專利名稱：一種汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
在國(guó)外，許多國(guó)際化的汽車公司早在80年代就積極致力于汽車電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究和應(yīng)用。從1992年起，奔馳公司開(kāi)始在他們的高級(jí)客車上使用CAN技術(shù)。CAN總線自其誕生以來(lái)，以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想、優(yōu)良的性能和極高的可靠性受到工業(yè)界的重視。在國(guó)夕卜，尤其是美國(guó)和歐洲，CAN已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車、火車、輪船、機(jī)器人、機(jī)械制造、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、傳感器和自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。盡管CAN協(xié)議已經(jīng)有將近20年的歷史，但它仍處于改進(jìn)之中。CAN等總線在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，被大量地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)監(jiān)控、電廠測(cè) 控、火災(zāi)報(bào)警、變電站控制、煤炭綜合監(jiān)控等。很多大專院校及科研單位也投入大量的人力和資金研發(fā)現(xiàn)場(chǎng)總線，尤其是CAN總線技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)很早就已經(jīng)關(guān)注CAN總線，在汽車電子控制領(lǐng)域上的應(yīng)用也逐漸增加。最近幾年從國(guó)外引進(jìn)的新車型中都裝備了不同規(guī)模的汽車電子網(wǎng)絡(luò)，如大眾公司的帕薩特、奧迪、豐田新款皇冠、長(zhǎng)安福特嘉年華等。隨著汽車控制功能的復(fù)雜和電子器件的增多，利用CAN網(wǎng)絡(luò)是汽車電子發(fā)展的必然趨勢(shì)。當(dāng)今，CAN總線在汽車電子控制領(lǐng)域上的應(yīng)用雖然已近很成熟，但由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的沖突或通訊的時(shí)延，使控制指令經(jīng)常不能及時(shí)地通過(guò)電線傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)的電控單元，雖然這個(gè)時(shí)延只有幾個(gè)毫秒，但卻有可能因?yàn)檫@幾毫秒導(dǎo)致一場(chǎng)交通事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種能夠解決車載CAN總線網(wǎng)絡(luò)沖突、時(shí)延的，更精確的汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的在硬件方面，以處理器為核心，設(shè)計(jì)了三套汽車電子控制單元(ECU)，即防抱死制動(dòng)單元(ABS)、電子助力轉(zhuǎn)向單元(EPS)，以及車身控制單元，利用它們組成CAN總線的高、中、低速節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)；電子控制單元(ECU)，即防抱死制動(dòng)單元(ABS)、電子助力轉(zhuǎn)向單元(EPS)，以及車身控制單元集成后形成的集成化系統(tǒng)，核心為軟件模塊，軟件模塊主要由系統(tǒng)初始化模塊、啟動(dòng)自檢模塊、主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、參考車速計(jì)算模塊、路面識(shí)別模塊、車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別模塊、控制決策和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作模塊、故障診斷模塊、通訊模塊等幾大部分組成，各模塊由主控制模塊按任務(wù)管理機(jī)制實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，分配運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)的交換。本發(fā)明的有益效果實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理化、節(jié)點(diǎn)類型多元化、節(jié)點(diǎn)數(shù)目最大化，系統(tǒng)主要由防抱死制動(dòng)單元(ABS)、電子助力轉(zhuǎn)向單元(EPS)、車身控制單元三部分構(gòu)成，基本滿足了汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不僅具有不同的數(shù)據(jù)傳輸速率(高速、中速、低速)，而且節(jié)點(diǎn)類型也很豐富，包括多路開(kāi)關(guān)量、模擬量、脈沖信號(hào)等，分別模擬真實(shí)車中的故障回路信號(hào)、電磁閥控制信號(hào)、電子打火信號(hào)、車門控制信號(hào)、車燈控制信號(hào)、油壓反饋信號(hào)、車輪轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)等等；車身控制單元，除了自身作為一個(gè)獨(dú)立CAN總線節(jié)點(diǎn)外，它還扮演了網(wǎng)橋的角色，使三個(gè)子單元通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)相互的數(shù)據(jù)傳輸；整套系統(tǒng)由自行編制的上位機(jī)軟件進(jìn)行監(jiān)控。


