CN101474983B - 一种具有辅助中控功能的重型汽车can总线控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有辅助中控功能的重型汽车CAN总线控制系统，包括车身中央控制器(CU1)、组合仪表(IC2)和车身负载驱动器(FU3)，车身中央控制器(CU1)通过两根CAN通信线CANH和CANL及握手信号线5和握手信号线6与组合仪表(IC2)连接，组合仪表(IC2)通过CAN总线与车身负载驱动器(FU3)连接，组合仪表(IC2)的内部配置一辅助中控模块(ACU4)，当车身中央控制器(CU1)发生故障时，辅助中控模块(ACU4)被激活，临时替代车身中央控制器(CU1)的基本功能，组织车身控制基本的报文向车身负载驱动器(FU3)发送，解决了在车身中央控制器(CU1)发生不可恢复的硬件故障时，车身总线系统的控制将处于瘫痪状态，车灯无法打开，导致汽车必须立即停车甚至再也无法启动的问题。
Description
技术领域
本发明属于汽车电子应用领域，具体涉及一种具有辅助中控功能的重型汽车CAN总线控制系统。
背景技术
随着集成电路和嵌入式电脑在现代汽车上的广泛应用，汽车上由电子控制单元(ECU)控制的部件数量越来越多。电控装置的采用一方面提高和改善了整车的各方面性能，另一方面也带来了一些新问题，随着电子装置的不断增加，整车的电气线路越来越庞大和复杂，各系统间信息难以共享、各系统间无法协调工作等。为解决上述问题，国外的汽车整车和零部件制造商借鉴计算机总线的概念开发了汽车总线技术，以网络系统的方式连接各操纵和控制单元，使整车所有电子控制系统做到资源共享，互相协调，使整车汽车电子系统集成为一个统一的功能平台。CAN总线技术是目前汽车控制领域应用最为广泛的一种汽车总线技术。
随着我国国III排放标准和欧III排放标准的逐步实施，越来越多的重型汽车将采用电喷发动机。对于装配了电喷发动机的重型汽车，由于发动机与车身的其他网络节点如ABS系统、空气悬挂系统、空调系统等存在着大量数据信息交换和共享，为了保证通信的实时性和可靠性，将CAN总线技术应用于重型汽车控制已成为一种必然趋势。
目前，国内开发的重型汽车CAN总线控制系统产品主要包括车身中央控制器CU和组合仪表IC和车身负载驱动器三部分。作为车身总线网关的车身中央控制器，它一方面可以与车辆动力总成如电控发动机、防抱死刹车系统ABS/ASR的电控单元实现信息交流和共享，另一方面车身中央控制器需要通过采集包括组合灯光开关，雨刮/洗涤开关，车内灯开关和钥匙开关等大量的开关信号，实现对车身电器的控制功能。此外，某些情况下，车身中央控制器还需要采集一些传感器信号如车速传感器信号、油量传感器信号、气压传感器信号等，将车速、燃油量和制动气压等信号通过CAN总线发送给组合仪表。组合仪表解析接收到的来自车身中央控制器的消息，将车速、发动机转速、燃油量、发动机水温等信号通过指针式仪表显示出来，同时将汽车当前存在的故障报警信息以液晶显示和蜂鸣器报警的方式提示驾驶员。车身负载驱动器接收并解析车身中央控制器发送的各种开关量报文，完成相应车身负载如各种电磁阀、车灯、雨刮/喷淋电机等的控制。可见车身中央控制器是后台信息处理的中央枢纽，其作用和地位十分重要。
对于市场上现有的重型汽车CAN总线产品而言，当车身中央控制器发生不可恢复的硬件故障，尤其在夜间或者恶劣天气下行车时，车身总线系统的控制将处于瘫痪状态，车灯无法打开，从而导致汽车必须立即停车甚至再也无法启动，这会给正常的生产和生活带来极大的不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出了一种具有辅助中控功能的重型汽车CAN总线控制系统，解决了在中央控制器发生不可恢复的硬件故障时，车身总线系统的控制将处于瘫痪状态，车灯无法打开，导致汽车必须立即停车甚至再也无法启动的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种具有辅助中控功能的重型汽车CAN总线控制系统，包括车身中央控制器CU1、组合仪表IC2和车身负载驱动器FU3，车身中央控制器CU1通过两根CAN通信线CANH和CANL及握手信号线5和握手信号线6与组合仪表IC2连接，组合仪表IC2通过CAN总线与车身负载驱动器FU3连接。
