基于CAN總線的車用智能傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)車輛駕駛性能和安全舒適性的要求大為提高，使得車輛上的電子控制單元數(shù)量逐步增加

但是，車輛上的電控單元(如，各種開關(guān)、執(zhí)行器、傳感器等)的連接仍然以傳統(tǒng)的配線束來實(shí)現(xiàn)，使得車內(nèi)線束過多且布線復(fù)雜，從而造成了嚴(yán)重的電磁干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性下降在高級(jí)轎車上，電子元件及其系統(tǒng)占據(jù)了整車超過20％的價(jià)格，而且，有日漸增加的趨勢在這種情況下，車內(nèi)電控線路就會(huì)更加復(fù)雜，如何使車內(nèi)的裝置網(wǎng)絡(luò)化，并降低配線束數(shù)量等成為改善車內(nèi)系統(tǒng)的一個(gè)重點(diǎn)研究方向

在車輛的網(wǎng)絡(luò)化與通信系統(tǒng)中，局部網(wǎng)絡(luò)的方法越來越豐富，其中，CAN，Profibus，LON，ASI，EIB與eBus等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化也相繼出臺(tái)，而且，這些成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)完成集成化工作CAN總線在穩(wěn)定性、即時(shí)性及其性價(jià)比等方面在汽車應(yīng)用中都顯示出較強(qiáng)的優(yōu)勢，作為分布式控制中的局域網(wǎng)技術(shù)具有較強(qiáng)的競爭力目前，很多汽車采用CAN總線將整個(gè)汽車控制系統(tǒng)聯(lián)系起來統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和相互之間協(xié)同工作，使車內(nèi)線束布線方便可靠，提高了汽車整體的安全性和性價(jià)比，增強(qiáng)了自身的競爭力

實(shí)現(xiàn)車輛系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制的前提是網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的智能化設(shè)計(jì)，包括傳感器、控制器和執(zhí)行器的智能化本文以線控電子節(jié)氣門為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了腳踏板位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和節(jié)氣門位置控制執(zhí)行器的CAN總線智能化接點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)組成CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)節(jié)氣門位置的精確控制

1 車輛CAN總線與分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制局域網(wǎng)(controller area network，CAN)屬于工業(yè)現(xiàn)場總線，是德國Bosch公司20世紀(jì)80年代初作為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種通信協(xié)議1993年11月，ISO正式頒布了高速通信CAN的國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 11898)CAN總線系統(tǒng)中現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集由傳感器完成，目前，帶有CAN總線接口的傳感器種類還不多，價(jià)格也較貴

車輛控制系統(tǒng)中存在大量傳感器、電子控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，通常，多控制器共享同樣的傳感器信息，而且，實(shí)時(shí)性、快速性的要求較高，如何將它們連接起來組成分布式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展方向現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(field control system，F(xiàn)CS)就是其中的一種典型的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的多主串行總線，以其短報(bào)文幀和優(yōu)異的CSMA／BA逐位仲裁協(xié)議而被受現(xiàn)場設(shè)備互連的青睞

基于CAN總線的車輛分布式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖1所示，采用現(xiàn)場總線式集散系統(tǒng)(field distributed control system，F(xiàn)DCS)結(jié)構(gòu)，由傳感器、執(zhí)行器、控制器智能節(jié)點(diǎn)以及CAN現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)組成多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)各自獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)設(shè)定、運(yùn)行控制等，通過CAN現(xiàn)場總線，各智能節(jié)點(diǎn)之間交換各種數(shù)據(jù)和管理控制信息