專利名稱：一種汽車電子信息集成控制系統(tǒng)中的can/can智能網(wǎng)橋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種智能網(wǎng)橋，尤其是一種汽車電子信息集成控制系統(tǒng)中的CAN/CAN智能網(wǎng)橋。
背景技術(shù)：
電子技術(shù)的迅速發(fā)展及其在汽車上的廣泛應(yīng)用使得汽車的電子化程度越來(lái)越高，特別是以微控制器為核心的ECU(ElectronicControl Unit，電子控制單元)進(jìn)入汽車領(lǐng)域后，給汽車帶來(lái)了劃時(shí)代的變化。隨著人們對(duì)汽車動(dòng)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(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式已經(jīng)滿足不了汽車分布式實(shí)時(shí)控制的需要。由于電子設(shè)備的不斷增加而導(dǎo)致的導(dǎo)線數(shù)量的幾何式增長(zhǎng)，也使得在有限車內(nèi)空間布線越來(lái)越困難，限制了汽車內(nèi)部控制功能的擴(kuò)展，對(duì)汽車內(nèi)部電子單元的維修也越發(fā)復(fù)雜。另一方面，汽車ECU并不是僅僅與負(fù)載設(shè)備簡(jiǎn)單地連接在一起，更多的是與外圍設(shè)備及其它ECU進(jìn)行信息交流，并經(jīng)過(guò)復(fù)雜的控制決策運(yùn)算，發(fā)出控制指令。為了提高信號(hào)的利用率，要求大批數(shù)據(jù)信息在不同的汽車ECU之間進(jìn)行交換和共享，而傳統(tǒng)的線束已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這種實(shí)時(shí)通訊的要求。采用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車電子信息的集成控制使得對(duì)汽車各ECU的實(shí)時(shí)控制成為可能，解決了上述制約汽車控制技術(shù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)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(shù)、車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)、嵌入式技術(shù)和傳感器技術(shù)等支撐技術(shù)的支持下，以汽車為控制對(duì)象，以車載總線為信息通道，以特定控制功能為目標(biāo)，將各汽車ECU構(gòu)建成一個(gè)電子信息集成控制的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車各ECU的信息共享和關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)控制，以達(dá)到整體提高汽車安全性、舒適性，減少對(duì)駕駛員技術(shù)依賴度的目的。汽車電子信息集成控制應(yīng)用于具體對(duì)象時(shí)就構(gòu)成了特定的汽車電子信息集成控制系統(tǒng)。
在多種車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))以其良好的運(yùn)行特性，即高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合現(xiàn)代汽車各ECU間的互聯(lián)通信。CAN是由德國(guó)BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中各ECU間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，按照ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線。在轎車方面，我國(guó)引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)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(shù)。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代客車上也逐漸采用了先進(jìn)的電子控制技術(shù)和車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在汽車電子信息集成控制系統(tǒng)中，由于實(shí)時(shí)性的要求，一般不會(huì)將所有的ECU都連接在同一個(gè)CAN總線上，因此將整個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個(gè)子網(wǎng)，如動(dòng)力總成控制子網(wǎng)和車身控制子網(wǎng)，動(dòng)力總成控制子網(wǎng)連接的ECU有發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)EEC、自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)ETC、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS和驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)ASR等；車身控制子網(wǎng)連接的ECU有車身前控系統(tǒng)、車身后控系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。兩個(gè)CAN子網(wǎng)之間需要一種裝置能夠?qū)Σ煌泳W(wǎng)間的共享信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)，隨著人們對(duì)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(tǒng)具有針對(duì)特定事件的各ECU智能協(xié)同控制功能。