圖I是本發(fā)明的整體框圖；圖2是本發(fā)明的ABS控制原理圖；圖3是本發(fā)明的EPS控制原理圖；圖4是本發(fā)明的軟件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式在硬件方面，以處理器為核心，設(shè)計(jì)了三套汽車電子控制單元(ECU)，即防抱死制動(dòng)單元(ABS)、電子助力轉(zhuǎn)向單元(EPS)，以及車身控制單元，利用它們組成CAN總線的高、中、低速節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)；電子控制單元(ECU)，即防抱死制動(dòng)單元(ABS)、電子助力轉(zhuǎn)向單元(EPS)，以及車身控制單元集成后形成的集成化系統(tǒng)，核心為軟件模塊，軟件模塊主要由系統(tǒng)初始化模塊、啟動(dòng)自檢模塊、主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、參考車速計(jì)算模塊、路面識(shí)別模塊、車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別模塊、控制決策和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作模塊、故障診斷模塊、通訊模塊等幾大部分組成，各模塊由主控制模塊按任務(wù)管理機(jī)制實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，分配運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)的交換。作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明采用的處理器為思卡爾公司研制的MC9S12DP256處理器。汽車電子控制單元(ECT)的各部分單元的實(shí)現(xiàn)過(guò)程I、ABS(防抱死制動(dòng)系統(tǒng))單元汽車防抱死制系統(tǒng)是汽車主動(dòng)安全部件，是一種防止制動(dòng)過(guò)程車輪抱死的主動(dòng)安全裝置，它可以保證汽車在制動(dòng)過(guò)程中的有效性、安全性和方向可控性，縮短制動(dòng)距離，保證行車安全。ABS系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中通過(guò)傳感器感知車輪與路面的滑移狀況，由電控單元做出判斷，并通過(guò)電磁閥組成的動(dòng)作器，調(diào)整制動(dòng)力的大小，使輪胎滑移率保持在一個(gè)理想的范圍，來(lái)保證車輛制動(dòng)時(shí)有較大的縱向制動(dòng)和抗側(cè)向外力的能力，防止可能發(fā)生的后輪側(cè)滑，甩尾，前輪跑偏，提高汽車在制動(dòng)過(guò)程中的方向穩(wěn)定和轉(zhuǎn)向操縱的能力，并能提高附著系數(shù)利用率，縮短制動(dòng)距離，減少輪胎磨損。ABS基本工作原理是通過(guò)輪速傳感器去感知制動(dòng)輪每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小，避免車輪的抱死，因而是一個(gè)閉環(huán)制動(dòng)系統(tǒng)。其控制原理見(jiàn)圖3 ；2、EPS(電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng))單元電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是依靠駕駛員的體能并在其他能源幫助下進(jìn)行汽車轉(zhuǎn)向。動(dòng)力轉(zhuǎn)向器以前多用于大型、重型汽車，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車的增加，助力轉(zhuǎn)向裝置已成為轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的日益普及，對(duì)其性能的要求不再是單純地為了減輕操作力，而是能夠根據(jù)車速與行駛條件的變化產(chǎn)生相應(yīng)的、合適的轉(zhuǎn)向作用力。理想的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)在停車狀態(tài)時(shí)能夠提供足夠的助力，使原地轉(zhuǎn)向容易，當(dāng)車速增加時(shí)助力逐漸減小，進(jìn)入高速狀態(tài)時(shí)則應(yīng)無(wú)助力，讓駕駛員有一定的“路感”。這就要求助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠根據(jù)汽車行駛條件的變化，對(duì)助力的大小實(shí)行控制。EPS的構(gòu)成如圖4所示它由機(jī)械轉(zhuǎn)向器、電動(dòng)機(jī)、控制單元(ECU)、離合器、轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器等組成。在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，控制單元根據(jù)扭矩傳感器產(chǎn)生的扭矩信號(hào)、車速傳感器產(chǎn)生的車速信號(hào)和一定助力特性規(guī)律，控制電動(dòng)機(jī)的電流的幅值和方向，從而形成適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向助力。