一種汽車電子信息集成控制系統中的can/can智能網橋的製作方法
2023-09-23 00:16:25 1
專利名稱：一種汽車電子信息集成控制系統中的can/can智能網橋的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種智能網橋，尤其是一種汽車電子信息集成控制系統中的CAN/CAN智能網橋。
背景技術：
電子技術的迅速發展及其在汽車上的廣泛應用使得汽車的電子化程度越來越高，特別是以微控制器為核心的ECU(ElectronicControl Unit，電子控制單元)進入汽車領域後，給汽車帶來了劃時代的變化。隨著人們對汽車動力性和舒適性要求的提高，汽車電子控制單元和電子控制裝置也在不斷增加，傳統的點對點通訊方式已經滿足不了汽車分布式實時控制的需要。由於電子設備的不斷增加而導致的導線數量的幾何式增長，也使得在有限車內空間布線越來越困難，限制了汽車內部控制功能的擴展，對汽車內部電子單元的維修也越發複雜。另一方面，汽車ECU並不是僅僅與負載設備簡單地連接在一起，更多的是與外圍設備及其它ECU進行信息交流，並經過複雜的控制決策運算，發出控制指令。為了提高信號的利用率，要求大批數據信息在不同的汽車ECU之間進行交換和共享，而傳統的線束已經遠遠不能滿足這種實時通訊的要求。採用車載網絡技術實現汽車電子信息的集成控制使得對汽車各ECU的實時控制成為可能，解決了上述制約汽車控制技術發展的瓶頸問題。所謂汽車電子信息集成控制，指的是在汽車電子控制技術、車載網絡技術、智能控制技術、嵌入式技術和傳感器技術等支撐技術的支持下，以汽車為控制對象，以車載總線為信息通道，以特定控制功能為目標，將各汽車ECU構建成一個電子信息集成控制的網絡控制系統，實現汽車各ECU的信息共享和關聯實時控制，以達到整體提高汽車安全性、舒適性，減少對駕駛員技術依賴度的目的。汽車電子信息集成控制應用於具體對象時就構成了特定的汽車電子信息集成控制系統。
在多種車載網絡技術中，CAN(Controller Area Network，控制器區域網)以其良好的運行特性，即高的可靠性和獨特的設計，特別適合現代汽車各ECU間的互聯通信。CAN是由德國BOSCH公司為解決現代汽車中各ECU間的數據交換而開發的一種數據通信協議，按照ISO有關標準，其拓撲結構為總線式，因此也稱為CAN總線。在轎車方面，我國引進技術生產的BORA、AUDI、POLO、PASSAT、賽納、FIATPALIO、FIAT SIENA、哈飛賽馬等都不同程度地使用了CAN技術。隨著現代電子技術的高速發展，現代客車上也逐漸採用了先進的電子控制技術和車載網絡技術。在汽車電子信息集成控制系統中，由於實時性的要求，一般不會將所有的ECU都連接在同一個CAN總線上，因此將整個車載網絡劃分成若干個子網，如動力總成控制子網和車身控制子網，動力總成控制子網連接的ECU有發動機電子控制系統EEC、自動變速箱控制系統ETC、防抱死制動系統ABS和驅動防滑系統ASR等；車身控制子網連接的ECU有車身前控系統、車身後控系統、儀表系統、空調系統等。兩個CAN子網之間需要一種裝置能夠對不同子網間的共享信息進行轉發。同時，隨著人們對汽車駕駛安全性、乘坐舒適性和便捷性、防止駕駛誤操作等要求的提高，要求汽車電子信息集成控制系統具有針對特定事件的各ECU智能協同控制功能。
中國專利公開號CN 1716862，
公開日2006年1月4日，發明創造的名稱為CAN中繼器，該申請案公開了一種旨在提高CAN通訊距離、增加CAN節點數的CAN中繼器，包括2個CAN收發器、2個光電隔離器和2個終端電阻。中國專利公開號CN 1417980A，
公開日2003年5月14日，發明創造的名稱為車用控制器區域網智能網關裝置，該申請案公開了一種車用控制器區域網智能網關裝置，包括CAN總線接口、乙太網接口、無線網絡接口、數據備份模塊、微控制器智能化總線、其他總線接口、汽車控制單元、語音和顯示接口、實時數據分析模塊。以上文件的不足之處是沒有涉及不同通信速率的報文信息過濾、轉發和系統的智能控制。
發明內容
本發明的目的是提供一種實現高速CAN子網和低速CAN子網之間信息共享，並基於特定事件和控制規則，完成整車智能控制的汽車電子信息集成控制系統中的CAN/CAN智能網橋，以克服現有汽車電子控制技術的不足。
為了實現上述目的，本發明包括微控制器、光電耦合器、CAN收發器、CAN接口和支持電路，其特點是還配備四個CAN接口，其中，有兩個CAN接口分別連接一個高速CAN子網和一個低速CAN子網，實現不同子網間報文信息的過濾、轉發；另外兩個CAN接口也分別連接相同的高速CAN子網和低速CAN子網，接收來自兩個子網中的與控制規則相關的報文信息，基於特定事件，通過微控制器的判斷處理形成控制規則，實現各ECU的智能協同控制。