所说的组合仪表IC2的内部配置一辅助中控模块ACU4。
所说的辅助中控模块ACU4的电路包括光藕U1和U2，其具体电路是：
钥匙开关15档10输入经过电阻R1连接到光藕U1的第1引脚，电阻R5连接在光藕U1的第1引脚和第2引脚之间，光藕U1的第2引脚接至地GND，电阻R5的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护，光藕U1的第16引脚经过电阻R9接至电源+5V，光藕U1的第15引脚接至地DGND；
钥匙开关50档11输入经过电阻R2连接到光藕U1的第3引脚，电阻R6连接在光藕U1的第3引脚和第4引脚之间；光藕U1的第4引脚接至地GND；电阻R6的作用是防止输入信号反接时，对光藕 U1前级发光二级管进行保护，光藕U1的第14引脚经过电阻R10接至电源+5V，光藕U1的第13引脚接至地DGND；
制动灯开关12输入经过电阻R3连接到光藕U1的第5引脚，电阻R7连接在光藕U1的第5引脚和第6引脚之间；光藕U1的第6引脚接至地GND；电阻R7的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护，光藕U1的第12引脚经过电阻R11接至电源+5V，光藕U1的第11引脚接至地DGND；
倒档开关13输入经过电阻R4连接到光藕U1的第7引脚，电阻R8连接在光藕U1的第7引脚和第8引脚之间；光藕U1的第8引脚接至地GND；电阻R8的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护，光藕U1的第10引脚经过电阻R12接至电源+5V，光藕U1的第9引脚接至地DGND；
空档开关14输入经过电阻R13连接到光藕U2的第1引脚，电阻R17连接在光藕U2的第1引脚和第2引脚之间；光藕U2的第2引脚接至地GND；电阻R17的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护，光藕U2的第16引脚经过电阻R21接至电源+5V，光藕U2的第15引脚接至地DGND；
危机报警开关15输入经过电阻R14连接到光藕U2的第3引脚，电阻R18连接在光藕U2的第3引脚和第4引脚之间；光藕U2的第4引脚接至地GND；电阻R18的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护，光藕U2的第14引脚经过电阻R22接至电源+5V，光藕U2的第13引脚接至地DGND；
左转向开关16输入经过电阻R15连接到光藕U2的第5引脚，电阻R19连接在光藕U2的第5引脚和第6引脚之间；光藕U2的第6引脚接至地GND；电阻R19的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护，光藕U2的第12引脚经过电阻R23接至电源+5V，光藕U2的第11引脚接至地DGND；
右转向开关17输入经过电阻R16连接到光藕U2的第7引脚，电阻R20连接在光藕U2的第7引脚和第8引脚之间；光藕U2的第8引脚接至地GND；电阻R20的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护，光藕U2的第10引脚经过电阻R24接至电源+5V，光藕U2的第9引脚接至地DGND；
通过上述连接，将钥匙开关15档10、钥匙开关50档11、制动灯开关12、倒档开关13、空档开关14、危机报警开关15、左转向开关16和右转向开关17的信号经过光藕U1和光藕U2的电平转换，最终采集至组合仪表IC2的单片IO端口。
由于安装了具有辅助中控功能的重型汽车CAN总线系统，解决了在中央控制器发生不可恢复的硬件故障时，车身总线系统的控制将处于瘫痪状态，车灯无法打开，导致汽车必须立即停车甚至再也无法启动的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明通信过程中握手信号端口的电平示意图。
图3为辅助中控模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
参见图1，一种具有辅助中控功能的重型汽车CAN总线控制系统，包括车身中央控制器CU1、组合仪表IC2和车身负载驱动器FU3三部分，这三部分通过CAN总线CANH和CANL两两互连。