電動(dòng)機(jī)輸出的扭矩由減速機(jī)構(gòu)放大，并通過(guò)萬(wàn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向機(jī)中傳送裝置把輸出扭矩傳送到齒條，從而向轉(zhuǎn)向提供助力扭矩。助力扭矩的信號(hào)源包括扭矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器和車速傳感器等；3、車身控制(網(wǎng)橋)單元車身控制系統(tǒng)作為CAN總線網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，本身可以承擔(dān)多種負(fù)載，例如車燈、車窗等，豐富了網(wǎng)絡(luò)中所含概的內(nèi)容。由于ABS被設(shè)定為高速CAN總線網(wǎng)絡(luò)，而EPS被設(shè)定為中速CAN總線網(wǎng)絡(luò)，而二者之間由于通訊速率不同，導(dǎo)致無(wú)法通信，那么就還需要車身控制系統(tǒng)扮演其中網(wǎng)橋的角色，實(shí)現(xiàn)三者間的連接。
車身控制單元由以下子單元組成照明及信號(hào)裝置、電控中央門鎖控制系統(tǒng)、電控舉窗控制系統(tǒng)、CAN總線接口電路?；诳偩€的車身電子控制設(shè)計(jì)可采用CAN總線和LIN總線相結(jié)合的方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)上述描述的車身和車門的功能。其中對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的速度有要求的部分可以采用低速CAN總線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，而對(duì)傳輸速率沒(méi)用由特殊要求的部分則可以采用LIN總線進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用上述的總線方式設(shè)計(jì)將會(huì)完全改變車內(nèi)控制的實(shí)現(xiàn)方式，大大簡(jiǎn)化了車身的設(shè)計(jì)和制造工藝，減少維修和制造的成本。具體軟件流程設(shè)計(jì)如下I.系統(tǒng)初始化模塊。系統(tǒng)上電，各單元進(jìn)入初始化階段。包括變量初始化(車輪半徑大小，電機(jī)目標(biāo)電流的設(shè)定等)、各單元狀態(tài)初始化(所有故障標(biāo)志復(fù)位，車鎖、車燈、車窗復(fù)位等)、處理器各功能模塊初始化(系統(tǒng)時(shí)鐘初始化，各端口初始化，定時(shí)器初始化，各中斷初始化，CAN總線控制器初始化，SPI模塊初始化，SCI模塊初始化，PWM模塊初始化，AD模塊初始化等)以及CANl inkll和CANbrige通訊模塊的初始化。2.系統(tǒng)啟動(dòng)自檢模塊。為了使系統(tǒng)安全運(yùn)行,系統(tǒng)在復(fù)位和初始化完畢后要進(jìn)行自檢，對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵軟、硬件部分進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)，以判斷系統(tǒng)的軟、硬件工作是否正常。在系統(tǒng)自檢期間，故障警示燈將會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，如果電子控制裝置發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在故障，故障警示燈會(huì)持續(xù)點(diǎn)亮；如果未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在故障，在自檢過(guò)程結(jié)束后，故障警示燈在I. 5秒后會(huì)自動(dòng)熄滅，表示集成系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。3.主控制模塊。主控制模塊為系統(tǒng)的控制主程序，見(jiàn)圖6. 18線框部分。主控制模塊自身做無(wú)限的循環(huán)，連續(xù)調(diào)用故障診斷模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、參考車速計(jì)算模塊、路面識(shí)別模塊和車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別模塊，實(shí)時(shí)進(jìn)行車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和外界環(huán)境的判斷。4.數(shù)據(jù)采集中斷服務(wù)程序。數(shù)據(jù)采集模塊由定時(shí)中斷服務(wù)程序完成。集成系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集和主控制程序分離的結(jié)構(gòu)型式。由于ABS電磁閥動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間通常不小于7ms，再加上制動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械滯后，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制周期通常不能低于電磁閥動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間。