CN2932844Y - 支持多总线连接的车身控制器 - Google Patents

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周时莹
张晋东
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Abstract

本实用新型涉及一种用于汽车自动控制的支持多总线连接的车身控制器，它是由基于微控制器运行的CAN、LIN、MOST和一线制总线之间互联的网关，控制信号处理模块，CAN控制模块，LIN控制模块，MOST控制模块和一线制控制模块组成，网关以数据传输的形式连接控制信号处理模块、CAN控制模块、LIN控制模块、MOST控制模块和一线制控制模块，接收上述模块发来的控制或反馈信号，根据控制或反馈信号携带的目的地址信息将其传输给相应的控制模块。本实用新型将动力传动控制***、车身控制***、车载多媒体控制***和故障诊断***集成为一个网络控制***，实现网络化连接和控制管理。

Description

支持多总线连接的车身控制器
技术领域
本实用新型涉及汽车自动控制技术设备，特别是一种支持CAN(Controller AreaNetwork控制器局域网络)、LIN(Local Interconnect Network局部连接网络)、MOST(MediaOriented Systems Transport媒体信息传送的网络标准)和“一线制”多种总线连接的车身控制器。
背景技术
为简化汽车自动控制***设备，尤其是为减少和简化继电器的使用，以及同样功能下线束结构的简化，以提高汽车生产线装配效率、减少行车故障、降低维护费用，是当前汽车设计专业所探求的技术热点之一。目前，有关该项技术改进状况基本如以下。
上海交通大学汽车电子技术研究所韦伦文、龚元明在“基于CAN/LIN车身总线的设计”(《机电一体化》2006年1期-27-31)一文中报道，作者设计的基于CAN/LIN总线的车身控制***，包括车门控制***、灯光控制***和仪表显示***。该***在低速LIN总线上设置了8个节点，可接收传感器输出的模拟信号、数字信号或开关信号，经ECU处理，转换为可在LIN总线上通信的数据报文格式，同时LIN收发器在ECU的控制下又能将此数据帧发送到LIN总线上，把从LIN总线上接收到的数据信息转换成能够驱动执行器或照明灯的模拟信号或数字信号。但其并未形成完整的车身控制***。
上海交通大学电气工程系姚雷等人设计开发了“基于CAN/LIN总线的车身电子电器网络化控制***”，由左、右前车灯模块，左、右后车灯模块，左、右后视镜模块，车项灯光控制模块，组合开关模块等组成。在车身控制网络的拓扑结构、各CAN/LIN控制模块的软硬件设计的基础上，研究了模块的智能驱动、冗余设计、抗干扰措施、异常保护、故障诊断和报警的软硬件实现方法，以及控制模块的低功耗设计等。完成的控制网络已在桑塔纳2000上进行了装车-(总线化车身控制及诊断***的设计《工业控制计算机》2005年12期71-72，74)。但该***没能做到对输入/输出装置控制信号综合连接的逻辑处理。
北京理工大学机械与车辆工程学院丁阳等人在“基于CAN/LIN的电动客车车身控制***研究”(《汽车电器》2006年2期-1-4，8)一文中报道，作者进行了CAN总线和LIN总线在电动大客车车身控制***中的应用研究，设计了车身网络***结构，选用Freescale(Motorola)公司的8位单片机68HC908GZ16为核心进行了节点硬件电路设计和软件设计，并对网络***进行了仿真和测试。但此套***适用用于大客车，并未在其他车型上得到装车试验。
清华大学自动化系华韬、阳宪惠、宋明浩设计了一个“基于CAN/LIN网络的汽车门锁控制***”。该***由一个作为CAN/LIN网关的主节点以及若干个控制各个车门锁的LIN子节点构成，汽车门锁采用无线遥控电子锁-(基于CAN/LIN网络的汽车门锁控制***《电子技术应用》2005年11期-29-32)。此***由网关作为主节点，影响了整个总线网络的拓扑结构、限制了网络的收发规则。
清华大学自动化系崔俊锋、袁涛在“车身混合网络中CAN/LIN网关的设计与实现”(《微计算机信息》2006年3期-201-204)一文中，提出了CAN/LIN网关的一种设计方案及网关硬件、软件的实现方法，并运用虚拟CAN节点的设计思想，实现了混合网络一致、透明的数据通讯。此***仅实现了低速CAN/LIN网段的网关转换功能，没有加入高速CAN控制的动力传动***和安全检测***的连接，有局限性。
