块里的捕捉模式来检测两个脉冲下降沿之间的时间间隔从而得到周期值。周期越大，速度就越慢，反之，周期越小，速度就越快。因此，从功能上看，两个参数的效果是一致的。为了节省微控制器的资源，就直接周期来代替速度进行防夹检测。 捕捉计算到脉冲周期与实际的脉冲周期之间的换算关系为: Timer设置的是16预分频，重装载值为0000H，因此它的溢出周期为43ms，分辨率为2.7ms。 在周期检测中,霍尔传感器的输出脚与XC886的P3.4口相连。P3.4复用 49 山东科技大学学士学位论文 为Timer21脉冲捕获模式的输入引脚。本课题中，当霍尔传感器输入为脉冲下降沿时，Timer产生中断，并在中断程序中计算周期。具体计算流程如下: Timer中断 否 车窗是否为自动上升 是 是 是否为第一进入中断 否 Pre_reload=Timer12 寄存器中的值 Period=Timer12寄存器中的当前值 寄存器中的值 +(period_count*FFFF)-Pre_reload Pre_reload=Timer 12 寄存器中的当前值 退出中断 其中，Pre_reload为前一次脉冲到达时寄存器中的值，用当前值减去前一次的值即为周期。值得一提的是，period_count这个变量。当计时器溢出一次，period_count就加一。从而避免因计时器溢出而导致周期计算错误。 实现的具体做法是:由于只需在车窗自动上升时进行防夹。所以首先先判断是否为自动上升。若是自动上升，则判断是否为第一次进入中断程序，如果是第一次进入中断，将当前计数器中的值存入变量 Pre_reload,如果不是第一次进入，则将当前计数器的值减去Pre_reload的值作为周期值，再将当前值存入Pre_reload中。留待下一次进入中断时使用。每进入一次中断就如此工作，直到收到停止命令或车窗到达顶部为止。 50 山东科技大学学士学位论文 5.1.2车窗位置的确定 车窗在上升过程中，由于存在车窗重量和窗框阻力等因素，在每个位置上的周期大小是不一样的。因此判断车窗位置也是相当重要的。从机械的角度讲，电机旋转会带动钢丝绳的运动，从而带动车窗的上下开闭。电机每旋转一定角度，钢丝绳就相应地运动一定行程，因此车窗运动的行程与电机旋转的圈数成线性关系。而电机的旋转会使得霍尔传感器产生脉冲信号，因此车窗位置也可以采用霍尔传感器和XC886CS中的计时器模块相结合的方式来测量。当电机转过一圈，计时器Timer就会捕获到霍尔信号的下降沿，从而在中断服务程序中对车窗位置作出记录。由于车窗有可能上下运动，因此车窗位置的计算不能只在车窗上升时进行，在车窗下降的时候也要作出相应的调整。因此程序在进入中断服务后首先查询车窗的状态是上升还是下降。如果是上升，则电机每转动一圈车窗位置就相应递增;如果是下降，则电机每转动一圈，车窗位置就递减。 5.2 防夹车窗算法的提出和实现 本课题采用的防夹算法是基于电机运行参数的方法。如何得到准确的运行参数即周期，是防夹算法能否实现的关键。本课题还根据实际运行中发现的算法纰漏,对算法进行优化。 5.2.1 防夹试验数据分析 为了得到确切的基准周期和电流值，我们使用通过串口发送数据的方法。利用Keil C中的UART_vSendData8(ubyte ubData)语句发送周期和电流值，并利用串口助手这个软件接收数据。 当车窗自动上升时，反复多次发送数据到显示器。取出运行较好的几组 51 山东科技大学学士学位论文 数据，取其平均值，计算出每个高度上每次运行时的实时值与平均值的差值，然后确定一个较适合的容差。 从串口发送出来的值中可以看到，车窗上升的脉冲周期，也就是车窗的上升速度从底部经过约12个脉冲后，基本呈线性上升的态势。由于通过串口发送数据可以得到在每个点上脉冲周期的确切值，因此对每个点上的周期值均可以取到多次试验结果的均值，通过对均值和各次试验的实际值相比较可以发现，这些值的均值在加上容差1846后，绝大多数的实际运行值都会小于该值，基于裕量和最大夹持力的考虑，最后决定选择容差大小为2000。 5.2.2 防夹算法的提出 在算法设计的时候，只考虑了在车窗自动上升的时候才进行防夹的情况。在其他三种情况下(包括车窗手动上升、车窗手动下降以及车窗自动下降)都不进行防夹判断。因为车窗下降不存在防夹的问题，如果车窗手动上升时有障碍物被夹持的话，则可以通过手的控制来避免被夹伤。在算法中采用标志位bWIN_Up_Down和bAutoFlag来标示车窗是否为自动上升，如果控制器得到的是自动上升的命令，则这两位置位。如果这两位为1，则进行防夹判断。还有值得注意的是，根据实验所得数据，车窗从底部启动的3个脉冲内其电压和脉冲周期值相当复杂而且随机，没有任何规律可循，而且在底部的3个脉冲车窗玻璃的总行程不会超过1cm，因此在这一段不进行防夹。 该算法的思想是，将上节中提到的基准周期存放在RAM里。然后在车窗自动上升过程中检测电机运行的实时周期值，将实时值与基准值进行比较，若两者之间的差值连续三个脉冲到来时超过容差，即认为有障碍物存 52 山东科技大学学士学位论文 在。车窗进入自动下降程序，车窗降到底部。若没有连续三个脉冲到来时超过或在容差之内，则认为无障碍物存在，则自动上升直到车窗顶部。 5.3 算法优化 根据算法在实际运行中存在的问题，必须对算法进行优化，以得到更好的防夹效果。 5.3.1 车窗在底部启动时的算法优化 根据对脉冲周期值的综合分析可知，在第12个脉冲周期之前，该值的变化十分不稳定，经常会出现超出容差范围的情况。在此之后该值基本上均在已定容差之内。因此对底部的启动问提，提出的方案是，滤去前12个脉冲点，也就是在前12个脉冲点上不进行防夹。理由是，前10个脉冲点为车窗最底部的部分，车窗行程不超过3cm，对防夹保护不会产生大的影响。 5.3.2 车窗到顶时的算法优化 通过实验可知，如果车窗正常上升的话，车窗玻璃在第209个脉冲时为车窗玻璃与上窗框密封条之间的接触点。车窗在进入上密封条后由于环境温度、空气湿度的不同导致密封条的摩擦力会不同，因此会出现有的时候车窗不能正常关闭的情况。 由此可以得出解决的办法，就是将防夹的上限从第223个脉冲，降至第208个脉冲，也就是在第208个脉冲以上不进行防夹，而以下还是按照原有的算法进行防夹。 53 山东科技大学学士学位论文 5.3.3 车窗中途停止再启动时的算法优化 车窗中途停止再启动与底部启动其本质是一样的，两者的区别是，底部启动在第一个脉冲的时候虽然会大的离谱，但是在接下来的几个脉冲会有下降的趋势，能给出一个容差，使得两值能在容差范围内，但是中途停止再启动是连续几个脉冲大的离谱，而且随着车窗位置的不同以及中途停止时间的长短其大小也会发生变化，所以采取不同的策略进行算法优化。 在车窗启动的时候，忽略最先的8个脉冲以屏蔽由于车窗启动带来的脉冲周期的波动。在屏蔽之后，还是按照算法来进行防夹运算。8个脉冲是通过反复实验得到的较为合理的值，在8个周期后，周期值基本恢复正常，在容差之内。 54 山东科技大学学士学位论文 车窗自动上升 否 脉冲在12到 208之间是 否 计数器是否已 计数到8 是 否 周期值是否在 容差范围内 是 否 周期值是否在 容差范围内 是 否 周期值是否在 容差范围内 是 电机反转 自动上升 图5-1优化后的算法流程图 55 山东科技大学学士学位论文 5.4电动车窗防夹的总结 本课题采用的防夹算法是离散的，并不是实时的，只是在一定的时间对周期和电流进行采样。因为霍尔传感器的采样也不是实时的。这种方法适用于计算能力不是很强，处理速度不是很快的微处理器。 本课题采用的是绝对式防夹，在每个高度上检测周期和电流，与基准值比较，三次超出容差就认为有障碍物，进入防夹处理。 56 山东科技大学学士学位论文 第6章 结论与展望 6.1 全文总结 随着汽车电子技术的不断发展，汽车上的各种电子装置越来越多，电子控制装置之间的通讯也越来越复杂，而汽车上传统的电气系统已远远不能满足汽车愈加复杂的控制系统要求。针对上述问题，本文将CAN总线技术引入到车身控制系统中去，根据汽车车身控制系统研究的需要，对基于CAN总线的汽车车身控制系统进行了深入研究。本文的主要研究工作如下: (1)深入研究了国内外汽车局域网CAN总线的发展现状和发展趋势，通过对CAN总线的原理和应用进行研究、吸收，将其应用在汽车车身控制系统中。 (2)根据汽车上各种电器的功能和布置特点，确定了系统最终的控制方案，对系统各模块进行了规划并对其要实现的功能进行了阐述。 (3)采用模块化的设计思路，对系统的软硬件进行了具体的设计。 (4)为提高系统工作的可靠性和稳定性，对系统的软硬件进行抗干扰设计。 6.2 工作展望 CAN总线技术在汽车车身控制系统中具有良好的应用前景。随着技术的不断进步，未来的汽车车身控制系统的智能化程度将越来越高，其功能也将更加完善。但鉴于时问和作者能力的有限，论文对基于CAN总线的汽车车身控制系统的研究存在一些不足之处，以后还有大量工作需要进一步深入开展，在此，对本文后续的研究工作提出以下建议: 57 山东科技大学学士学位论文 (1)由于各电子器件在汽车复杂恶劣的环境中工作时会带来很多的电磁兼容问题，为了提高系统运行的可靠性，还需在系统的抗干扰设计方面多做考虑。 (2)在实现系统功能的基础上，还需要对系统的设计成本进行更深入的分析研究，以提高系统设计的经济性、实用性，提高应用系统的性价比。 (3)进一步优化系统的设计方案，使其功能更加完善。 58 山东科技大学学士学位论文 致谢 本论文是在李学慧老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，在这里首先向李老师表示我诚挚的谢意～李老师严谨的治学态度和诲人不倦的敬业精神给我留下了深刻的印象，也将会影响着我以后的工作和学习～ 在大学的本科四年中，得到了专业课老师韩以伦老师，李玉善老师，韩善灵老师，薛凤先老师，刘晋霞老师的帮助和指导，在这里我表示诚挚的谢意～你们交给我的不仅仅是学术上的，更多的是做人做事的态度经验，这将是我终生受益，谢谢，老师～ 在这里，我还要感谢中达燕宝的孙威主任，给我的关于BMW F02技术支持，赵胜志经理给我的实习机会。 最后，我要感谢我的父母和朋友，多年来给我的鼓励和支持，谢谢～ 丛鹏 2011-6-10 59 山东科技大学学士学位论文 参考文献 [1]高成(我国汽车电子行业发展新机遇新挑战新思路概述(中国军转民，2003，(9) [2]蓝标成(分布式车身控制模块将引领发展潮流(中国电子报，2008，(3)，3-3 [3]郑伟良(汽车电子在冉冉升起(电子产品世界，2005，(10):26-28 [4]饶运涛，邹继军，王迸宏，郑勇芸(现场总线CAN原理与应用技术(北京:北京航空航天人学出版社，2007:20-35 [5]张正南，陈林(汽车集成电路及其应用(北京:机械T业出版社， 2008:166-261 [6]邬宽明(CAN总线原理和应用系统设计(北京:北京航空航天大学出版社，1996:24-52 [7]冯渊(汽车电子控制技术(北京:机械工业出版社，1999:84-103 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The fold-out page provides you with an immediate reference to the bus overview while working with the Product Information and the Workbook. Bus systems The following innovations have been implemented in the bus systems in the new BMW F01/F02: Power train CAN PT-CAN 2 (500 kBit/s) K-CAN 2FlexRay as a comprehensive main bus system in the area of driving dynamics Systems Ethernet (fast programming access)LIN bus system with extended functions. Structure in vehicle With deployment of the central gateway module, the F01/F02 has a newly linked buss tructure. The engine management and chassis control systems are linked across the PT-CAN (or PT-CAN 2) and the FlexRay bus system to the central gateway module (ZGM). The control units of the general vehicle electrics are connected across the K-CAN and K-CAN .The MOST is the information carrier for the majority of control units in the area of information and communication technologies. The vehicle diagnosis communicates across the D-CAN. The vehicle is programmed /encoded via the Ethernet access point. The sub-bus system LIN has other 62 山东科技大学学士学位论文 links.CAN - Ethernet - FlexRay - LIN. An exact description of these bus systems can be found in this Product Information. System components. Overall network of the F01/F02 The overall network in the F01/F02 consists of various bus systems that enable communication between the individual control units. In view of the increasing interconnection of the control units, it is possible to use the sensors of one system throughout the network. The sensors are connected to the control unit that initially requires the information logic-based and virtually in real time. This information, however, can also be made available to other control units. Using the example of the vertical dynamics management (VDM), initially, the VDM control unit picks up the ride-height levels of the wheels using height-level sensors. The automatic headlight vertical aim control can also use this information for the purpose of adapting the beam throw of the headlights. The VDM makes available the information via the corresponding bus systems (VDM -FlexRay - ZGM - K-CAN 2 - FRM) to the footwell module. Apart from the Ethernet, all bus systems in the F01/F02 are already known from other BMW models. This section provides an overview of all bus systems of the F01/F02. This Product Information contains a detailed description of the Ethernet system, of the FlexRay bus and of the LIN bus sub-bus system. Overview of bus systems In principle, a distinction is made between two groups of bus systems: Main bus systems: Ethernet, FlexRay, KCAN, K-CAN 2, MOST, PT-CAN and PTCAN 2 Sub-bus systems: BSD, D-CAN (diagnosison CAN), LIN, Local-CAN. 63 山东科技大学学士学位论文 Main-bus systems are responsible for the data exchange between the ECUs throughout the vehicle system. This includes system functions such as diagnosis, programming and encoding. Sub-bus systems exchange data within one function group. For example, the data of the rain-light-solar condensation sensor are