為了使數(shù)據(jù)處理更為方便和準(zhǔn)確，提高數(shù)據(jù)采樣頻率是一種有效的手段之一，因此，集成系統(tǒng)采用了 3ms周期的定時(shí)中斷數(shù)據(jù)采集程序。為了滿足集成系統(tǒng)的需要，目前采集的數(shù)據(jù)主要包括四個(gè)車速信號(hào)，四個(gè)輪速信號(hào)，四個(gè)油壓信號(hào)，扭矩信號(hào)等。考慮到數(shù)據(jù)采集模塊屬于實(shí)時(shí)模塊，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，所以在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，盡可能的利用硬件資源，減少M(fèi)CU的占用時(shí)間。MC9S12DP256有8個(gè)增強(qiáng)型定時(shí)器(ECT)，每個(gè)定時(shí)器都可以通過(guò)軟件選擇作為輸入捕捉或者輸出比較，其中有四個(gè)帶有輸入保持緩沖器，當(dāng)脈沖信號(hào)上升沿(可選為下降沿)來(lái)到時(shí)，MCU自動(dòng)將輸入捕捉寄存器中的時(shí)間值放入保持緩沖器中，同時(shí)將主計(jì)時(shí)器的當(dāng)前時(shí)間值放入輸入捕捉寄存器中，因此基于測(cè)周法可較為容易地實(shí)現(xiàn)四個(gè)車速、輪速信號(hào)的采集。油壓信號(hào)和扭矩信號(hào)都是模擬信號(hào)，它們的采集由MC9S12DP256內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換模塊自動(dòng)完成。設(shè)置了模擬信號(hào)AD轉(zhuǎn)換的完畢中斷，在中斷處理程序中存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果。
5.控制執(zhí)行模塊。主要指對(duì)電磁閥、繼電器、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的控制，以完成各子單元控制任務(wù)，達(dá)到預(yù)期控制指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于在硬件方面，以處理器為核心，設(shè)計(jì)了三套汽車電子控制單元(ECU)，即防抱死制動(dòng)單元(ABS)、電子助力轉(zhuǎn)向單元(EPS)，以及車身控制單元，利用它們組成CAN總線的高、中、低速節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)；電子控制單元(ECU)，即防抱死制動(dòng)單元(ABS)、電子助力轉(zhuǎn)向單元(EPS)，以及車身控制單元集成后形成的集成化系統(tǒng)，核心為軟件模塊，軟件模塊主要由系統(tǒng)初始化模塊、啟動(dòng)自檢模塊、主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、參考車速計(jì)算模塊、路面識(shí)別模塊、車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別模塊、控制決策和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作模塊、故障診斷模塊、通訊模塊等幾大部分組成，各模塊由主控制模塊按任務(wù)管理機(jī)制實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，分配運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)的交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于處理器為思卡爾公司研 制的MC9S12DP256處理器。
全文摘要
一種汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)是涉及汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)。本發(fā)明提供一種能夠解決車載CAN總線網(wǎng)絡(luò)沖突、時(shí)延的，更精確的汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)了三套汽車電子控制單元(ECU)，即防抱死制動(dòng)單元(ABS)、電子助力轉(zhuǎn)向單元(EPS)，以及車身控制單元，利用它們組成CAN總線的高、中、低速節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)；核心為軟件模塊，軟件模塊主要由系統(tǒng)初始化模塊、啟動(dòng)自檢模塊、主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、參考車速計(jì)算模塊、路面識(shí)別模塊、車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別模塊、控制決策和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作模塊、故障診斷模塊、通訊模塊等幾大部分組成，各模塊由主控制模塊按任務(wù)管理機(jī)制實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，分配運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)的交換。
文檔編號(hào)B60R16/02GK102848990SQ20111017553
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者張驍懿 申請(qǐng)人:張驍懿