上海交通大学电气工程系黄曲菜等人在“基于CAN总线/LIN总线的车身控制***”一文中提出了汽车低成本的CAN/LIN混合网络体系，并设计了CAN/LIN数据交换的网关，使车内网络数据充分共享-(《工业控制计算机》2004年10期-5-7)。该***加入了发动机控制***、动力转向***等高速CAN总线网络，但应用控制器控制高速CAN总线，没有实现自动网络通信。
浙江中科正方电子技术有限公司的“汽车车身CAN总线控制***”发明专利申请(申请号：200410087673.1)，仅实现了CAN-LIN转换的网关。
以上现有基于现场总线的车身控制***，都是应用CAN-LIN网关、通过CAN、LIN接口与CAN、LIN控制模块相连接，通过各总线网络控制单元，实现对车门、车灯等低速车身部件的控制。存在着如下的缺陷：其协议转换功能单一、连接的总线协议仅限于低速CAN和LIN、控制信号综合由复杂的继电器逻辑实现、车上各个组成部件分散工作、独立控制。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种支持多总线连接的车身控制器，将动力传动控制***、车身控制***、车载多媒体控制***和故障诊断***集成为一个网络控制***，实现网络化连接和控制管理。
本实用新型支持多总线连接的车身控制器，其特征在于包括基于微控制器运行的CAN、LIN、MOST和一线制总线之间互联的网关，控制信号处理模块，CAN控制模块，LIN控制模块，MOST控制模块和一线制控制模块；
其中，控制信号处理模块的一端通过并行口或模拟量接口连接车身控制输出设备，接收车身控制输出设备发出的控制信号做滤波、电平转换处理，另一端与网关连接，将处理过的控制信号传给网关，再一端通过并行口或模拟量接口连接车身控制反馈设备，将网关传回的反馈信号经过电平转换处理发送给车身控制反馈设备；
网关以数据传输的形式连接控制信号处理模块、CAN控制模块、LIN控制模块、MOST控制模块和一线制控制模块，接收上述模块发来的控制或反馈信号，根据控制或反馈信号携带的目的地址信息将其传输给相应的控制模块；
CAN控制模块的一端以数据传输的形式与网关相连接，CAN控制模块从网关接收控制信号，按CAN总线协议格式将控制信号打包成CAN数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的CAN总线接口分别连接高速CAN总线***和低速CAN总线***，输出CAN控制信号数据帧，同时接收高速CAN总线***和低速CAN总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制；
LIN控制模块的一端以数据传输的形式与网关相连接，LIN控制模块从网关接收控制信号，按LIN总线协议格式将控制信号打包成LIN数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的LIN总线接口连接LIN总线***，输出LIN控制信号数据帧，同时接收LIN总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制；
MOST控制模块的一端以数据传输的形式与网关相连接，MOST控制模块从网关接收控制信号，按MOST总线协议格式将控制信号打包成MOST数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的MOST总线接口连接MOST总线***，输出MOST控制信号数据帧，同时接收控制信号总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制；
一线制控制模块的一端以数据传输的形式与网关相连接，一线制控制模块从网关接收控制信号，按一线制总线协议格式将控制信号打包成一线制数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的一线制总线接口连接一线制总线***，输出一线制控制信号数据帧，同时接收控制信号总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制。