步进电机式仪表7连接至组合仪表IC2，用来指示汽车行驶时的发动机转速、车速、发动机水温、燃油量等参数；组合仪表IC2上连接的信号指示灯8用来反映汽车行驶中的工作状态和报警信息；液晶显示9通过图形和文字的方式将汽车的工作状态更加形象的提供给驾驶员。辅助中控模块ACU4集成在组合仪表IC2内部。
车身中央控制器CU1上挂接车身传感器输入19和车身开关量输入20，采集汽车行驶中的各个信号量，并将这些信号值组织成CAN报文，发送给组合仪表IC2和车身负载驱动器3。
车身负载驱动器FU3通过CAN总线接收到车身中央控制器CU1的报文，解析报文内容，去控制与其连接的车身负载18工作。
将钥匙开关15档10、钥匙开关50档11、制动灯开关12、倒档开关13、空档开关14、危机报警开关15、左转向开关16和右转向开关17的输入接至辅助中控模块ACU4和车身中央控制器CU1；辅助中控模块ACU4通过握手信号线5和握手信号线6与车身中央控制器CU1相连。
握手信号线5与组合仪表IC2连接的单片机端口为H1，与车身中央控制器CU1相连的单片机端口号为H11。握手信号线6与组合 仪表IC2连接的单片机端口为H11，与车身中央控制器CU1相连的单片机端口号为H21。
本发明的工作原理是：组合仪表IC2定时检测车身中央控制器CU1通过握手信号返回的电平信号跳边。如果在规定时间内，组合仪表IC2未能检测到车身中央控制器CU1返回的握手信号电平发生跳变，则认为车身中央控制器CU1发生了故障；此时，辅助中控模块ACU4的功能被激活。辅助中控模块ACU4能独立的采集汽车钥匙开关15档10、钥匙开关50档11、制动灯开关12、倒档开关13、空档开关14、危机报警开关15、左转向开关16和右转向开关17的信号。当车身中央控制器CU1发生不可恢复的硬件故障时，组合仪表IC2中的辅助中控模块ACU4通过采集这些基本的行车控制信号，临时替代车身中央控制器CU1向网络中的车身负载控制节点发送CAN控制报文。车身负载驱动器FU3接收到包含辅助中控信息的CAN报文并加以解析，分别去控制相应的车身负载18，从而保证驾驶员能继续驾驶汽车至维修站，及时维修。
图2为辅助中控模块ACU4与车身中央控制器CU1通过握手信号线5和握手信号线6进行通信的过程。
系统初始化时，将端口H1设置为输出低电平状态，端口H2设置为输入状态。将端口H11设置为输入状态，端口H21设置为输出高电平状态。由于端口H1和端口H11通过握手信号线5直接相连，所以车身中央控制器CU1中单片机在端口H11检测到的初始电平为低。同样，由于端口H2和端口H21通过握手信号线2直接相连，所 以组合仪表IC2中单片机在端口H21检测到的初始电平为高。
组合仪表IC2中的单片机每3秒内改变1次端口H1的电平。从第一次检测到端口H11电平发生跳变开始，以后每隔3秒，如果车身中央控制器CU1单片机检测到端口H11的电平发生跳变，那么就将端口H21的输出电平跳变一次。这里所说的端口电平跳变是指从逻辑高电平变为低电平或者从逻辑低电平变为高电平。从第一次检测到端口H2的电平发生跳变开始计时，以后每隔3秒钟，如果组合仪表IC2单片机检测到端口H2电平都发生跳变，那么表明车身中央控制器CU1正常工作。否则，如果组合仪表IC2单片机检测到的端口H2电平持续12秒钟都未发生变化，那么组合仪表IC2认定车身中央控制器CU1发生了故障。此时，辅助中控模块ACU4被激活，在网络中临时替代车身中央控制器CU1发送控制报文，保证实现车身控制的基本功能。
图3为辅助中控模块ACU4的电路原理图。
由于车身上使用的电源系统为24V，而单片机供电电源为5V系统，所以在辅助中控模块ACU4的电路中，采用光藕U1和U2作为电平转换，其具体电路是：
钥匙开关15档10输入经过电阻R1连接到光藕U1的第1引脚，电阻R5连接在光藕U1的第1引脚和第2引脚之间，光藕U1的第2引脚接至地GND，电阻R5的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护，光藕U1的第16引脚经过电阻R9接至电源+5V，光藕U1的第15引脚接至地DGND；
钥匙开关50档11输入经过电阻R2连接到光藕U1的第3引脚，电阻R6连接在光藕U1的第3引脚和第4引脚之间；光藕U1的第4引脚接至地GND；电阻R6的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护。光藕U1的第14引脚经过电阻R10接至电源+5V，光藕U1的第13引脚接至地DGND；