read in by the junction box electronics, processed and forwarded to the wiper module. The connection between the control units of the rain-light-solar-condensation sensor and junction box electronics is a sub-bus and designed as a LIN bus. Main bus systems Main-bus system Data rate Bus topology D-CAN (diagnosis-on CAN) 500 kBit/s Linear, two-wire Ethernet 100 MBit/s Linear FlexRay 10 Mbits/s Mixed topology, two-wire K-CAN (body CAN) 100 kBit/s Linear, two-wire, single-wire mode possible for emergency operation K-CAN 2 (fast body CAN) 500 kBit/s Linear, two-wire MOST (Media-Oriented System Transport bus)22.5 MBit/s Ring, optical fibre PT-CAN (chassis CAN) 500 kBit/s Linear, two-wire PT-CAN 2 (powertrain CAN) 500 kBit/s Linear, two-wire The main bus systems are responsible for cross-system data exchange. Changes to main bus systems The most important changes to the changes systems in the F01/F02 are: • Ethernet - fast vehicle programming access • Powering up certain bus systems also possible without wake-up line (new 64 山东科技大学学士学位论文 now KCAN 2).The central gateway module interlinks all the main bus systems. Diagnosis CAN D-CAN After connecting a BMW diagnostic system, the gateway (central gateway module) places the requests of the BMW diagnostic system on the internal buses. The responses undergo the same process in opposite direction. Only the one new communication protocol will be used for diagnosis. Worldwide, the D-CAN (Diagnostics-on CAN) has replaced the previous diagnostic interface and its protocol which is based on KWP 2000 (Keyword Protocol 2000). The reason for the changeover was a new legal requirement in the USA requiring that all vehicles be equipped with the D-CAN as from model year 2008. The transitional phase began in September 2006. The E70 and the R56 were the first vehicles equipped with DCAN. This modification was then phased in on all new BMW models. To ensure complete diagnosis for the F01/ F02, an ICOM A is required as diagnosis adapter. The terminal resistors for the D-CAN are located in the following components: • Central gateway module • OBD2 connector (on wiring harness side). Body CAN K-CAN The bus systems used to date are also used in the F01/F02. The K-CAN is responsible for communication of the components with a low data transfer rate. The K-CAN is also connected to the other bus systems via the central gateway module. The K-CAN is set up as line topology. Some control units in the K-CAN have a LIN bus as sub-bus. The K-CAN has a data transfer rate of 100 kBit/s and is designed as a twisted pair of wires. The K-CAN has the possibility 65 山东科技大学学士学位论文 to be operated as a single-wire bus in the event of a fault. The K-CAN control unit is wakened via the bus, without an additional wake-up line. The following control units are fitted in the KCAN: AHM trailer module CID Central Information Display CON Controller EHC, Electronic Height Control FCON Rear Controller FD Rear Display FD2 Rear Display 2 FKA, rear heater / air-conditioning system FLA, high-beam assistant HiFi, hi-fi amplifier HKA, rear air conditioner* HKL, luggage compartment lid lift HUD, Head-Up Display IHKA, integrated heater/air conditioning system* RDC Tyre Pressure Monitor SMBF passenger seat module* SMBFH rear passenger seat module* SMFA driver seat module* SMBFH rear module on driver' seat side* TRSVC panoramic camera* VSW, video switch ZGM, central gateway module. 