本实用新型支持多总线连接的车身控制器的工作原理是：
网关作为车上网络控制微控制器的软件功能核心，把控制信号处理模块接收到的控制信号通过CAN控制模块、LIN控制模块、MOST控制模块和“一线制”控制模块，发送到相应电气部件所在车上子控制***的总线网络上，实现控制；同时将此控制信号的执行反馈信号传给控制反馈设备，实现现场数据采集和控制反馈。其信号处理流程为：
控制输出设备(如车窗升降按钮等)发出的控制信号(如升起左前车窗等)到达微控制器后，首先由控制信号处理模块做滤波、电平转换处理后发送给网关。之后网关根据收到的控制信号要控制的电气部件所在的总线不同，调度不同控制模块将此控制信号传输到其相应的车上子控制***；如果控制信号要发送到CAN总线，CAN控制模块就从网关接收控制信号，按CAN总线协议格式将控制信号打包成CAN数据帧，再通过微控制器芯片SPI端口
Figure Y20062002907100051
SPIMISO0、SPIMOSI0、SPICLK0引脚把控制信号发送给CAN网络收发器，再传到CAN总线网络上的电气部件，控制基于高速CAN总线的动力传动***(如车速采集等)、基于低速CAN总线上的故障诊断***和部分车身控制***(如空调***、座椅等)；如果控制信号要发送到LIN总线，LIN控制模块从网关接收控制信号，按LIN总线协议格式打包成LIN数据帧，再通过微控制器芯片的串行接口进行电平转换，经过LIN网络收发器把控制信号发送给LIN总线网络上的电气部件，控制基于LIN总线的车身控制***(如车窗、车门、车灯等)；如果控制信号要发送到MOST总线，MOST控制模块从网关接收控制信号，按MOST总线协议格式打包成MOST数据帧，再通过微控制器芯片的I2CSCL、I2CSDA引脚与负责MOST网络传输控制的I2C接口连接，将微控制器芯片的I2SLRCK、I2SSCLK、CDCLK、I2SSDI、I2SSDO引脚与负责MOST网络数据传输的I2S接口连接，经过MOST网络控制器把控制信号发送给MOST总线网络上的电气部件，控制基于MOST总线的车载多媒体控制***(如MOST多媒体播放器)；如果控制信号发往“一线制”总线，“一线制”控制模块就从网关接收控制信号，按“一线制”总线协议格式打包成“一线制”数据帧，再通过微控制器芯片的主4514和J4514引脚把控制信号发送给“一线制”控制器，实现与“一线制”控制器连接并对其进行控制；然后CAN控制模块、LIN控制模块、MOST控制模块和“一线制”控制模块接收电气部件的执行反馈信号(如车速信息等)数据帧，将其解包生成反馈信号再传给网关，网关通过控制信号处理模块将反馈信号进行电平转换，再传送到控制反馈设备(如仪表显示盘等)进行进一步处理。
本项目从***功能上有两个关键技术，一个是CAN、LIN、MOST及“一线制”连接及互联网关；一个是车身电子电气控制信号综合与转换技术。通过使用基于微控制器的车身控制单元解决这两个问题。
从网络连接角度，基于微控制器的控制单元可以通过控制信号处理模块、CAN控制模块、LIN控制模块、MOST控制模块和“一线制”控制模块连接到控制输出设备、控制反馈设备和CAN、LIN、MOST、“一线制”总线网络上，也就实现了与这些网络的连接，并且通过软件实现网络协议转换，实现与各种车上电气部件的网络化连接和控制传输，实现网关功能，解决总线网络传输和信号获取问题。
对于车身电子电器控制信号综合与转换技术，使用基于微控制器的控制单元，通过软件实现各种控制功能的信号综合与转换逻辑。解决方案为：由通信模块、传感器信号分离模块、实时数据库、控制器模块和执行器信号传输模块组成。通信模块为通过各种总线的传输信号进行打包解包；对于传到微控制器的信息，由传感器信号分离模块解包，分离出各种传感器信号送入实时数据库；实时数据库将这些信号分别传给控制器模块；由控制器模块根据控制策略(控制算法)计算出控制信号后回传给实时数据库；然后传到执行器信号传输模块进行打包；再送给通信模块传送到相应的被控单元。这样不仅可以实现复杂的、传统继电器传输方式无法实现的信号综合关系，而且简化了驱动部分的逻辑，可以灵活调整输出控制信号的逻辑关系，易于扩展和向不同车型上推广。