制动灯开关12输入经过电阻R3连接到光藕U1的第5引脚，电阻R7连接在光藕U1的第5引脚和第6引脚之间；光藕U1的第6引脚接至地GND；电阻R7的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护；光藕U1的第12引脚经过电阻R11接至电源+5V，光藕U1的第11引脚接至地DGND；
倒档开关13输入经过电阻R4连接到光藕U1的第7引脚，电阻R8连接在光藕U1的第7引脚和第8引脚之间；光藕U1的第8引脚接至地GND；电阻R8的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护。光藕U1的第10引脚经过电阻R12接至电源+5V，光藕U1的第9引脚接至地DGND；
空档开关14输入经过电阻R13连接到光藕U2的第1引脚，电阻R17连接在光藕U2的第1引脚和第2引脚之间；光藕U2的第2引脚接至地GND；电阻R17的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护。光藕U2的第16引脚经过电阻R21接至电源+5V，光藕U2的第15引脚接至地DGND；
危机报警开关15输入经过电阻R14连接到光藕U2的第3引脚，电阻R18连接在光藕U2的第3引脚和第4引脚之间；光藕U2的第 4引脚接至地GND；电阻R18的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护。光藕U2的第14引脚经过电阻R22接至电源+5V，光藕U2的第13引脚接至地DGND；
左转向开关16输入经过电阻R15连接到光藕U2的第5引脚，电阻R19连接在光藕U2的第5引脚和第6引脚之间；光藕U2的第6引脚接至地GND；电阻R19的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护。光藕U2的第12引脚经过电阻R23接至电源+5V，光藕U2的第11引脚接至地DGND；
右转向开关17输入经过电阻R16连接到光藕U2的第7引脚，电阻R20连接在光藕U2的第7引脚和第8引脚之间；光藕U2的第8引脚接至地GND；电阻R20的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护。光藕U2的第10引脚经过电阻R24接至电源+5V，光藕U2的第9引脚接至地DGND；
通过上述连接，将钥匙开关15档10、钥匙开关50档11、制动灯开关12、倒档开关13、空档开关14、危机报警开关15、左转向开关16和右转向开关17的信号经过光藕U1和光藕U2的电平转换，最终采集至组合仪表IC2的单片IO端口。
Claims (2)
1.一种具有辅助中控功能的重型汽车CAN总线控制系统，包括车身中央控制器(CU1)、组合仪表(IC2)和车身负载驱动器(FU3)，车身中央控制器(CU1)通过两根CAN通信线CANH和CANL及握手信号线1(5)和握手信号线2(6)与组合仪表(IC2)连接，组合仪表(IC2)通过CAN总线与车身负载驱动器(FU3)连接，所述的组合仪表(IC2)的内部配置一辅助中控模块(ACU4)，所述的辅助中控模块(ACU4)的电路包括光藕U1和U2，其具体电路是：
钥匙开关15档(10)输入经过电阻R1连接到光藕U1的第1引脚，电阻R5连接在光藕U1的第1引脚和第2引脚之间，光藕U1的第2引脚接至地(GND)；电阻R5的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护；光藕U1的第16引脚经过电阻R9接至电源+5V，光藕U1的第15引脚接至地(DGND)；
钥匙开关50档(11)输入经过电阻R2连接到光藕U1的第3引脚，电阻R6连接在光藕U1的第3引脚和第4引脚之间，光藕U1的第4引脚接至地(GND)；电阻R6的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护；光藕U1的第14引脚经过电阻R10接至电源+5V，光藕U1的第13引脚接至地(DGND)；
