CN101639689A - 一种can总线网络控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种CAN总线网络控制系统，所述的控制系统的所有节点均通过相应硬件接口电路连接到CAN总线上，各节点在CAN总线上发送及接收信号，CAN总线网络为高速网络。本发明按照整车配置和终端匹配电阻节点的选取设计的网络拓扑结构有很好的灵活性和易拓展性，可同时满足同系列所有车型的网络结构；统一的硬件接口电路设计，保证了CAN总线通讯的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子控制领域，尤其是一种CAN总线网络控制系统。
背景技术
近年来，随着日渐严格的排放标准、安全标准和用户对汽车安全、舒适、豪华的追求，使得ECU控制单元的日益增多，而ECU的增多必然会带来线束的增多、ECU功能实现的可靠性等等很多问题，为了解决这一系列迫在眉睫的问题，在本世纪80年代末，德国BOSCH公司提出设计一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂接在该总线上，于是，CAN总线就诞生了。CAN全称“Controller Area Network”，即控制器局域网，1993年CAN总线被制定为ISO国际标准，这也是目前为止唯一一个拥有ISO国际标准的总线。CAN总线以它很高的数据安全性和相对低廉的成本迅速被广大汽车制造商和消费者所青睐，毫无疑问，CAN总线注定会继续并且很长一段时间内被广大汽车制造商使用。
CAN总线特点及应用优势：低成本；多主串行数据通信协议总线；根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文，灵活实现各种通讯；极高总线利用率；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息；通信速率可达1Mbps；无损失总线仲裁；可靠的错误处理和检错机制，可靠性高；节点在错误严重的情况，自动退出总线。
目前全球各大汽车制造商在上世纪90年代后期研发的汽车都采用了CAN总线或者车中的部分零部件具有CAN总线通信功能。以CAN总线为代表的车用总线技术已成为全球各大汽车制造商实施平台战略和模块化战略的重要措施之一。此时，总线对于全球汽车工业的意义已远远超过节省线束和连接插件，总线已成为现代汽车传输整车控制信息的神经网络。CAN总线在国内同行业基本属于起步阶段，如果现在不及时跟上世界CANBUS发展的步伐，必将会很大程度上限制中国汽车电子的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵活性和拓展性强、通讯稳定性高的CAN总线网络控制系统。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种CAN总线网络控制系统，所述的控制系统的所有节点均通过相应硬件接口电路连接到CAN总线上，各节点在CAN总线上发送及接收信号，CAN总线网络为高速网络。
由上述技术方案可知，本发明按照整车配置和终端匹配电阻节点的选取设计的网络拓扑结构有很好的灵活性和易拓展性，可同时满足同系列所有车型的网络结构；统一的硬件接口电路设计，保证了CAN总线通讯的稳定性。
附图说明
图1是本发明的网络拓扑结构图；
图2、3分别是本发明中终端节点、非终端节点硬件接口电路的电路图；
图4是整车CAN总线信号传输图；
图5是IGN＝ON到IGN＝OFF状态的时序图；
图6是IGN＝OFF状态总线睡眠唤醒状态的时序图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行具体的描述。
(1)整车CAN网络拓扑结构
