專利名稱：支持多總線連接的車身控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車自動控制技術設備，特別是一種支持CAN(Controller AreaNetwork控制器局域網絡)、LIN(Local Interconnect Network局部連接網絡)、MOST(MediaOriented Systems Transport媒體信息傳送的網絡標準)和“一線制”多種總線連接的車身控制器。
背景技術：
為簡化汽車自動控制系統(tǒng)設備，尤其是為減少和簡化繼電器的使用，以及同樣功能下線束結構的簡化，以提高汽車生產線裝配效率、減少行車故障、降低維護費用，是當前汽車設計專業(yè)所探求的技術熱點之一。目前，有關該項技術改進狀況基本如以下。
上海交通大學汽車電子技術研究所韋倫文、龔元明在“基于CAN/LIN車身總線的設計”(《機電一體化》2006年1期-27-31)一文中報道，作者設計的基于CAN/LIN總線的車身控制系統(tǒng)，包括車門控制系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)和儀表顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)在低速LIN總線上設置了8個節(jié)點，可接收傳感器輸出的模擬信號、數字信號或開關信號，經ECU處理，轉換為可在LIN總線上通信的數據報文格式，同時LIN收發(fā)器在ECU的控制下又能將此數據幀發(fā)送到LIN總線上，把從LIN總線上接收到的數據信息轉換成能夠驅動執(zhí)行器或照明燈的模擬信號或數字信號。但其并未形成完整的車身控制系統(tǒng)。
上海交通大學電氣工程系姚雷等人設計開發(fā)了“基于CAN/LIN總線的車身電子電器網絡化控制系統(tǒng)”，由左、右前車燈模塊，左、右后車燈模塊，左、右后視鏡模塊，車項燈光控制模塊，組合開關模塊等組成。在車身控制網絡的拓撲結構、各CAN/LIN控制模塊的軟硬件設計的基礎上，研究了模塊的智能驅動、冗余設計、抗干擾措施、異常保護、故障診斷和報警的軟硬件實現(xiàn)方法，以及控制模塊的低功耗設計等。完成的控制網絡已在桑塔納2000上進行了裝車-(總線化車身控制及診斷系統(tǒng)的設計《工業(yè)控制計算機》2005年12期71-72，74)。但該系統(tǒng)沒能做到對輸入/輸出裝置控制信號綜合連接的邏輯處理。
北京理工大學機械與車輛工程學院丁陽等人在“基于CAN/LIN的電動客車車身控制系統(tǒng)研究”(《汽車電器》2006年2期-1-4，8)一文中報道，作者進行了CAN總線和LIN總線在電動大客車車身控制系統(tǒng)中的應用研究，設計了車身網絡系統(tǒng)結構，選用Freescale(Motorola)公司的8位單片機68HC908GZ16為核心進行了節(jié)點硬件電路設計和軟件設計，并對網絡系統(tǒng)進行了仿真和測試。但此套系統(tǒng)適用用于大客車，并未在其他車型上得到裝車試驗。
清華大學自動化系華韜、陽憲惠、宋明浩設計了一個“基于CAN/LIN網絡的汽車門鎖控制系統(tǒng)”。該系統(tǒng)由一個作為CAN/LIN網關的主節(jié)點以及若干個控制各個車門鎖的LIN子節(jié)點構成，汽車門鎖采用無線遙控電子鎖-(基于CAN/LIN網絡的汽車門鎖控制系統(tǒng)《電子技術應用》2005年11期-29-32)。此系統(tǒng)由網關作為主節(jié)點，影響了整個總線網絡的拓撲結構、限制了網絡的收發(fā)規(guī)則。
清華大學自動化系崔俊鋒、袁濤在“車身混合網絡中CAN/LIN網關的設計與實現(xiàn)”(《微計算機信息》2006年3期-201-204)一文中，提出了CAN/LIN網關的一種設計方案及網關硬件、軟件的實現(xiàn)方法，并運用虛擬CAN節(jié)點的設計思想，實現(xiàn)了混合網絡一致、透明的數據通訊。此系統(tǒng)僅實現(xiàn)了低速CAN/LIN網段的網關轉換功能，沒有加入高速CAN控制的動力傳動系統(tǒng)和安全檢測系統(tǒng)的連接，有局限性。
上海交通大學電氣工程系黃曲菜等人在“基于CAN總線/LIN總線的車身控制系統(tǒng)”一文中提出了汽車低成本的CAN/LIN混合網絡體系，并設計了CAN/LIN數據交換的網關，使車內網絡數據充分共享-(《工業(yè)控制計算機》2004年10期-5-7)。該系統(tǒng)加入了發(fā)動機控制系統(tǒng)、動力轉向系統(tǒng)等高速CAN總線網絡，但應用控制器控制高速CAN總線，沒有實現(xiàn)自動網絡通信。
浙江中科正方電子技術有限公司的“汽車車身CAN總線控制系統(tǒng)”發(fā)明專利申請(申請?zhí)?00410087673.1)，僅實現(xiàn)了CAN-LIN轉換的網關。