66 山东科技大学学士学位论文 Body CAN 2 K-CAN 2 The K-CAN 2 is responsible for communication of the control units with a high data transfer rate. The K-CAN 2 is also connected to the other bus systems via the central gateway module. A LIN bus as sub-bus is connected to all control units in the K-CAN 2. The K-CAN 2 is wakened via the bus, without an additional wake-up line. To provide a rapid start enable, the CAS has an additional redundant bus connection to the DME. On this CAS bus, the data are transferred per K bus protocol. The K-CAN 2 has a data transfer rate of 500 kBit/s and is designed as a twisted pair of wires. The following control units are fitted in the KCAN 2: CAS Car Access System FRM, footwell module FZD, roof functions centre JBE, junction box electronics PDC, Park Distance Control (integrated in JBE) ZGM, central gateway module. The terminal resistors in the K-CAN 2 are located in the following controlunits: Central gateway module Junction box electronics. Powertrain-CAN PT-CAN The PT-CAN connects the engine management system to the gearbox control,but now also interconnects systems in the area of safety and driver assistance systems. It is line-based with tap lines to the individual systems. The PT-CAN has a data transfer rate of 500 kBit/s and is designed as a twisted pair 67 山东科技大学学士学位论文 of wires. Control units with a power supply via terminal 30 have an additional wake-up line (see illustration). The terminal resistors in the PT-CAN are located in the following control units: Instrument cluster Electromechanical parking brake. Index Explanation Index Explanation ACSM Crash Safety Module DME Digital Motor Electronics EGS Electronic transmission control EMF Electromechanical parking brake EMA LI Electrically motorized reel, left EMA RE Electrically motorized reel, right GWS Gear selector lever KAFAS Camera-based driver assistance systems KOMBI Instrument cluster NVE Night Vision electronics Powertrain-CAN 2 PT-CAN 2 The PT-CAN 2 forms a redundancy for the PT-CAN in the area of the engine management system and also transfers signals to the fuel pump control. The PT-CAN 2 has a data transfer rate of 500 kBit/s and is designed as a twisted pair of wires with an additional wake-up line. The terminal resistors in the PT-CAN 2 are located in the following control units: Digital Motor Electronics Control unit for electric fuel pump. 68 山东科技大学学士学位论文 Index Explanation Index Explanation DME Digital Motor Electronics EGS Electronic transmission control EKPS Electronic fuel pump control GWS Gear selector lever Ethernet - faster programming access Ethernet in the F01/F02 Ethernet is a manufacturer-neutral, cable-bound network technology. Most computer networks nowadays are based on this data transfer technology. The so-called Ethernet was developed more than 30 years ago. Since then, the data transfer rates have multiplied. The IEEE 802.3u specification with 100 MBit/s data transfer rate is used in the F01/F02. The IEEE 802.3xx is a standard for cable-bound networks of the Institute of Electrical and Electronic Engineers. This specification is also known as "Fast Ethernet". The transfer protocols are the protocols TCP/ IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) and UDP (User Datagramm Protocol). Application in the F01/F02 The Ethernet in the diagnosis socket is only enabled when the BMW programming system (ICOM A) is connected. There is an activation bridge in the programming connector, between pins 8 and 16. This switches the power supply for the Ethernet controller in the central gateway module. This means that Ethernet access to the central gateway module is disabled while the vehicle is being driven by the customer. The Ethernet connection between the information and communications systems is permanently enabled in the diagnosis socket independently of the activation bridge. 