CN102009627B - 一种基于can、lin总线的车载网络通讯系统 - Google Patents
一种基于can、lin总线的车载网络通讯系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于CAN/LIN总线的车载网络通讯装置，其特征在于，其包括如下模块：CAN主网，其中的节点为需要跟其它多个节点进行通信的节点；CAN子网，其中的节点为信号实时性高，发送频率较高，占用带宽较多的节点；LIN网络，其中的节点为通讯速率不高，实时性较低的节点；CAN和LIN的网关，集成在车身控制器(BCM)中，把CAN、LIN需要互相通讯的信息交换出来。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于CAN/LIN总线的车载网络通讯系统，尤其涉及一种汽车网络通讯系统的规划和实现。
背景技术
随着电子技术的迅速发展及其在汽车工业上的广泛应用,汽车电子化的程度越来越高,传统的线束连接方式已远远不能满足车内外大量信息交换及共享的需要。因此,各种适用于汽车环境的网络技术应运而生。CAN是Controller Area Network(控制器局域网)的缩写，LIN是Local Interconnect Network(本地交互网络)的缩写。
根据美国汽车工程学会SAE (society automotive engineering)网络标准的分类,车用网络大致分为A、B、C三类: A类面向传感器/执行器控制的低速网络,数据传输位速率通常只有1～10 kbps,主要应用于电动门窗、座椅调节和灯光照明等控制; B 类面向独立模块间数据共享的中速网络,位速率一般为10～100kbps,主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示和安全气囊等系统,以减少冗余的传感器和其他电子部件; C类面向高速、实时闭环控制的多路传输网,最高位速率可达1 Mbps,主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制和ABS等系统,以简化分布式控制和进一步减少车身线束。根据SAE的分类方式，CAN标准可划分为C类网络，而LIN标准则属于A类网络。在本发明的整车网络规划中，以CAN作为主干网，负责安全、动力以及底盘控制模块的通讯；LIN作为辅助子网，负责倒车雷达、车窗防夹模块等舒适性控制模块的通信。
发明内容
本发明以一款正在开发的车型为平台，详细说明了它的网络通讯系统的规划和实现，并给出了对开发过程中产生的问题的解决方案。
具体技术方案如下：
一种基于CAN/LIN总线的车载网络通讯装置，其特征在于，其包括如下模块：CAN主网，其中的节点为需要跟其它多个节点进行通信的节点；CAN子网，其中的节点为信号实时性高，发送频率较高，占用带宽较多的节点；LIN网络，其中的节点为通讯速率不高，实时性较低的节点；CAN和LIN的网关，集成在车身控制器（BCM）中，把CAN、LIN需要互相通讯的信息交换出来。
优选地，所述CAN主网由车身控制器（BCM）、仪表（ICM）、发动机控制单元（EMS）等节点构成。
优选地，所述CAN子网为电子稳定程序（ESP）模块组，由制动控制单元（BSM）、横摆角检测模块（YAM）和转向角检测模块（SAM）组成。
优选地，所述LIN网络由车身控制器（BCM）作为LIN总线的主节点，LIN总线的从节点包括左前、右前、左后和右后的四个车窗防夹模块，还包括雨量传感器（Rain Sensor）和倒车雷达控制模块。
优选地，制动控制单元（BSM）既是CAN主网的节点，同时也是CAN子网的节点，它也起了一个网关的作用，把主网的部分信息发送到子网上，同时也把子网的部分信息发送到主网。
优选地，仪表（ICM）和发动机控制单元（EMS）担任终端节点，这两个节点布置在CAN线上距离最远的两个位置，其他的各CAN节点分布在ICM和EMS之间。
优选地，适当降低部分报文的发送周期，把EMS上实时性较高的3帧报文周期定为20ms，而其他几帧定义周期为50ms或者100ms；BCM控制相关的报文周期定义为20ms，BCM的雷达信息帧周期定为100ms。