以上現(xiàn)有基于現(xiàn)場總線的車身控制系統(tǒng)，都是應用CAN-LIN網關、通過CAN、LIN接口與CAN、LIN控制模塊相連接，通過各總線網絡控制單元，實現(xiàn)對車門、車燈等低速車身部件的控制。存在著如下的缺陷其協(xié)議轉換功能單一、連接的總線協(xié)議僅限于低速CAN和LIN、控制信號綜合由復雜的繼電器邏輯實現(xiàn)、車上各個組成部件分散工作、獨立控制。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提出一種支持多總線連接的車身控制器，將動力傳動控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、車載多媒體控制系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)集成為一個網絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)網絡化連接和控制管理。
本實用新型支持多總線連接的車身控制器，其特征在于包括基于微控制器運行的CAN、LIN、MOST和一線制總線之間互聯(lián)的網關，控制信號處理模塊，CAN控制模塊，LIN控制模塊，MOST控制模塊和一線制控制模塊；其中，控制信號處理模塊的一端通過并行口或模擬量接口連接車身控制輸出設備，接收車身控制輸出設備發(fā)出的控制信號做濾波、電平轉換處理，另一端與網關連接，將處理過的控制信號傳給網關，再一端通過并行口或模擬量接口連接車身控制反饋設備，將網關傳回的反饋信號經過電平轉換處理發(fā)送給車身控制反饋設備；網關以數據傳輸的形式連接控制信號處理模塊、CAN控制模塊、LIN控制模塊、MOST控制模塊和一線制控制模塊，接收上述模塊發(fā)來的控制或反饋信號，根據控制或反饋信號攜帶的目的地址信息將其傳輸給相應的控制模塊；CAN控制模塊的一端以數據傳輸的形式與網關相連接，CAN控制模塊從網關接收控制信號，按CAN總線協(xié)議格式將控制信號打包成CAN數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的CAN總線接口分別連接高速CAN總線系統(tǒng)和低速CAN總線系統(tǒng)，輸出CAN控制信號數據幀，同時接收高速CAN總線系統(tǒng)和低速CAN總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制；LIN控制模塊的一端以數據傳輸的形式與網關相連接，LIN控制模塊從網關接收控制信號，按LIN總線協(xié)議格式將控制信號打包成LIN數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的LIN總線接口連接LIN總線系統(tǒng)，輸出LIN控制信號數據幀，同時接收LIN總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制；MOST控制模塊的一端以數據傳輸的形式與網關相連接，MOST控制模塊從網關接收控制信號，按MOST總線協(xié)議格式將控制信號打包成MOST數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的MOST總線接口連接MOST總線系統(tǒng)，輸出MOST控制信號數據幀，同時接收控制信號總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制；一線制控制模塊的一端以數據傳輸的形式與網關相連接，一線制控制模塊從網關接收控制信號，按一線制總線協(xié)議格式將控制信號打包成一線制數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的一線制總線接口連接一線制總線系統(tǒng)，輸出一線制控制信號數據幀，同時接收控制信號總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制。
本實用新型支持多總線連接的車身控制器的工作原理是網關作為車上網絡控制微控制器的軟件功能核心，把控制信號處理模塊接收到的控制信號通過CAN控制模塊、LIN控制模塊、MOST控制模塊和“一線制”控制模塊，發(fā)送到相應電氣部件所在車上子控制系統(tǒng)的總線網絡上，實現(xiàn)控制；同時將此控制信號的執(zhí)行反饋信號傳給控制反饋設備，實現(xiàn)現(xiàn)場數據采集和控制反饋。其信號處理流程為控制輸出設備(如車窗升降按鈕等)發(fā)出的控制信號(如升起左前車窗等)到達微控制器后，首先由控制信號處理模塊做濾波、電平轉換處理后發(fā)送給網關。