69 山东科技大学学士学位论文 Security Each participant in an Ethernet has an individually assigned identification number, an MAC address (Media Access Control). This address and the VIN (Vehicle Identification Number) identifies the vehicle to the BMW programming system on connection setup. This prevents changes to the data records and stored values by third parties. In the same way as in a computer network in the office, each device in a network must receive unique identification. This is why the central gateway module is assigned a so-called IP address by the programming system after connection setup. The function of an IP address in a network corresponds to that of a telephone number in the telephone network. This IP address is assigned per DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). This is a method of automatic allocation for IP addresses to user devices in a network. Features of Ethernet Very high data rate of 100 MBit/s System start time with connection setup and address assignment under three seconds, sleeping under one second System access only via BMW programming systems. Functions of Ethernet Faster programming of the vehicle in Service Transmission of media data between CIC and RSE. The wiring between the diagnosis socket, ZGM and CIC is with two pairs of wires without additional shielding. There is also an activating line that supplies the Ethernet controllers in the control units with voltage. The lines between the CIC and RSE have shielding; there is no activating line. A socalled Cat5 cable between the diagnosis connector and the BMW programming system. These Cat5 cables are 70 山东科技大学学士学位论文 network cables with four twisted, unshielded pairs of wires that are approved for signal transfers at up to 100 MHz operating frequency. However, two pairs of wires are sufficient for the transfer capacity required in the F01/F02. Index Explanation Index Explanation CIC Car Information Computer OBD2 Diagnosis socket RSE Rear entertainment system ZGM Central gateway module FlexRay Features of the FlexRay In future, driving dynamics control systems, driver assistance systems and their innovative interconnection will be ever more important for the differentiation of the BMW marque. Since networking via the CAN bus had already reached its limits, it was necessary to urgently find a suitable alternative for CAN. In co-operation with DaimlerChrysler AG and the semiconductor manufacturers Freescale (formerly Motorola) and Philips, BMW AG founded the FlexRay consortium in 1999 for the purpose of developing innovative communication technology. Bosch and General Motors joined the consortium as partners later. Since 2002, the Ford Motor Company, Mazda, Elmos and Siemens VDO have decided to join. In the meantime, almost all significant car makers and suppliers throughout the world have joined the FlexRay consortium. FlexRay is a new communication system which aims at providing reliable and efficient data transmission with real-time capabilities between the electrical and mechatronic components for the purpose of interconnecting innovative functions in motor vehicles, both today and in the future. 71 山东科技大学学士学位论文 Development of the new FlexRay communication system was prompted by the ever growing technological requirements placed on a communication system for interconnecting control units in motor vehicles and the realization that an open and standardized solution was needed for infrastructure systems. FlexRay provides an efficient protocol for real-time data transmission in distributed systems as used in motor vehicles. With a maximum data transmission rate of 10 Mbits/s per channel, the FlexRay is distinctly faster than the data buses used to date in the area of the chassis, drive train and suspension of today's motor vehicles. Until now, this data rate could only be achieved with fibre-glass cables. In addition to the higher bandwidth, FlexRay supports deterministic data transmission and can be configured such that reliable continued operation of remaining communication systems is enabled even in the event of individual components failing. What are the advantages of FlexRay? High bandwidth (10 Mbits/s compared to 0.5 Mbits/s of the CAN) Deterministic (= real-time capabilities) data transmission Reliable data communication Supports system integration Standard in automotive industry. FlexRay - a standard in the automotive industry The FlexRay bus system is an industrial standard and is therefore supported and further developed by many manufacturers. FlexRay - application in the F01/F02 In the F01/F02, the FlexRay bus system is being used for the first time across 72 山东科技大学学士学位论文 systems to network dynamic driving control systems and the engine management system in a series vehicle. The central gateway module sets up the link between the various bus systems andthe FlexRay. Physical structure of FlexRay F01/F02 (topology) Index Explanation AL Active steering system BD Bus driver DME Digital Motor Electronics DSC Dynamic Stability Control EDCSHL Electronic damper control, rear left satellite EDCSHR Electronic damper control, rear right satellite EDCSVL Electronic damper control, front left satellite EDCSVR Electronic damper control, front right satellite HSR Rear-axle drift angle control ICM Integrated Chassis Management SZL Steering column switch cluster VDM Vertical dynamics management ZGM Central gateway module FlexRay bus topology on the F01 The FlexRay is shown in a simplified form in the overview of the bus systems. The actualtopology is shown in the graphic above. Depending on the level of equipment of the vehicle, the ZGM contains one or two so called star couplers, each with four bus drivers. The bus drivers forward the data of the control units via the communication controller to the central gateway module (ZGM). Depending on the type of termination the FlexRay control units have, they are 73 山东科技大学学士学位论文 connected to these bus drivers in two different ways. Bus termination In the same way as most bus systems, resistors for termination (as bus termination) are also used at both ends of the data lines on the FlexRay to prevent reflections on the lines. The value of these terminal resistors is determined from the data transfer rate and cable lengths. The terminal resistors are located in the control units. If only one control unit is connected to a bus driver (e.g. SZL to the bus driver BD0), the connections on the bus driver and on the control unit are fitted with a terminal resistor. This type of connection at the central gateway module is called "end node termination". If the connection at the control unit is not the physical finish node (e.g. DSC, ICM and DME at the bus driver BD2), it is referred to as a FlexRay transmission and forwarding line. In this case, both components must be terminated at the ends of each bus path with terminal resistors. This connection option exists for the central gateway module and a number of control units. However, the control unit with a transmission and forwarding line has a 'nonend node termination' for data pickup. This type of termination cannot be tested using measurement systems at the control unit connector due to its resistor / capacitor circuit. To measure the (current-free) FlexRay bus to determine the line or terminating resistance, please be sure to use the vehicle wiring diagram. Properties of FlexRay The most important properties of the FlexRay bus system are outlined in the following: Bus topology Transmission medium - signal properties 74 山东科技大学学士学位论文 Deterministic data transmission Bus signal. Bus topology The FlexRay bus system can be integrated in various topologies and versions in the vehicle. The following topologies can be used: Line-based bus topology Point-to-point bus topology Mixed bus topology. Line-based bus topology All control units (e.g. SG1 to SG3) in linebased topology are connected by means of a two-wire bus, consisting of two twisted copper cores. This type of connection is also used on the CAN-bus. The same information but with different voltage level is sent on both lines. The transmitted differential signal is immune to interference. The line-based topology is suitable only for electrical data transmission. Point-to-point