图1所示是网络拓扑结构图，CAN总线网络控制系统上的所有节点20均通过相应硬件接口电路连接到CAN总线10上，各节点在CAN总线上发送及接收信号，CAN总线网络为高速网络，其通讯速率为500kbit/s。总线上共有以下节点20：车身控制模块BCM 21、防抱死系统ABS 22、变速箱控制单元TCU 23、组合仪表模块ICM 24、空调模块CLM 25、辅助仪表模块一SCM126、辅助仪表模块二SCM227、发动机控制器EMS 28和安全气囊模块ABS 29，用于防止信号反射的终端匹配电阻分别放在组合仪表模块ICM 24和发动机控制器EMS 28中。
(2)硬件接口电路30
图2、3所示分别是本发明中终端节点、非终端节点硬件接口电路30的电路图，所述的硬件接口电路30包括CAN控制器31和CAN收发器32，其中CAN控制器31的报文ID为11位，CAN收发器32选用高速收发器NXP TJA1040，CAN收发器32通过其外围电路连接到CAN总线10上。为了使整车CAN总线系统稳定，必须从物理层上保证CAN总线的硬件接口电路30的设计统一且规范。
结合图2，所述的CAN控制器31的TXD、RXD、I/O输入输出引脚分别与NXP TJA1040的TXD、RXD、STB输入输出引脚相连，NXP TJA1040的CAN_H、CAN_L引脚分别与用于滤波的共模电感L的一端相连，共模电感L的另一端分别接CAN总线10的CAN_H电路、CAN_L电路，NXPTJA1040的VCC引脚通过电容C1接CAN总线10的接地端，NXP TJA1040的VCC引脚与电容C1之间接+5V电源，电阻R1和电阻R2串联后跨接在共模电感L与CAN总线10的CAN_H电路、CAN_L电路之间，电阻R1和电阻R2之间引出线分别接NXP TJA1040的SPLIT引脚、电容C4的一端，电容C4的另一端接CAN总线10的接地端，电容C2跨接在CAN总线10的CAN_H电路和接地端之间，电容C3跨接在CAN总线10的CAN_L电路和接地端之间，TVS二极管Z1、Z2串联后跨接在CAN总线10的CAN_H电路、CAN_L电路之间，TVS二极管Z1、Z2用于防止瞬时静电，TVS二极管Z1、Z2之间引出线接CAN总线10的接地端。所述的终端匹配电阻为电阻R1、R2串联后的电阻，电阻R1、R2的电阻值均为60.4Ω±1％。
结合图3，所述的CAN控制器31的的TXD、RXD、I/O输入输出引脚分别与NXP TJA1040的TXD、RXD、STB输入输出引脚相连，NXP TJA1040的CAN_H、CAN_L引脚分别与用于滤波的共模电感L的一端相连，共模电感L的另一端分别接CAN总线10的CAN_H电路、CAN_L电路，NXPTJA1040的VCC引脚通过电容C1接CAN总线10的接地端，NXP TJA1040的VCC引脚与电容C1之间接+5V电源，电容C2跨接在CAN总线10的CAN_H电路和接地端之间，电容C3跨接在CAN总线10的CAN_L电路和接地端之间，TVS二极管Z1、Z2串联后跨接在CAN总线10的CAN_H电路、CAN_L电路之间，TVS二极管Z1、Z2用于防止瞬时静电，TVS二极管Z1、Z2之间引出线接CAN总线10的接地端。
(3)应用层设计
图4所示为整车CAN总线信号传输图，所述的控制系统应用层包括各节点的CAN报文ID定义、发送周期定义、报文类型、报文接收节点定义，根据各CAN报文的功能、传输信息的实时性、网络负载等因素的分析，对报文的ID进行了分配，使网络的利用率最大化，也保证了传输信息的高效性和实时性。
(4)网络管理设计
a、初始化时间定义
节点20上电后初始化到它可发出第一帧CAN报文的时间就称为此节点20的初始化时间，初始化时间小于1000ms，以确保在很短的时间内CAN总线10就能正常工作，各节点20初始化时间具体定义见表一。
表一：各节点20CAN初始化时间表
| 节点 | 最小时间(ms) | 最大时间(ms) |
| BCM | 50 | 150 |
| ICM | 400 | 600 |
| EMS | 100 | 200 |