中國(guó)專利公開號(hào)CN 1716862，
公開日2006年1月4日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為CAN中繼器，該申請(qǐng)案公開了一種旨在提高CAN通訊距離、增加CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)的CAN中繼器，包括2個(gè)CAN收發(fā)器、2個(gè)光電隔離器和2個(gè)終端電阻。中國(guó)專利公開號(hào)CN 1417980A，
公開日2003年5月14日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為車用控制器局域網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)裝置，該申請(qǐng)案公開了一種車用控制器局域網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)裝置，包括CAN總線接口、以太網(wǎng)接口、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)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(yǔ)音和顯示接口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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(bào)文信息過(guò)濾、轉(zhuǎn)發(fā)和系統(tǒng)的智能控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)高速CAN子網(wǎng)和低速CAN子網(wǎng)之間信息共享，并基于特定事件和控制規(guī)則，完成整車智能控制的汽車電子信息集成控制系統(tǒng)中的CAN/CAN智能網(wǎng)橋，以克服現(xiàn)有汽車電子控制技術(shù)的不足。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括微控制器、光電耦合器、CAN收發(fā)器、CAN接口和支持電路，其特點(diǎn)是還配備四個(gè)CAN接口，其中，有兩個(gè)CAN接口分別連接一個(gè)高速CAN子網(wǎng)和一個(gè)低速CAN子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)間報(bào)文信息的過(guò)濾、轉(zhuǎn)發(fā)；另外兩個(gè)CAN接口也分別連接相同的高速CAN子網(wǎng)和低速CAN子網(wǎng)，接收來(lái)自兩個(gè)子網(wǎng)中的與控制規(guī)則相關(guān)的報(bào)文信息，基于特定事件，通過(guò)微控制器的判斷處理形成控制規(guī)則，實(shí)現(xiàn)各ECU的智能協(xié)同控制。
所述的微控制器采用32位ARM微控制器，CAN收發(fā)器采用CAN高速收發(fā)器，CAN收發(fā)器通過(guò)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(fù)位電路構(gòu)成，CAN接口通過(guò)串行接口連接CAN收發(fā)器的CANL和CANH引腳。
所述的ARM微控制器采用32位ARM微控制器LPC2194；CAN收發(fā)器采用CAN高速收發(fā)器TJA1050；電源電路由二極管整流、RC濾波、78M05和SPX1ll7M3-1.8/3.3穩(wěn)壓芯片構(gòu)成；振蕩電路由11.0592MHz晶振構(gòu)成；復(fù)位電路由MAX708SD和74HC125芯片構(gòu)成；CAN接口通過(guò)RS232接口的2針和7針分別連接CAN收發(fā)器TJA1050的CANL和CANH引腳。
由于本發(fā)明集成了報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)和智能控制功能，使得本發(fā)明的有益效果是(1)實(shí)現(xiàn)信息在不同CAN子網(wǎng)的ECU之間共享；(2)控制規(guī)則的引入增強(qiáng)了汽車電子信息集成控制系統(tǒng)各ECU的智能協(xié)同控制能力，減輕了駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了誤操作概率；(3)提高汽車安全性、舒適性和環(huán)保性。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明與汽車電子信息集成控制系統(tǒng)各ECU的連接圖。
圖3為本發(fā)明的電源電路。
圖4為本發(fā)明的LPC2194 CAN控制器的初始化流程圖。
圖5為本發(fā)明的CAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的監(jiān)控程序流程圖。
圖6為本發(fā)明的開車門控制策略工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明是一個(gè)以ARM微控制器LPC2194為核心的軟硬件系統(tǒng)(見圖1)。LPC2194內(nèi)部集成4個(gè)CAN控制器，其中CANH_1和CANL_1兩個(gè)CAN控制器完成不同CAN子網(wǎng)的報(bào)文過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)功能，是本發(fā)明的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)模塊；CANH_2和CANL_2兩個(gè)CAN控制器完成執(zhí)行控制規(guī)則的功能，是本發(fā)明的智能控制模塊。對(duì)于CAN的接口電路部分，本發(fā)明采用了PHILIPS公司的TJA1050高速CAN總線收發(fā)器作為CAN總線的物理層接口芯片，采用LPC2194內(nèi)含的CAN數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議控制器作為CAN控制器。為了避免車內(nèi)的電磁干擾，微控制器LPC2194與TJA1050之間采用光電耦合器連接。