bus topology The satellites (control units SG2 to SG5) in point-to-point bus topology are each connected by a separate line to the central master control unit (SG1). Point-to-point topology is suitable for both electrical as well as optical data transmission. Mixed bus topology Mixed bus topology caters for the use of different topologies in one bus system. Parts of the bus system are line-based while other parts are point-to-point. This bus topology is applied in the F01/F02. The central gateway module (depending onthe equipment version) contains one or two active neutral points, 75 山东科技大学学士学位论文 each with four bus drivers. This means that up to eight connection options are available Redundant data transmission Fault-tolerant systems must ensure continued reliable data transmission even after failure of a bus line. This requirement is realized by way of redundant data F01/F02 总线系统的概览和新特点 本产品信息将介绍 F01/F02 的总线系统。除总线概览外，本产品信息结尾处还有一个折页形式的总线概览。使用产品信息和工作手册工作期间，可以经常查阅折页所需要的总线概览总线系统新款 BMW F01/F02 的总线系统方面有以下创新: 动力传动系 CAN PT-CAN 2(500 kBit/s) K-CAN 2 FlexRay 是行驶动态管理系统的综合性主总线系统 以太网(快速编程接口) LIN 总线系统扩展功能 车内结构 F01/F02 通过中央网关模块实现了全新的总线连接结构。发动机管理系统和底盘控制系统通过 PT-CAN(或 PT-CAN 2)和 FlexRay 总线系统与 ZGM 相连。普通车辆电气系统的各控制单元通过 K-CAN 和 K-CAN 2 相连。信息和通信技术方面的大多数控制单元都使用MOST 作为信息载体。车辆诊断通信通过D-CAN 进行。车辆编程 / 设码通过以太网接口进行。LIN 子总线系统实现更多连接。有关 CAN – 以太网 – FlexRay – LIN 总线系统的详细介绍请参阅本产品信息。 F01/F02 整个网络 F01/F02 的整个网络由不同总线系统组成，这些系统可确保各控制单 76 山东科技大学学士学位论文 元之间的通信。由于联网的控制单元越来越多，因此其它系统可能需要使用某一系统的传感器。传感器与逻辑上或几乎实时最先需要信息的控制单元连接。但是这条信息也可以供其它控制单元使用。以 VDM 为例，车轮高度状态由 VDM 控制单元通过车辆高度传感器测量。自动前灯照明距离调节装置也可以利用该信息调整前灯照明距离。该信息由 VDM 通过相应的总线系统(VDM - FlexRay - ZGM - K-Can2- FRM)提供给脚部空间模块。F01/F02 的所有总线系统，除以太网外，都曾经应用于其它 BMW 车型。本章将给出F01/F02 所有总线系统的概览。有关以太网系统、FlexRay 总线和 LIN 总线子总线系统的详细介绍请参阅本产品信息。 总线系统概览 原则上总线系统分为两组: • 主总线系统:以太网，FlexRay，K-CAN，K-CAN 2，MOST，PT-CAN 和 PT-CAN2 • 子总线系统:BSD，D-CAN(诊断 CAN)，LIN，局域 CAN 主总线系统负责控制单元之间跨系统的数据交换。其中包括诊断、编程和设码等系统功能。子总线系统负责某个功能分组内的数据交换。例如晴雨 / 光照 / 水雾传感器的数据由接线盒电子装置读取、处理后继续发送至刮水器模块。晴雨 / 光照 / 水雾传感器与接线盒电子装置之间通过 LIN 总线构成一个子总线连接。 主总线系统 主总线系统 数据传输率 总线结构 D-CAN(诊断 CAN) 500 kBit/s 线性，双线 以太网 100 MBit/s 线性 FlexRay 10 MBit/s 混合拓扑结构，双线 K-CAN(车身 CAN) 100 kBit/s 线性，双线，在应急 77 山东科技大学学士学位论文 运行模式下可以单线运行 K-CAN 2(快速车身 CAN) 500 kBIt/s 线性，双线 MOST(多媒体传输系统总线)22.5 MBit/s 环形，光缆 PT-CAN(底盘 CAN) 500 kBIt/s 线性，双线 PT-CAN 2(传动系 CAN) 500 kBit/s 线性，双线 主总线系统负责跨系统的数据交换。 主总线系统的改进F01/F02 主总线系统方面最重要的改进是: 以太网 – 快速车辆编程接口。也可以不用唤醒导线(现在通过新型K-CAN2)引导某些总线系统启动。中央网关模块用于连接所有主总线系统。 诊断 CAN D-CAN 连接一个 BMW 诊断系统后，网关(中央网关模块)将 BMW 诊断系统的请求传输给内部总线。同时沿相反方向传输应答信息。进行诊断时只采用新通信协议。在世界范围内已用 D-CAN(诊断 CAN)替代了以前的诊断接口及其基于 KWP 2000(Keyword Protocol 2000)的协议。 其原因是美国新法规要求从 2008 年款起所有车辆都必须装备 D-CAN。过渡阶段从2006 年 9 月开始。E70 和 R56 是装有D-CAN 的第一批车辆。此后这项改进措施逐步应用于所有新款 BMW 车型。为了确保完成 F01/ F02 诊断，在此需使用ICOM A 作为诊断适配器。D-CAN 的终端电阻位于以下部件内: 中央网关模块 OBD2 插头(导线束侧) 车身 CAN K-CAN F01/F02 也使用以前所用的总线系统。K-CAN 用于数据传输率较低的部件之间的通信。K-CAN 也通过中央网关模块与其它总线系统相连。K-CAN 采用线性拓扑结构。K-CAN 上的一些控制单元使用一条 LIN 总 78 山东科技大学学士学位论文 线作为子总线。K-CAN 的数据传输率为 100kBit/s，采用双绞线形式。出 现故障时，K-CAN 可作为单线总线运行。K-CAN 控制单元通过总线来唤 醒，无需附加唤醒导线。在 K-CAN 上装有以下控制单元 AHM 挂车模块 CID 中央信息显示屏 CON 控制器 EHC 车辆高度电子控制系统 FCON 后座区控制器 FD 后座区显示屏 FD2 后座区显示屏 2 FKA 后座区暖风和空调系统 FLA 远光灯辅助系统 HiFi 高保真音响放大器 HKA 后部空调系统* HKL 行李箱盖举升装置 HUD 平视显示屏 IHKA 自动恒温空调* RDC 轮胎压力监控系统 SMBF 前乘客座椅模块* SMBFH 前乘客侧后部座椅模块* SMFA 驾驶员座椅模块* SMBFH 驾驶员侧后部座椅模块* TRSVC 全景摄像机* VSW 视频开关 ZGM 中央网关模块 79 山东科技大学学士学位论文 车身 CAN 2 K-CAN 2 K-CAN 2 用于数据传输率较高的控制单元之间的通信。K-CAN 2 也通过中央网关模块与其它总线系统相连。K-CAN 2 上的所有控制单元都通过 LIN 总线形式的子总线相连。K-CAN2 通过总线来唤醒，无需附加唤醒导线。为了确保快速授权起动，CAS 还有一个连接DME 的冗余总线。在该 CAS 总线上使用 K总线协议传输数据。K-CAN 2 的数据传输率为 500kBit/s，采用双绞线形式。在 K-CAN 2 上装有以下控制单元: CAS 便捷登车及起动系统 FRM 脚部空间模块 FZD 车顶功能中心 JBE 接线盒电子装置 PDC 驻车距离监控系统(集成在 JBE 内) ZGM 中央网关模块 K-CAN2 上的终端电阻位于以下控制单元内: 中央网关模块 接线盒电子装置。 动力传动系 CAN PT-CAN PT-CAN 连接发动机管理系统和变速箱控制系统，现在还负责安全和驾驶员辅助系统方面各系统间的相互连接。它以线性方式通过分支短线与各系统相连。PT-CAN 的数据传输率为 500kBit/s，采用双绞线形式。通过总线端 30 供电的控制单元使用一个附加唤醒导线(参见插图)。PT-CAN 上的终端电阻位于以下控制单元内: 组合仪表 电动机械式驻车制动器。 