| TCU | 300 | 300 |
| ABS | 100 | 600 |
| ABM | 400 | 500 |
| CLM | 210 | 220 |
| SCM1 | 400 | 600 |
| SCM2 | 400 | 600 |
b、Bus Off时间定义
当CAN总线10的节点20测试到CAN控制器31在Bus Off状态时，即发错误帧的状态，CAN总线10的节点20会暂时离开网络一段时间后，重新复位CAN控制器31恢复正常通讯，各节点20的Bus Off时间小于1000ms，具体定义见表二。
表二：各节点Bus Off时间表
| 节点 | Bus Off时间(ms) |
| BCM | 500 |
| ICM | 1000 |
| EMS | 200 |
| ABS | 200 |
| TCU | 200 |
| SCM1 | 1000 |
| SCM2 | 1000 |
| CLM | 1000 |
| ABM | 1000 |
c、节点的工作状态描述
表三所示的“30节点”是指组合仪表模块ICM 24和车身控制模块BCM 21，这两个节点可以在断电的情况下正常工作，表三所示的“15节点”是指除上述两个节点之外的其余节点。
表三：各节点Bus Off时间表
| IGN＝OFF | IGN＝ON | 从IGN＝ON到IGN＝OFF | |
| 30节点 | 唤醒状态下可以收发报文 | 始终收发报文 | 3s后停止收发报文，进入睡眠状态 |
| 15节点 | 不能收发报文 | 始终收发报文 | 1s内停止收发报文 |
d、CAN睡眠唤醒功能实现方式
车身控制模块BCM 21及组合仪表模块ICM 24各有一个CAN Wake Up引脚，且此两个引脚相连，以执行硬件睡眠唤醒功能。但其功能不同，具体如下：
车身控制模块BCM 21的CAN Wake Up引脚负责拉低电平，低电平为0～1.5V，以唤醒组合仪表模块ICM 24；组合仪表模块ICM 24的CANWake Up引脚始终为高电平(内部接上拉电阻)，高电平为9V～16V，负责让组合仪表模块ICM 24进入睡眠状态。
当车身控制模块BCM 21接收到唤醒条件时，车身控制模块BCM 21将其CAN Wake Up引脚拉低，此时组合仪表模块ICM 24一直为高的CANWake Up引脚被车身控制模块BCM 21拉低，组合仪表模块ICM 24被唤醒，恢复正常收发报文；当车身控制模块BCM 21未接收到任何唤醒条件时，车身控制模块BCM 21睡眠并使组合仪表模块ICM 24进入睡眠。车身控制模块BCM 21睡眠是指：其CAN Wake Up引脚不拉低，停止收发报文；组合仪表模块ICM 24睡眠是指：其CAN Wake Up引脚为高，停止收发报文。
上述唤醒条件是指：开小灯、开左前门、开危险灯、开超车灯、遥控钥匙解防、遥控钥匙设防、总线报文。
IGN＝ON到IGN＝OFF状态时，唤醒线电平及报文发送状态如图5及表四所示。
表四：IGN＝ON到IGN＝OFF状态时间参数表
| 时间参数 | 值 | 说明 |
| T1 | 3s | 唤醒线延迟拉高时间 |
| T2 | 100ms | 唤醒线拉高后，BCM设置的不会被总线报文唤醒时间；(BCM在T2时间内停发报文) |
| T3 | 100ms以内 | 唤醒线拉高后，ICM可能继续发送报文的时间 |
| T4 | 1s以内 | 15节点停止收发报文时间 |
到IGN＝OFF状态时，唤醒线电平及报文发送状态如图6及表7所示：
表五：IGN＝OFF状态时间参数表
| 时间参数 | 值 | 说明 |
| T1 | 50ms以内 | 唤醒线拉低后，BCM发送报文延迟时间 |
| T2 | 100ms以内 | 唤醒线拉低后，ICM发送报文延迟时间 |
| T3 | 3s | 唤醒事件取消后，唤醒线延迟拉高时间 |
| T4 | 100ms | 唤醒线拉高后，BCM设置的不会被总线报文唤醒时间；(BCM在T4时间内停发报文) |