采用本实用新型支持多总线连接的车身控制器，将动力传动电子控制***(高速CAN)、故障诊断***(低速CAN)、车身控制***(低速CAN和LIN)和车载多媒体控制***(MOST)连接成为车上网络控制***，支持“一线制”控制器的连接。本项技术通过支持车身设备使用的多种总线的连接，可以实现多种不同总线标准的车身设备在同一车上根据价格等性能优化选配，实现各种总线标准设备间的信息共享和设备互联。采用微控制器控制完成车上各种信号的输入、信号综合以及控制功能，实现任何复杂的控制信号综合关系；输入输出信号调整灵活，并且支持大功率半导体器件的使用，减少甚至不用继电器，减少了有色金属的使用。
附图说明
图1为本实用新型支持多总线连接的车身控制器构成原理框图；
图2为本实用新型电路原理图。
具体实施方法
参照图1，本实用新型支持多总线连接的车身控制器，其特征在于包括基于微控制器运行的CAN、LIN、MOST和一线制总线之间互联的网关，控制信号处理模块，CAN控制模块，LIN控制模块，MOST控制模块和一线制控制模块；
其中，控制信号处理模块的一端通过并行口或模拟量接口连接车身控制输出设备，接收车身控制输出设备发出的控制信号做滤波、电平转换处理，另一端与网关连接，将处理过的控制信号传给网关，再一端通过并行口或模拟量接口连接车身控制反馈设备，将网关传回的反馈信号经过电平转换处理发送给车身控制反馈设备；
网关以数据传输的形式连接控制信号处理模块、CAN控制模块、LIN控制模块、MOST控制模块和一线制控制模块，接收上述模块发来的控制或反馈信号，根据控制或反馈信号携带的目的地址信息将其传输给相应的控制模块；
CAN控制模块的一端从网关接收控制信号，按CAN总线协议格式将控制信号打包成CAN数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的CAN总线接口(即微控制器芯片SPI端口的 SPIMISO0、SPIMOSI0、SPICLK0引脚)分别连接高速CAN总线***(即动力传动***)和低速CAN总线***(故障诊断***、车身控制***)，输出CAN控制信号数据帧，同时接收高速CAN总线***和低速CAN总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制；
LIN控制模块的一端从网关接收控制信号，按LIN总线协议格式将控制信号打包成LIN数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的LIN总线接口(即微控制器芯片的串行接口)连接LIN总线***(车身控制***)，输出LIN控制信号数据帧，同时接收LIN总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制；
MOST控制模块的一端从网关接收控制信号，按MOST总线协议格式将控制信号打包成MOST数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的MOST总线接口(即微控制器芯片I2C接口的I2CSCL、I2CSDA引脚和I2S接口的I2SLRCK、I2SSCLK、CDCLK、I2SSDI、I2SSDO引脚)连接MOST总线***(车载多媒体控制***)，输出MOST控制信号数据帧，同时接收控制信号总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制；
一线制控制模块的一端从网关接收控制信号，按一线制总线协议格式将控制信号打包成一线制数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的一线制总线接口(即微控制器芯片的主4514和J4514引脚)连接一线制总线***，输出一线制控制信号数据帧，同时接收控制信号总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制。
参照图2，以ARM9微控制器作为车身控制器的实施例，对本实用新型的电路组成作进一步说明，CAN收发器芯片选用MCP251，MOST控制器芯片选用OS8104，LIN收发器芯片选用TJA1020。
控制输出设备和控制反馈设备与ARM9微控制器的并口SDI相连，ARM9微控制器接收控制输出设备发出的控制信号，进行信号综合与电平转换，分析控制信号的去向；如果控制信号要传到CAN总线，ARM9微控制器通过SPI端口