优选地，CAN线主要分布在整车线束中的4根线束内：发动机线束，前舱线束、仪表台线束和室内线束，这4跟线束之间用接插件连接。
优选地，把部分CAN主干线迂回到分支线束里，缩短从CAN控制模块到CAN主线的分支长度，各控制模块到CAN总线的分支长度以及控制模块接入点之间的距离都各不相同。
优选地，总线的终端电阻可以在控制器的内部，终端电阻布置在相互距离最远的两个控制器里面或者是与其相近的控制器里面。
附图说明
图1是本发明所述的基于LIN/CAN总线的车载网络通讯系统拓扑结构图；其中：CAN_H 和CAN_L分别为CAN的两根差分信号线，在实车线束内它们是一对双绞线，为方便理解，在图1中它们为两根平行线。
图2是CAN相关线束设计图；其中：把CAN线的CAN_H 和CAN_L用一根线表示；1为仪表线束与室内线束插接件；2为室内线束与前舱线束插接件；3为发动机线束与前舱线束插接件；粗实线为CAN主线（双绞线）；细实线为CAN节点分支；线上数字为支线长度或者支线分叉之间的距离；组合仪表和发动机模块为终端节点，其余方框表示普通节点。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
本发明以一款研发中的新车型为实施例，该车被定义为中高档的豪华四驱型SUV，采用了一系列新型配置和舒适性装置。下表罗列了该实施例的网络节点配置：
另外，本实施例还装配了部分对通讯速率要求不高同时实时性要求较低的控制器：车窗防夹模块（FLAM左前车窗防夹模块，FRAM右前车窗防夹模块，RLAM左后车窗防夹模块，RRAM右后车窗防夹模块）、倒车雷达控制器（Reverse Radar）、雨量传感器（Rain Sensor），这些节点在规划中采用LIN总线通讯。
所有上述的控制模块，他们之间通讯的信息量是非常可观的，网络设计不合理容易导致网络冲突，同时很多模块间的通信要求具备很高的稳定性和实时性。本发明的重点在于：构建一个包含一个CAN主网、一个CAN子网和一个LIN网络的车载网络系统，在保证各模块的通信质量和可靠性的前提下，降低生产制造成本。
本实施例CAN总线位速率选择的是500Kbps。由仪表（ICM）和发动机控制单元（EMS）担任终端节点，这两个节点布置在CAN线上距离最远的两个位置，它们内部CAN_H和CAN_L之间接有120欧姆的终端电阻，用于减少信号回波，提高信号品质。其他的各CAN节点分布在ICM和EMS之间。
1，网络规划
根据设计经验，一般CAN总线的总线负载率应保持在30%以下，超过这个值总线某些控制模块的通讯将发送网络冲突。考虑到本实施例配置高、上CAN控制模块多的情况，本发明采取了以下两种方法来降低CAN总线负载率：
第一，把整个网络划分成一个CAN主网和一个CAN子网。主网由车身控制器（BCM）、仪表（ICM）、发动机控制单元（EMS）等节点构成，这些节点共同的特点是他们中每一个都需要跟其他多个节点进行通信。子网为电子稳定程序（ESP）模块组，由制动控制单元（BSM）、横摆角检测模块（YAM）和转向角检测模块（SAM）组成。横摆角信号和转向角信号主要是ESP进行计算使用，要求信号的实时性高，而且这两个信号发送频率很高，占用总线带宽较多，所以把这三个节点单独建一个CAN子网。制动控制单元（BSM）既是CAN主网的节点，同时也是CAN子网的节点。它也起了一个网关的作用，把主网的部分信息发送到子网上，同时也把子网的部分信息发送到主网；
第二，适当降低了部分报文的发送周期，如把EMS上实时性较高的3帧报文周期定为20ms，而其他几帧定义周期为50ms或者100ms。BCM控制相关的报文周期定义为20ms，BCM的雷达信息帧周期定为100ms。
经过这两个方面的工作，主网的CAN负载率被控制在了27%左右，符合负载率的推荐要求。
根据LIN2.0标准的定义，每个LIN网络最多可以包含16个节点，本实施例LIN总线上的节点数为6个，因此本申请设计了一路LIN总线，总线速率定为9.6kbps。由车身控制器（BCM）作为LIN总线的主节点，LIN总线的从节点包括：左前、右前、左后和右后的四个车窗防夹模块，另外还包括雨量传感器（Rain Sensor）和倒车雷达控制模块。CAN和LIN的网关集成在车身控制器（BCM）中，它负责把CAN、LIN需要互相通讯的信息交换出来。