所述的微控制器採用32位ARM微控制器，CAN收發器採用CAN高速收發器，CAN收發器通過光電耦合器與微控制器連接，支持電路由電源電路、振蕩電路，復位電路構成，CAN接口通過串行接口連接CAN收發器的CANL和CANH引腳。
所述的ARM微控制器採用32位ARM微控制器LPC2194；CAN收發器採用CAN高速收發器TJA1050；電源電路由二極體整流、RC濾波、78M05和SPX1ll7M3-1.8/3.3穩壓晶片構成；振蕩電路由11.0592MHz晶振構成；復位電路由MAX708SD和74HC125晶片構成；CAN接口通過RS232接口的2針和7針分別連接CAN收發器TJA1050的CANL和CANH引腳。
由於本發明集成了報文轉發和智能控制功能，使得本發明的有益效果是(1)實現信息在不同CAN子網的ECU之間共享；(2)控制規則的引入增強了汽車電子信息集成控制系統各ECU的智能協同控制能力，減輕了駕駛員勞動強度，減少了誤操作概率；(3)提高汽車安全性、舒適性和環保性。
圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為本發明與汽車電子信息集成控制系統各ECU的連接圖。
圖3為本發明的電源電路。
圖4為本發明的LPC2194 CAN控制器的初始化流程圖。
圖5為本發明的CAN數據轉發的監控程序流程圖。
圖6為本發明的開車門控制策略工作流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述。
本發明是一個以ARM微控制器LPC2194為核心的軟硬體系統(見圖1)。LPC2194內部集成4個CAN控制器，其中CANH_1和CANL_1兩個CAN控制器完成不同CAN子網的報文過濾和轉發功能，是本發明的報文轉發模塊；CANH_2和CANL_2兩個CAN控制器完成執行控制規則的功能，是本發明的智能控制模塊。對於CAN的接口電路部分，本發明採用了PHILIPS公司的TJA1050高速CAN總線收發器作為CAN總線的物理層接口晶片，採用LPC2194內含的CAN數據鏈路層協議控制器作為CAN控制器。為了避免車內的電磁幹擾，微控制器LPC2194與TJA1050之間採用光電耦合器連接。
本發明有四個CAN接口(見圖2)，其中，有兩個CAN接口作為不同子網報文信息過濾、轉發接口使用，分別連接至高速CAN子網和低速CAN子網；另外兩個CAN接口作為智能控制信息接口使用，也分別連接至高速CAN子網和低速CAN子網。雖然數據轉發和智能控制的CAN接口連接在同一總線上，但二者卻採用不同的CAN接口，這是因為兩者工作時需要的CAN數據信息是不同的。通過CAN/CAN智能網橋裝置轉發的是高速CAN子網和低速CAN子網之間需要共享的信息，而這些信息並不一定是實現智能控制功能所需的；反之亦然。除CAN/CAN智能網橋外，高速CAN子網連接的ECU還有發動機電子控制系統EEC、自動變速箱控制系統ETC、防抱死制動系統ABS、驅動防滑系統ASR和電磁緩速制動系統ECR等；除CAN/CAN智能網橋裝置外，低速CAN子網連接的ECU還有車身前控系統、車身後控系統、儀表系統、行駛記錄儀、空調系統、車身集中控制器等。高速CAN和低速CAN的傳輸速率是不同的，高速CAN的傳輸速率為250kbps以上，以滿足與行駛安全相關信息的高實時性要求；低速CAN的傳輸速率為125kbps以下，以增加通信傳輸距離，提高抗幹擾能力。本發明具有實現不同傳輸速率的CAN子網連接、不同CAN子網的報文過濾和轉發，以及產生和執行控制規則的功能。
本發明的電源電路由車載電源24V通過CZ1接口進入後連接二極體D1(見圖3)，整流後連接穩壓晶片78M05的Vin引腳，電容器C1、C2、C3、C4構成RC濾波電容，Vout引腳輸出穩壓後的電壓5V；將產生的5V電壓分別通過穩壓晶片輸出1.8V和3.3V供微控制器使用。由11.0592MHz晶振構成振蕩電路；由MAX708SD和74HC125晶片構成復位電路。
在圖4中，CAN控制器正常工作之前，需要對CAN控制器進行初始化，首先需要將微控制器的相關管腳功能選擇為CAN，接著使能CAN並進入復位模式，進入復位模式後配置CANBTR設置波特率，並設置發送接收中斷入口、優先級及中斷使能，同時配置全局驗收過濾器LUT表，最後退出復位模式進入正常模式，初始化完成後CAN控制器才能正常工作。