本發(fā)明有四個(gè)CAN接口(見圖2)，其中，有兩個(gè)CAN接口作為不同子網(wǎng)報(bào)文信息過(guò)濾、轉(zhuǎn)發(fā)接口使用，分別連接至高速CAN子網(wǎng)和低速CAN子網(wǎng)；另外兩個(gè)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(wǎng)和低速CAN子網(wǎng)。雖然數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和智能控制的CAN接口連接在同一總線上，但二者卻采用不同的CAN接口，這是因?yàn)閮烧吖ぷ鲿r(shí)需要的CAN數(shù)據(jù)信息是不同的。通過(guò)CAN/CAN智能網(wǎng)橋裝置轉(zhuǎn)發(fā)的是高速CAN子網(wǎng)和低速CAN子網(wǎng)之間需要共享的信息，而這些信息并不一定是實(shí)現(xiàn)智能控制功能所需的；反之亦然。除CAN/CAN智能網(wǎng)橋外，高速CAN子網(wǎng)連接的ECU還有發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)EEC、自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)ETC、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)ASR和電磁緩速制動(dòng)系統(tǒng)ECR等；除CAN/CAN智能網(wǎng)橋裝置外，低速CAN子網(wǎng)連接的ECU還有車身前控系統(tǒng)、車身后控系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、行駛記錄儀、空調(diào)系統(tǒng)、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(guān)信息的高實(shí)時(shí)性要求；低速CAN的傳輸速率為125kbps以下，以增加通信傳輸距離，提高抗干擾能力。本發(fā)明具有實(shí)現(xiàn)不同傳輸速率的CAN子網(wǎng)連接、不同CAN子網(wǎng)的報(bào)文過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)，以及產(chǎn)生和執(zhí)行控制規(guī)則的功能。
本發(fā)明的電源電路由車載電源24V通過(guò)CZ1接口進(jìn)入后連接二極管D1(見圖3)，整流后連接穩(wěn)壓芯片78M05的Vin引腳，電容器C1、C2、C3、C4構(gòu)成RC濾波電容，Vout引腳輸出穩(wěn)壓后的電壓5V；將產(chǎn)生的5V電壓分別通過(guò)穩(wěn)壓芯片輸出1.8V和3.3V供微控制器使用。由11.0592MHz晶振構(gòu)成振蕩電路；由MAX708SD和74HC125芯片構(gòu)成復(fù)位電路。
在圖4中，CAN控制器正常工作之前，需要對(duì)CAN控制器進(jìn)行初始化，首先需要將微控制器的相關(guān)管腳功能選擇為CAN，接著使能CAN并進(jìn)入復(fù)位模式，進(jìn)入復(fù)位模式后配置CANBTR設(shè)置波特率，并設(shè)置發(fā)送接收中斷入口、優(yōu)先級(jí)及中斷使能，同時(shí)配置全局驗(yàn)收過(guò)濾器LUT表，最后退出復(fù)位模式進(jìn)入正常模式，初始化完成后CAN控制器才能正常工作。
本發(fā)明的功能之一是實(shí)現(xiàn)兩條CAN總線之間的數(shù)據(jù)的過(guò)濾及轉(zhuǎn)發(fā)，由于控制網(wǎng)絡(luò)中對(duì)通訊的實(shí)時(shí)性的要求，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)要做到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間盡可能短。為了達(dá)到這一要求，本發(fā)明中數(shù)據(jù)的接收采用向量中斷(IRQ)方式。由于高速CAN的數(shù)據(jù)通訊量明顯高于低速CAN，因此將連接高速CAN的CANH_1接收優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高，而連接低速CAN的CANL_1接收優(yōu)先級(jí)次之。同時(shí)盡量精簡(jiǎn)中斷服務(wù)程序，使系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間盡量短。對(duì)應(yīng)兩路CAN設(shè)置了兩個(gè)FIFO的環(huán)形接收緩沖區(qū)，由于CANH_1的數(shù)據(jù)通訊量要高，因此CANH_1的FIFO環(huán)形接收緩沖區(qū)比CANL_1的大，這樣更適合實(shí)際情況。FIFO環(huán)形接收緩沖區(qū)中設(shè)置一個(gè)發(fā)送指針、一個(gè)接收指針和當(dāng)前數(shù)據(jù)幀數(shù)frameCount，當(dāng)frameCount為0時(shí)表明FIFO環(huán)形接收緩沖區(qū)是空的。接收中斷服務(wù)程序?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)放入FIFO環(huán)形接收緩沖區(qū)中并且修改接收指針和當(dāng)前數(shù)據(jù)幀數(shù)frameCount。