2，CAN总线在整车上的布线
根据ISO 11898 2003的要求：所有CAN线应该是每米有45至60个绞的双绞线；总线电缆一般要求有护套；高速CAN总线的线延迟必须在每米5.5 ns 之内，那么位速率在500Kbps的网络中，节点到CAN主线的分支长度应小于1000mm；为减小驻波，各节点不能布置得很均匀，电缆尾部的长度也不能相同；总线的终端电阻可以在控制器的内部。终端电阻应该布置在相互距离最远的两个控制器里面或者是与其相近的控制器里面，本设计中终端电阻布置在ICM和EMS内部；因装配时需要将电缆拆开，连接器上电缆拆开的长度不能超过50mm（最好少于25mm）。
在设计CAN线束布置的时候，本申请充分考虑到了ISO 11898标准的要求和车型的实际情况。如图2所示，CAN线主要分布在整车线束中的4根线束内：发动机线束，前舱线束、仪表台线束和室内线束，这4跟线束之间用接插件连接。部分控制模块距离CAN线距离较远，如ABM和BSM，他们在车上的布置位置距离线束较远，对此本申请采用了CAN线迂回的方法，把部分CAN主干线迂回到分支线束里，缩短上CAN控制模块到CAN主线的分支长度。同时，各控制模块到CAN总线的分支长度以及控制模块接入点之间的距离都被设计成各不相同，有效的防止了CAN线上驻波的产生，提高了通信质量。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于CAN/LIN总线的车载网络通讯装置，其特征在于，其包括如下模块：
CAN主网，其中的节点为需要跟其它多个节点进行通信的节点，所述CAN主网由车身控制器BCM、仪表ICM、发动机控制单元EMS等节点构成；
CAN子网，其中的节点为信号实时性高，发送频率较高，占用带宽较多的节点，所述CAN子网为电子稳定程序ESP模块组，由制动控制单元BSM、横摆角检测模块YAM和转向角检测模块SAM组成；
LIN网络，其中的节点为通讯速率不高，实时性较低的节点，所述LIN网络由车身控制器BCM作为LIN总线的主节点，LIN总线的从节点包括左前、右前、左后和右后的四个车窗防夹模块，还包括雨量传感器和倒车雷达控制模块；
CAN和LIN的网关，集成在车身控制器BCM中，把CAN、LIN需要互相通讯的信息交换出来。
2.如权利要求1所述的基于CAN/LIN总线的车载网络通讯装置，其特征在于，制动控制单元BSM既是CAN主网的节点，同时也是CAN子网的节点，它也起了一个网关的作用，把主网的部分信息发送到子网上，同时也把子网的部分信息发送到主网。
3.如权利要求1所述的基于CAN/LIN总线的车载网络通讯装置，其特征在于，仪表ICM和发动机控制单元EMS担任终端节点，这两个节点布置在CAN线上距离最远的两个位置，其他的各CAN节点分布在仪表ICM和发动机控制单元EMS之间。
4.如权利要求3所述的基于CAN/LIN总线的车载网络通讯装置，其特征在于，降低部分报文的发送周期，把发动机控制单元EMS上实时性较高的3帧报文周期定为20ms，而其他几帧定义周期为50ms或者100ms；车身控制器BCM控制相关的报文周期定义为20ms，车身控制器BCM的雷达信息帧周期定为100ms。
5.如权利要求1所述的基于CAN/LIN总线的车载网络通讯装置，其特征在于，CAN线主要分布在整车线束中的4根线束内：发动机线束，前舱线束、仪表台线束和室内线束，这4根线束之间用接插件连接。
6.如权利要求1所述的基于CAN/LIN总线的车载网络通讯装置，其特征在于，把部分CAN主干线迂回到分支线束里，缩短从CAN控制模块到CAN主线的分支长度，各控制模块到CAN总线的分支长度以及控制模块接入点之间的距离都各不相同。
7.如权利要求1所述的基于CAN/LIN总线的车载网络通讯装置，其特征在于，总线的终端电阻可以在控制器的内部，终端电阻布置在相互距离最远的两个控制器里面或者是与其相近的控制器里面。
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