本發明的功能之一是實現兩條CAN總線之間的數據的過濾及轉發，由於控制網絡中對通訊的實時性的要求，在進行軟體設計時要做到數據存儲和轉發的時間儘可能短。為了達到這一要求，本發明中數據的接收採用向量中斷(IRQ)方式。由於高速CAN的數據通訊量明顯高於低速CAN，因此將連接高速CAN的CANH_1接收優先級設置為最高，而連接低速CAN的CANL_1接收優先級次之。同時儘量精簡中斷服務程序，使系統的響應時間儘量短。對應兩路CAN設置了兩個FIFO的環形接收緩衝區，由於CANH_1的數據通訊量要高，因此CANH_1的FIFO環形接收緩衝區比CANL_1的大，這樣更適合實際情況。FIFO環形接收緩衝區中設置一個發送指針、一個接收指針和當前數據幀數frameCount，當frameCount為0時表明FIFO環形接收緩衝區是空的。接收中斷服務程序將接收到的數據放入FIFO環形接收緩衝區中並且修改接收指針和當前數據幀數frameCount。
在圖5中，主監控程序負責監控兩個CAN控制器的FIFO環形接收緩衝區中是否有數據，如果其中一個CAN控制器的FIFO環形接收緩衝區中有數據則向另一個CAN控制器發送數據。主監控程序不斷查詢兩個CAN控制器的FIFO環形接收緩衝區中的當前數據幀數frameCount標誌，如果非零立即向另一路發送數據，並且在子程序CANH_1SendToCANL_1和CANL_1SendToCANH_1中修改發送指針和當前數據幀數。
本發明中的智能控制模塊存儲了一系列控制規則，每一條控制規則視其複雜程度由一個或多個功能函數實現。當特定事件發生時，觸發相應的控制規則，調用功能函數，並控制執行裝置動作。汽車電子信息集成控制系統中加入控制規則後，將改變傳統汽車控制中從控制命令發出方直接流向接收方的信息流向，控制命令和狀態信息首先將到達CAN/CAN智能網橋的智能控制模塊，然後由智能控制模塊調用相應的控制規則以決定是否和如何執行該命令(即將命令再發送給接收方)。在圖6中，行車過程中為了保證乘客的安全，要求必須將車停穩，即車速為0時，開車門才是有效的。
本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1.一種汽車電子信息集成控制系統中的CAN/CAN智能網橋，包括微控制器、光電耦合器、CAN收發器、CAN接口和支持電路，其特徵在於還配備四個CAN接口，其中，有兩個CAN接口分別連接一個高速CAN子網和一個低速CAN子網，實現不同子網間報文信息的過濾、轉發；另外兩個CAN接口也分別連接相同的高速CAN子網和低速CAN子網，接收來自兩個子網中的與控制規則相關的報文信息，基於特定事件，通過微控制器的判斷處理形成控制規則，實現各ECU的智能協同控制。
2.如權利要求1所述的汽車電子信息集成控制系統中的CAN/CAN智能網橋，其特徵在於微控制器採用32位ARM微控制器，CAN收發器採用CAN高速收發器，CAN收發器通過光電耦合器與微控制器連接，支持電路由電源電路、振蕩電路，復位電路構成，CAN接口通過串行接口連接CAN收發器的CANL和CANH引腳。
3.如權利要求1所述的汽車電子信息集成控制系統中的CAN/CAN智能網橋，其特徵在於微控制器採用32位ARM微控制器LPC2194；CAN收發器採用CAN高速收發器TJA1050；電源電路由二極體整流、RC濾波、78M05和SPX1117M3-1.8/3.3穩壓晶片構成；振蕩電路由11.0592MHz晶振構成；復位電路由MAX708SD和74HC125晶片構成；CAN接口通過RS232接口的2針和7針分別連接CAN收發器TJA1050的CANL和CANH引腳。
全文摘要
本發明涉及了一種汽車電子信息集成控制系統中的CAN/CAN智能網橋，包括微控制器、光電耦合器、CAN收發器、CAN接口和支持電路，其特點是還配備四個CAN接口，其中，有兩個CAN接口分別連接一個高速CAN子網和一個低速CAN子網，實現不同子網間報文信息的過濾、轉發；另外兩個CAN接口也分別連接相同的高速CAN子網和低速CAN子網，接收來自兩個子網中的與控制規則相關的報文信息，基於特定事件，通過微控制器的判斷處理形成控制規則，實現各ECU的智能協同控制。本發明的有益效果是(1)實現信息在不同CAN子網的ECU之間共享；(2)增強了汽車電子信息集成控制系統各ECU的智能協同控制能力；(3)提高汽車安全性、舒適性和環保性。
文檔編號H04L12/28GK101026527SQ20071005138
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月26日 優先權日2007年1月26日
發明者李剛炎, 胡劍, 周建華, 於翔鵬 申請人:武漢理工大學