在圖5中，主監(jiān)控程序負(fù)責(zé)監(jiān)控兩個(gè)CAN控制器的FIFO環(huán)形接收緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)，如果其中一個(gè)CAN控制器的FIFO環(huán)形接收緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)則向另一個(gè)CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)。主監(jiān)控程序不斷查詢兩個(gè)CAN控制器的FIFO環(huán)形接收緩沖區(qū)中的當(dāng)前數(shù)據(jù)幀數(shù)frameCount標(biāo)志，如果非零立即向另一路發(fā)送數(shù)據(jù)，并且在子程序CANH_1SendToCANL_1()和CANL_1SendToCANH_1()中修改發(fā)送指針和當(dāng)前數(shù)據(jù)幀數(shù)。
本發(fā)明中的智能控制模塊存儲(chǔ)了一系列控制規(guī)則，每一條控制規(guī)則視其復(fù)雜程度由一個(gè)或多個(gè)功能函數(shù)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)特定事件發(fā)生時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的控制規(guī)則，調(diào)用功能函數(shù)，并控制執(zhí)行裝置動(dòng)作。汽車電子信息集成控制系統(tǒng)中加入控制規(guī)則后，將改變傳統(tǒng)汽車控制中從控制命令發(fā)出方直接流向接收方的信息流向，控制命令和狀態(tài)信息首先將到達(dá)CAN/CAN智能網(wǎng)橋的智能控制模塊，然后由智能控制模塊調(diào)用相應(yīng)的控制規(guī)則以決定是否和如何執(zhí)行該命令(即將命令再發(fā)送給接收方)。在圖6中，行車過(guò)程中為了保證乘客的安全，要求必須將車停穩(wěn)，即車速為0時(shí)，開車門才是有效的。
本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種汽車電子信息集成控制系統(tǒng)中的CAN/CAN智能網(wǎng)橋，包括微控制器、光電耦合器、CAN收發(fā)器、CAN接口和支持電路，其特征在于還配備四個(gè)CAN接口，其中，有兩個(gè)CAN接口分別連接一個(gè)高速CAN子網(wǎng)和一個(gè)低速CAN子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)間報(bào)文信息的過(guò)濾、轉(zhuǎn)發(fā)；另外兩個(gè)CAN接口也分別連接相同的高速CAN子網(wǎng)和低速CAN子網(wǎng)，接收來(lái)自兩個(gè)子網(wǎng)中的與控制規(guī)則相關(guān)的報(bào)文信息，基于特定事件，通過(guò)微控制器的判斷處理形成控制規(guī)則，實(shí)現(xiàn)各ECU的智能協(xié)同控制。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車電子信息集成控制系統(tǒng)中的CAN/CAN智能網(wǎng)橋，其特征在于微控制器采用32位ARM微控制器，CAN收發(fā)器采用CAN高速收發(fā)器，CAN收發(fā)器通過(guò)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(fù)位電路構(gòu)成，CAN接口通過(guò)串行接口連接CAN收發(fā)器的CANL和CANH引腳。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車電子信息集成控制系統(tǒng)中的CAN/CAN智能網(wǎng)橋，其特征在于微控制器采用32位ARM微控制器LPC2194；CAN收發(fā)器采用CAN高速收發(fā)器TJA1050；電源電路由二極管整流、RC濾波、78M05和SPX1117M3-1.8/3.3穩(wěn)壓芯片構(gòu)成；振蕩電路由11.0592MHz晶振構(gòu)成；復(fù)位電路由MAX708SD和74HC125芯片構(gòu)成；CAN接口通過(guò)RS232接口的2針和7針分別連接CAN收發(fā)器TJA1050的CANL和CANH引腳。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種汽車電子信息集成控制系統(tǒng)中的CAN/CAN智能網(wǎng)橋，包括微控制器、光電耦合器、CAN收發(fā)器、CAN接口和支持電路，其特點(diǎn)是還配備四個(gè)CAN接口，其中，有兩個(gè)CAN接口分別連接一個(gè)高速CAN子網(wǎng)和一個(gè)低速CAN子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)間報(bào)文信息的過(guò)濾、轉(zhuǎn)發(fā)；另外兩個(gè)CAN接口也分別連接相同的高速CAN子網(wǎng)和低速CAN子網(wǎng)，接收來(lái)自兩個(gè)子網(wǎng)中的與控制規(guī)則相關(guān)的報(bào)文信息，基于特定事件，通過(guò)微控制器的判斷處理形成控制規(guī)則，實(shí)現(xiàn)各ECU的智能協(xié)同控制。本發(fā)明的有益效果是(1)實(shí)現(xiàn)信息在不同CAN子網(wǎng)的ECU之間共享；(2)增強(qiáng)了汽車電子信息集成控制系統(tǒng)各ECU的智能協(xié)同控制能力；(3)提高汽車安全性、舒適性和環(huán)保性。
文檔編號(hào)H04L12/28GK101026527SQ20071005138
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者李剛炎, 胡劍, 周建華, 于翔鵬 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)