[摘  要] 本文介紹了基于CAN總線的智能車身網絡系統(tǒng)的設計，提出了舒適車身總線系統(tǒng)功能框架，并給出了車身中央控制器的硬件設計和功能描述，中央控制器采用MC68HC908AZ60控制器作為核心單元，應用智能觸點檢測模塊和集成電源模塊，節(jié)約系統(tǒng)資源，降低系統(tǒng)成本；通過光電隔離和優(yōu)化的EMC設計，有效的解決了系統(tǒng)抗干擾問題，經過試驗證實系統(tǒng)工作可靠。

[關鍵詞] CAN  車身電子  控制器

 
1.前言

隨著對車輛舒適性要求的提高和更多輔助智能功能的出現，ECU單元、執(zhí)行器、傳感器大量增加，為了限制線束重量和保證各電控單元協(xié)調工作，進行車身網絡化設計是必要的。

考慮到數據傳輸速率、協(xié)議機制、可靠性、容錯性和成本的要求，車內網絡的類型依賴于它們的應用領域，不同網絡類型的介紹和應用見表1。

表一  主流車輛網絡類型及應用

2. 系統(tǒng)的功能和框架

本文的車身總線系統(tǒng)功能主要包括電動車窗控制（帶有防夾功能）、中央集控鎖（帶有遙控功能）、防盜報警、電動后視鏡、雨刮器/洗滌泵控制及后視鏡除霜等，整個系統(tǒng)包括5個節(jié)點，采用低速CAN通信，波特率為100kbit/s，信息編碼采用SAEJ1939編碼規(guī)則。系統(tǒng)的框架結構如圖１。

圖1 車身總線系統(tǒng)網絡構架

其中中央控制器作為一個網關，采集各種開關和傳感器信號，通過CAN總線通信，協(xié)調整個系統(tǒng)的工作。

3.中央控制器的硬件設計

3.1 中央控制器的核心單元

核心單元采用freescale 的Mc68HC08AZ60,該芯片內部帶有60K的 flash memory ,2K的RAM，1K的eeprom用于系統(tǒng)保存故障信息，并且有SPI模塊和外圍的智能芯片通訊， 8位的A/D模塊，CAN控制器和定時器單元。中央控制器的硬件結構示意圖如圖2所示。

圖2 中央控制器的硬件結構示意圖

3.2 輸入量的調理和采集模塊

系統(tǒng)需要采集的輸入量包括脈沖量、開關量和模擬量。開關量包括組合燈光開關，前雨刷開關，洗滌泵開關，車內燈開關和起動鑰匙等大量的開關信號，為了節(jié)約系統(tǒng)資源，采用了MC33993觸點監(jiān)測模塊來擴展系統(tǒng)的I/O口，MC33993具有22路輸入，其中8路可以配置成接地或者接電源，其余14路為接地開關監(jiān)測，通過SPI與微控制器通訊，并且可以通過開關電平跳變觸發(fā)中斷喚醒，因為是接地檢測，無需采用光電隔離，極大的節(jié)約了資源，增強了系統(tǒng)的EMC性能。如圖3所示。

圖3  MC33993接線圖

車內溫度等模擬量傳感器由中央控制器供電，與外部信號經電氣隔離，經過低通濾波進入系統(tǒng)A/D模塊，因而可有效地防止外部干擾。

3.3 車速信號的采集

車速信號可以從儀表輸出得到，也可以采集車速傳感器器信號，安裝在變速器上的車速傳感器產生脈沖信號，經過隔離、電平轉換和整形后，進入TPU通道。TPU工作于輸入跳變計數(ITC)模式，通過2次跳變的時間差來檢測車速信號。需要注意的是車速傳感器可能是公用的，在設計過程中需要考慮從傳感器拉出電流的大小，如圖4所示。

圖4 車速傳感器的前端調理電路

3.4 通信接口模塊
 
為了實現整車有效控制和管理，各控制器之間需要信息共享，因此本系統(tǒng)的所有信息交換都采用CAN總線。低速CAN總線物理接口采用了系統(tǒng)集成電源模塊MC33889，其內部集成了低速CAN驅動器，并且提供系統(tǒng)5V的電源，與微控制器之間采用SPI通訊可以配置模塊的功能。

3.5 功率驅動模塊和電源模塊 

功率驅動主要是車內燈光和電機驅動，包括雨刷電機和洗滌泵電機。本設計采用的是基于VMOS管的智能驅動芯片MC33286和MC33486，MC33286具有2路輸出，每一路具有6 A輸出電流，并且具有短路、過溫和過壓等故障保護功能，故障信息可通過電流反饋標志端由微控制器讀取。MC33486具有2路輸出，每一路具有10 A輸出電流。這有利于系統(tǒng)的故障檢測和提高系統(tǒng)的安全可靠性。 

系統(tǒng)為了降低成本，沒有采用DC-DC電源隔離，而是選者了系統(tǒng)集成電源模塊MC33889,內部集成了CAN 驅動器，并且具有硬件看門狗功能，同時有2路的喚醒輸入和兩路5V輸出，可配置工作在4種模式（調式、正常、睡眠、停止）下，滿足系統(tǒng)的需求，降低功耗和增強系統(tǒng)的抗干擾性能。

4 系統(tǒng)的電磁兼容和可靠性設計 

因為中央控制器靠近點火系統(tǒng)，電磁干擾較大，在電源模塊上安裝了屏蔽殼，在電路中加入濾波和去耦電容。在電路設計、元器件布置和布線時，嚴格按照電磁兼容(EMC)的設計原則。電路板采用模塊化設計，模擬電路、數字電路和功率電路獨立布置，用地線將數字區(qū)與模擬區(qū)隔離，盡可能把干擾源與敏感器件(如單片機、存儲器等)遠離。盡量選用集成度高和表面安裝的元器件，以減少元器件數目、減小元件之間的連線長度、電路板的面積與高度，使印刷電路板布局簡單，因而大大降低了故障率和受干擾的可能性。

由于MC68HC908AZ60支持高級編程語言，軟件可以方便地采用分層結構和模塊化的設計思想，以及實時多任務的機制，因此可有效地提高系統(tǒng)的可靠性和實時性。除此之外，在細節(jié)上采取了以下措施：對模擬量采用畸值剔除和一階遞推濾波算法；對開關信號延時、防抖和多次校驗來防止誤操作；對控制量采用冗余技術確保操作的可靠性；對CAN上接受和發(fā)送的數據用閥值進行限制并判斷其有效性；采用Watch Dog和軟件陷阱來提高軟件運行失常時的自恢復能力。

5 總結

作為駕乘者舒適性的最集中體現，車身各部件控制的網絡化已成為必然的趨勢。本文開發(fā)的車身網絡通過了一些列試驗，結果證明了系統(tǒng)設計的正確性和可靠性。

參考文獻
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