制动灯开关(12)输入经过电阻R3连接到光藕U1的第5引脚，电阻R7连接在光藕U1的第5引脚和第6引脚之间；光藕U1的第6引脚接至地(GND)；电阻R7的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护；光藕U1的第12引脚经过电阻R11接至电源+5V，光藕U1的第11引脚接至地(DGND)；
倒档开关(13)输入经过电阻R4连接到光藕U1的第7引脚，电阻R8连接在光藕U1的第7引脚和第8引脚之间；光藕U1的第8引脚接至地(GND)；电阻R8的作用是防止输入信号反接时，对光藕U1前级发光二级管进行保护；光藕U1的第10引脚经过电阻R12接至电源+5V，光藕U1的第9引脚接至地(DGND)；
空档开关(14)输入经过电阻R13连接到光藕U2的第1引脚，电阻R17连接在光藕U2的第1引脚和第2引脚之间；光藕U2的第2引脚接至地(GND)；电阻R17的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护；光藕U2的第16引脚经过电阻R21接至电源+5V，光藕U2的第15引脚接至地(DGND)；
危机报警开关(15)输入经过电阻R14连接到光藕U2的第3引脚，电阻R18连接在光藕U2的第3引脚和第4引脚之间；光藕U2的第4引脚接至地(GND)；电阻R18的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护；光藕U2的第14引脚经过电阻R22接至电源+5V，光藕U2的第13引脚接至地(DGND)；
左转向开关(16)输入经过电阻R15连接到光藕U2的第5引脚，电阻R19连接在光藕U2的第5引脚和第6引脚之间；光藕U2的第6引脚接至地(GND)；电阻R19的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护；光藕U2的第12引脚经过电阻R23接至电源+5V，光藕U2的第11引脚接至地(DGND)；
右转向开关(17)输入经过电阻R16连接到光藕U2的第7引脚，电阻R20连接在光藕U2的第7引脚和第8引脚之间；光藕U2的第8引脚接至地(GND)；电阻R20的作用是防止输入信号反接时，对光藕U2前级发光二级管进行保护；光藕U2的第10引脚经过电阻R24接至电源+5V，光藕U2的第9引脚接至地(DGND)；
通过上述连接，将钥匙开关15档(10)、钥匙开关50档(11)、制动灯开关(12)、倒档开关(13)、空档开关(14)、危机报警开关(15)、左转向开关(16)和右转向开关(17)的信号经过光藕U1和光藕U2的电平转换，最终采集至组合仪表(IC2)的单片IO端口。
2.根据权利要求1所述的一种具有辅助中控功能的重型汽车CAN总线控制系统，握手信号线1(5)与组合仪表连接的单片机端口为H1，握手信号线1(5)与车身中央控制器相连的单片机端口号为H11，握手信号线2(6)与组合仪表连接的单片机端口为H2，握手信号线2(6)与车身中央控制器CU1相连的单片机端口号为H21，
所述的辅助中控模块(ACU4)与车身中央控制器(CU1)通过握手信号线1(5)和握手信号线2(6)进行通信的过程如下：
系统初始化时，将端口H1设置为输出低电平状态，端口H2设置为输入状态；将端口H11设置为输入状态，端口H21设置为输出高电平状态；
组合仪表(IC2)中的单片机在规定时间t内改变1次端口H1的电平；从第一次检测到端口H11电平发生跳变开始，以后每隔时间t，如果车身中央控制器(CU1)单片机检测到端口H11的电平发生跳变，那么就将端口H21的输出电平跳变一次；这里所述的端口电平跳变是指从逻辑高电平变为低电平或者从逻辑低电平变为高电平；从第一次检测到端口H2的电平发生跳变开始计时，以后每隔时间t，如果组合仪表(IC2)单片机检测到端口H2电平都发生跳变，那么表明车身中央控制器(CU1)正常工作；否则，如果组合仪表(IC2)单片机检测到的端口H2电平持续4倍的时间t都未发生变化，那么组合仪表(IC2)认定车身中央控制器(CU1)发生了故障；此时，辅助中控模块(ACU4)被激活，在网络中临时替代车身中央控制器(CU1)发送控制报文，保证实现车身控制的基本功能。
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