Figure Y20062002907100081
GPE11～13与CAN收发器MCP2510相连接，将控制信号发送到CAN总线网络上的电气部件；如果控制信号要传到MOST总线，ARM9微控制器通过GPE14～15、GPE0～4端口分别连接负责MOST收发控制和媒体传输的I2C和I2S接口，经过MOST控制器芯片OS8104将控制信号发送到MOST总线网络的多媒体播放器；如果控制信号要传到LIN总线，ARM9微控制器的串行接口TX/RX通过RS232口实现电平转换，再通过LIN收发器TJA1020将控制信号发送到LIN总线网络上的电气部件；如果控制信号要传到“一线制”控制器，ARM9微控制器通过主4514和J4514引脚连接“一线制”控制器，通过“一线制”控制器连接模块运行“一线制”协议实现对“一线制”控制器的控制；ARM9微控制器接收电气部件执行控制信号后的反馈信号，通过并口传给反馈输出设备等待显示或处理。

Claims (2)

1.一种支持多总线连接的车身控制器，其特征在于包括基于微控制器运行的CAN、LIN、MOST和一线制总线之间互联的网关，控制信号处理模块，CAN控制模块，LIN控制模块，MOST控制模块和一线制控制模块；
其中，控制信号处理模块的一端通过并行口或模拟量接口连接车身控制输出设备，接收车身控制输出设备发出的控制信号做滤波、电平转换处理，另一端与网关连接，将处理过的控制信号传给网关，再一端通过并行口或模拟量接口连接车身控制反馈设备，将网关传回的反馈信号经过电平转换处理发送给车身控制反馈设备；
网关以数据传输的形式分别连接控制信号处理模块、CAN控制模块、LIN控制模块、MOST控制模块和一线制控制模块，接收上述模块发来的控制或反馈信号，根据控制或反馈信号携带的目的地址信息将其传输给相应的控制模块；
CAN控制模块的一端从网关接收控制信号，按CAN总线协议格式将控制信号打包成CAN数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的CAN总线接口分别连接高速CAN总线***和低速CAN总线***，输出CAN控制信号数据帧，同时接收高速CAN总线***和低速CAN总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制；
LIN控制模块的一端从网关接收控制信号，按LIN总线协议格式将控制信号打包成LIN数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的LIN总线接口连接LIN总线***，输出LIN控制信号数据帧，同时接收LIN总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制；
MOST控制模块的一端从网关接收控制信号，按MOST总线协议格式将控制信号打包成MOST数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的MOST总线接口连接MOST总线***，输出MOST控制信号数据帧，同时接收控制信号总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制；
一线制控制模块的一端从网关接收控制信号，按一线制总线协议格式将控制信号打包成一线制数据帧，另一端通过微控制器芯片设置的一线制总线接口连接一线制总线***，输出一线制控制信号数据帧，同时接收控制信号总线***发出的反馈信号数据帧，将其解包生成反馈信号发往网关，实现现场信号的采集和电气部件的控制。
2、根据权利要求1所述的支持多总线连接的车身控制器，其特征在于是由微控制器芯片SPI端口的
Figure Y2006200290710002C1
SPIMISOO、SPIMOSIO、SPICLKO引脚作为所述微控制器芯片的CAN总线接口；由微控制器芯片的串行接口作为所述的微控制器芯片LIN总线接口；由微控制器芯片I2C接口的I2CSCL、I2CSDA引脚和I2S接口的I2SLRCK、I2SSCLK、CDCLK、I2SSDI、I2SSDO引脚作为所述的微控制器芯片MOST总线接口；由微控制器芯片的主4514和J4514引脚作为所述的微控制器芯片一线制总线接口。
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