索引 说明 索引 说明 80 山东科技大学学士学位论文 ACSM 碰撞和安全模块 DME 数字式发动机电子系统 EGS 变速箱电子控制系统 EMF 电动机械式驻车制动器 EMA LI 左侧电动安全带收卷装置 EMA RE 右侧电动安全带收卷装置 GWS 选档开关 KAFAS 基于摄像机原理的驾驶员辅助统 Kombi 组合仪表 NVE 夜视系统电子装置 动力传动系 CAN 2 PT-CAN 2 PT-CAN 2 对于发动机管理系统而言是PT-CAN 的冗余系统，也用于向燃油泵控制系统传输信号。PT-CAN 2 的数据传输率为500kBit/s，采用双绞线形式且使用附加唤醒导线。 PT-CAN2 上的终端电阻位于以下控制单元内: 数字式发动机电子系统 电动燃油泵控制单元。 索引 说明 索引 说明 DME 数字式发动机电子系统 EGS 变速箱电子控制系统 EKPS 电子燃油泵控制系统 GWS 选档开关 以太网 – 快速编程接口 F01 / F02 以太网 以太网是一项使用电缆连接的网络技术，可供任何制造商使用。现在的大部分计算机网络都以这种数据传输技术为基础。以太网的开发要追溯到三十年以前。自此之后，数据传输率便得到成倍提高。F01/ F02 使用数据传输率为 100MBit/s 的 IEEE 802.3u标准。IEEE 802.3xx 是电气和电子工程师协会针对电缆连接网络的一项标准。该标准又称为“快速以太网”。在此使用 TCP/IP(传输控制协议 / 网际协议)和 UDP(用户数据报协议) 81 山东科技大学学士学位论文 协议作为传输协议。 在 F01 / F02 上的应用 只有插入 BMW 编程系统(ICOM A)时才会启用诊断插座内的以太网。编程插头内的线脚8 与线脚 16 之间有一个启用电桥，该电桥负责接通中央网关模块内以太网控制器的供电。也就是说，车辆行驶时通过以太网连接中央网关模块的功能处于停用状态。信息和通信系统间的以太网连接不受诊断插座内启用电桥的影响，始终处于启用状态。 安全性 以太网上的所有设备都有单独分配的识别号，即 MAC 地址(媒体访问控制)。建立连接时,BMW 编程系统系统通过该地址和 VIN(车辆识别号)识别车辆。以此避免第三方更改数据记录和存储值。与办公室内的计算机网络一样，网络内的所有设备都必须拥有唯一的识别号。因此建立连接后，中央网关模块从编程系统得到一个 IP 地址。网络内的 IP 地址功能相当于电话网络的电话号码。这个 IP 地址通过 DHCP(动态主机配置协议)来分配。这是一种自动为网络内终端 设备分配 IP 地址的方法。以太网的特点 数据传输率很高:100 MBit/s 建立连接和分配地址时系统启动用时三秒，进入休眠模式时用时一秒 只能通过 BMW 编程系统访问系统以太网的功能，进行维修时更迅速地进行车辆编程 在 CIC 与 RSE 间传输媒体数据诊断插座、ZGM 和 CIC 之间通过两个没有附加屏蔽层的双绞线连接。此外还有一个为各控制单元内以太网控制器供电的启用导线。CIC 与 RSE 之间的导线带有屏蔽层，取代了启用导线。 诊断插头与 BMW 编程系统之间必须使用一个所谓的五类线。这种五类线是使用四个非屏蔽双绞线的网络电缆，可以在频率带宽 100 MHz 范围 82 山东科技大学学士学位论文 内传输数据。针对 F01/F02 所需的传输要求，使用两个双绞线即可满足要求。 索引 说明 索引 说明 CIC 车辆信息计算机 OBD2 诊断插座 RSE 后座区娱乐系统 ZGM 中央网关模块 FlexRay FlexRay 的特点 将来，行驶动态控制系统、驾驶员辅助系统及其全新联网方式将越来越有助于突出 BMW品牌的特色。由于以前通过 CAN 总线实现联网的方式已经达到效率极限，因此必须尽快为CAN 找到一个合适的替代方案。1999 年，BMW AG 与 DaimlerChrysler AG和半导体制造商 Freescale(以前为Motorola)和 Philips 合作创建了 FlexRay协会，以开发新型通信技术。后来 Bosch 和General Motors 也加入了该协会。从 2002年至今 Ford 汽车公司、Mazda、Elmos 和Siemens VDO 也相继加入该协会。在此期间，世界范围内几乎所有有影响的汽车制造商和供货商都加入了 FlexRay 协会。FlexRay 是一种新型通信系统，目标是在电气与机械电子组件之间实现可靠、实时、高效的数据传输，以确保现在和将来车内创新功能的联网。由于控制单元在车辆内联网对通信系统技术方面的要求越来越高，同时认识到有必要为基础系统提供一个开放式标准化解决方案，因此开发了新型通信系统 FlexRay。该系统为车内分布式系统的实时数据传输提供了有效协议。 FlexRay 的优点是什么, 带宽较高(10 MBit/s，CAN 仅为 0.5MBit/s) 确定性(= 实时)数据传输 数据通信可靠 83 山东科技大学学士学位论文 支持系统集成 汽车行业标准。 FlexRay 是一项汽车行业标准 FlexRay 总线系统是一项行业标准，因此许多制造商都参与其中并进 行了后续开发。 FlexRay 在 F01/F02 上的应用 F01/F02 首次在批量生产车型中通过FlexRay 总线系统以跨系统方式 实现行驶动态管理系统和发动机管理系统的联网。中央网关模块用于不同 总线系统与 FlexRay之间的连接。F01/F02 FlexRay 的物理结构(拓扑结构) 索引 说明 AL 主动转向系统 BD 总线驱动器 DME 数字式发动机电子系统 DSC 动态稳定控制系统 EDCSHL 左后电子减振器控制系统卫星式控制单元 EDCSHR 右后电子减振器控制系统卫星式控制单元 EDCSVL 左前电子减振器控制系统卫星式控制单元 EDCSVR 右前电子减振器控制系统卫星式控制单元 HSR 后桥侧偏角控制系统 ICM 集成式底盘管理系统 SZL 转向柱开关中心 VDM 垂直动态管理系统 ZGM 中央网关模块 F01 FlexRay 总线拓扑结构 总线系统概览所示的 FlexRay 经过简化处理。上图展示了实际拓扑结 84 山东科技大学学士学位论文 构。根据车辆配置情况，ZGM 带有一个或两个所谓的星形连接器，每个星形连接器都有四个总线驱动器。总线驱动器将控制单元数据通过通信控制器传输给中央网关模块(ZGM)。根据FlexRay 控制单元的终端形式，总线驱动器通过两种方式与这些控制单元相连。总线终端与大多数总线系统一样，为了避免在导线上反射，FlexRay 上的数据导线两端也使用了终端电阻(作为总线终端)。这些终端电阻的阻值由数据传输速度和导线长度决定。终端电阻位于各控制单元内。如果一个总线驱动器上仅连接一个控制单元(例如 SZL 与总线驱动器 BD0 相连)，则总线驱动器和控制单元的接口各有一个终端电阻。中央网关模块的这种连接方式称为“终止节点终端”。如果控制单元上的接口不是物理终止节点(例如总线驱动器 BD2 上的 DSC、ICM 和DME)，则称为 FlexRay 传输和继续传输导线。在这种情况下，每个总线路径端部的两个组件必须以终端电阻终止。这种连接方式既用于中央网关模块，也用于一些控制单元。但是带有传输和继续传输导线的控制单元还使用一个“非终止节点终端”来获取数据。受这种终端形式的电阻 / 电容器电路所限，无法通过测量技术在控制单元插头上对其进行检查。通过测量(无电流)FlexRay 总线确定导线或终端电阻时，必须使用车辆电路图。 FlexRay 的特性 下面将介绍 FlexRay 总线系统最重要的特性: 总线拓扑结构 传输介质 – 信号特性 确定性数据传输 总线信号。 总线拓扑结构 FlexRay总线系统可以不同的拓扑结构和形式安装在车内。在此可以使 85 山东科技大学学士学位论文 用以下拓扑结构: 线性总线拓扑结构 星形总线拓扑结构 混合总线拓扑结构。 线性总线拓扑结构 在线性总线拓扑结构中所有控制单元(例如SG1 至 SG3)都通过一个双线总线连接。该总线采用两个铜芯双绞线。CAN 总线也使用这种连接方式。在两根导线上传输相同的信息，但电压电平不同。所传输的差分信号不易受到干扰。线性拓扑结构仅适用于电气数据传输。 星形总线拓扑结构 在星形总线拓扑结构中，卫星式控制单元(控制单元 SG2 至 SG5)分别通过一个独立的导线与中央主控控制单元(SG1)连接。这种星形拓扑结构既适合于电气数据传输，也适合于光学数据传输。 混合总线拓扑结构 在混合总线拓扑结构中一个总线系统内使用不同的拓扑结构。总线系统的一部分采用线性结构，另一部分为星形结构。F01/F02 使用这种总线拓扑结构。根据车辆配置情况，在中央网关模块内带有一个或两个星形连接器，每个星形连接器都有四个总线驱动器。因此最多可提供八个接口。 冗余数据传输 在容错性系统中，即使某一总线导线断路，也必须确保数据能继续可靠传输。这一点通过在第二个数据通道上进行冗余数据传输来实现。具有冗余数据传输能力的总线系统使用两个相互独立的通道。每个通道都由一个双线导线组成。一个通道失灵时，该通道应传输的信息可在非故障通道上一起传输。即使具有冗余数据传输能力，也可利用FlexRay使用混合拓扑结构。 86