| T5 | 100ms以内 | 唤醒线拉高后，ICM可能继续发送报文的时间 |
Claims (8)
1、一种CAN总线网络控制系统，其特征在于：所述的控制系统的所有节点(20)均通过其相应的硬件接口电路(30)连接到CAN总线(10)上，各节点(20)在CAN总线(10)上发送及接收信号，CAN总线网络为高速网络。
2、根据权利要求1所述的CAN总线网络控制系统，其特征在于：所述的CAN总线网络的通讯速率为500kbit/s。
3、根据权利要求1所述的CAN总线网络控制系统，其特征在于：所述的硬件接口电路(30)包括CAN控制器(31)和CAN收发器(32)，其中CAN控制器(31)的报文ID为11位，CAN收发器(32)选用高速收发器NXP TJA1040，CAN收发器(32)通过其外围电路连接到CAN总线(10)上。
4、根据权利要求1所述的CAN总线网络控制系统，其特征在于：所述的控制系统应用层包括各节点的CAN报文ID定义、发送周期定义、报文类型、报文接收节点定义。
5、根据权利要求1所述的CAN总线网络控制系统，其特征在于：所述的节点(20)包括车身控制模块BCM(21)、防抱死系统ABS(22)、变速箱控制单元TCU(23)、组合仪表模块ICM(24)、空调模块CLM(25)、辅助仪表模块一SCM1(26)、辅助仪表模块二SCM2(27)、发动机控制器EMS(28)和安全气囊模块ABM(29)，终端匹配电阻分别放在组合仪表模块ICM(24)和发动机控制器EMS(28)中。
6、根据权利要求3所述的CAN总线网络控制系统，其特征在于：所述的CAN控制器(31)的TXD、RXD、I/O输入输出引脚分别与NXP TJA1040的TXD、RXD、STB输入输出引脚相连，NXP TJA1040的CAN_H、CAN_L引脚分别与共模电感L的一端相连，共模电感L的另一端分别接CAN总线(10)的CANJ_H电路、CAN_L电路，NXP TJA1040的VCC引脚通过电容C1接CAN总线(10)的接地端，NXP TJA1040的VCC引脚与电容C1之间接+5V电源，电阻R1和电阻R2串联后跨接在共模电感L与CAN总线(10)的CAN_H电路、CAN_L电路之间，电阻R1和电阻R2之间引出线分别接NXP TJA1040的SPLIT引脚、电容C4的一端，电容C4的另一端接CAN总线(10)的接地端，电容C2跨接在CAN总线(10)的CAN_H电路和接地端之间，电容C3跨接在CAN总线(10)的CAN_L电路和接地端之间，TVS二极管Z1、Z2串联后跨接在CAN总线(10)的CAN_H电路、CAN_L电路之间，TVS二极管Z1、Z2之间引出线接CAN总线(10)的接地端。
7、根据权利要求3所述的CAN总线网络控制系统，其特征在于：所述的CAN控制器(31)的的TXD、RXD、I/O输入输出引脚分别与NXPTJA1040的TXD、RXD、STB输入输出引脚相连，NXP TJA1040的CAN_H、CAN_L引脚分别与共模电感L的一端相连，共模电感L的另一端分别接CAN总线(10)的CAN_H电路、CAN_L电路，NXP TJA1040的VCC引脚通过电容C1接CAN总线(10)的接地端，NXP TJA1040的VCC引脚与电容C1之间接+5V电源，电容C2跨接在CAN总线(10)的CAN_H电路和接地端之间，电容C3跨接在CAN总线(10)的CAN_L电路和接地端之间，TVS二极管Z1、Z2串联后跨接在CAN总线(10)的CAN_H电路、CAN_L电路之间，TVS二极管Z1、Z2之间引出线接CAN总线(10)的接地端。
8、根据权利要求5或6所述的CAN总线网络控制系统，其特征在于：所述的终端匹配电阻为电阻R1、R2的串联电阻，电阻R1、R2的电阻值均为60.4Ω±1％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100203 |