之后網關根據收到的控制信號要控制的電氣部件所在的總線不同，調度不同控制模塊將此控制信號傳輸到其相應的車上子控制系統(tǒng)；如果控制信號要發(fā)送到CAN總線，CAN控制模塊就從網關接收控制信號，按CAN總線協(xié)議格式將控制信號打包成CAN數據幀，再通過微控制器芯片SPI端口 SPIMISO0、SPIMOSI0、SPICLK0引腳把控制信號發(fā)送給CAN網絡收發(fā)器，再傳到CAN總線網絡上的電氣部件，控制基于高速CAN總線的動力傳動系統(tǒng)(如車速采集等)、基于低速CAN總線上的故障診斷系統(tǒng)和部分車身控制系統(tǒng)(如空調系統(tǒng)、座椅等)；如果控制信號要發(fā)送到LIN總線，LIN控制模塊從網關接收控制信號，按LIN總線協(xié)議格式打包成LIN數據幀，再通過微控制器芯片的串行接口進行電平轉換，經過LIN網絡收發(fā)器把控制信號發(fā)送給LIN總線網絡上的電氣部件，控制基于LIN總線的車身控制系統(tǒng)(如車窗、車門、車燈等)；如果控制信號要發(fā)送到MOST總線，MOST控制模塊從網關接收控制信號，按MOST總線協(xié)議格式打包成MOST數據幀，再通過微控制器芯片的I2CSCL、I2CSDA引腳與負責MOST網絡傳輸控制的I2C接口連接，將微控制器芯片的I2SLRCK、I2SSCLK、CDCLK、I2SSDI、I2SSDO引腳與負責MOST網絡數據傳輸的I2S接口連接，經過MOST網絡控制器把控制信號發(fā)送給MOST總線網絡上的電氣部件，控制基于MOST總線的車載多媒體控制系統(tǒng)(如MOST多媒體播放器)；如果控制信號發(fā)往“一線制”總線，“一線制”控制模塊就從網關接收控制信號，按“一線制”總線協(xié)議格式打包成“一線制”數據幀，再通過微控制器芯片的主4514和J4514引腳把控制信號發(fā)送給“一線制”控制器，實現(xiàn)與“一線制”控制器連接并對其進行控制；然后CAN控制模塊、LIN控制模塊、MOST控制模塊和“一線制”控制模塊接收電氣部件的執(zhí)行反饋信號(如車速信息等)數據幀，將其解包生成反饋信號再傳給網關，網關通過控制信號處理模塊將反饋信號進行電平轉換，再傳送到控制反饋設備(如儀表顯示盤等)進行進一步處理。
本項目從系統(tǒng)功能上有兩個關鍵技術，一個是CAN、LIN、MOST及“一線制”連接及互聯(lián)網關；一個是車身電子電氣控制信號綜合與轉換技術。通過使用基于微控制器的車身控制單元解決這兩個問題。
從網絡連接角度，基于微控制器的控制單元可以通過控制信號處理模塊、CAN控制模塊、LIN控制模塊、MOST控制模塊和“一線制”控制模塊連接到控制輸出設備、控制反饋設備和CAN、LIN、MOST、“一線制”總線網絡上，也就實現(xiàn)了與這些網絡的連接，并且通過軟件實現(xiàn)網絡協(xié)議轉換，實現(xiàn)與各種車上電氣部件的網絡化連接和控制傳輸，實現(xiàn)網關功能，解決總線網絡傳輸和信號獲取問題。
對于車身電子電器控制信號綜合與轉換技術，使用基于微控制器的控制單元，通過軟件實現(xiàn)各種控制功能的信號綜合與轉換邏輯。解決方案為由通信模塊、傳感器信號分離模塊、實時數據庫、控制器模塊和執(zhí)行器信號傳輸模塊組成。通信模塊為通過各種總線的傳輸信號進行打包解包；對于傳到微控制器的信息，由傳感器信號分離模塊解包，分離出各種傳感器信號送入實時數據庫；實時數據庫將這些信號分別傳給控制器模塊；由控制器模塊根據控制策略(控制算法)計算出控制信號后回傳給實時數據庫；然后傳到執(zhí)行器信號傳輸模塊進行打包；再送給通信模塊傳送到相應的被控單元。這樣不僅可以實現(xiàn)復雜的、傳統(tǒng)繼電器傳輸方式無法實現(xiàn)的信號綜合關系，而且簡化了驅動部分的邏輯，可以靈活調整輸出控制信號的邏輯關系，易于擴展和向不同車型上推廣。
采用本實用新型支持多總線連接的車身控制器，將動力傳動電子控制系統(tǒng)(高速CAN)、故障診斷系統(tǒng)(低速CAN)、車身控制系統(tǒng)(低速CAN和LIN)和車載多媒體控制系統(tǒng)(MOST)連接成為車上網絡控制系統(tǒng)，支持“一線制”控制器的連接。本項技術通過支持車身設備使用的多種總線的連接，可以實現(xiàn)多種不同總線標準的車身設備在同一車上根據價格等性能優(yōu)化選配，實現(xiàn)各種總線標準設備間的信息共享和設備互聯(lián)。采用微控制器控制完成車上各種信號的輸入、信號綜合以及控制功能，實現(xiàn)任何復雜的控制信號綜合關系；輸入輸出信號調整靈活，并且支持大功率半導體器件的使用，減少甚至不用繼電器，減少了有色金屬的使用。


圖1為本實用新型支持多總線連接的車身控制器構成原理框圖；圖2為本實用新型電路原理圖。
具體實施方法參照圖1，本實用新型支持多總線連接的車身控制器，其特征在于包括基于微控制器運行的CAN、LIN、MOST和一線制總線之間互聯(lián)的網關，控制信號處理模塊，CAN控制模塊，LIN控制模塊，MOST控制模塊和一線制控制模塊；其中，控制信號處理模塊的一端通過并行口或模擬量接口連接車身控制輸出設備，接收車身控制輸出設備發(fā)出的控制信號做濾波、電平轉換處理，另一端與網關連接，將處理過的控制信號傳給網關，再一端通過并行口或模擬量接口連接車身控制反饋設備，將網關傳回的反饋信號經過電平轉換處理發(fā)送給車身控制反饋設備；網關以數據傳輸的形式連接控制信號處理模塊、CAN控制模塊、LIN控制模塊、MOST控制模塊和一線制控制模塊，接收上述模塊發(fā)來的控制或反饋信號，根據控制或反饋信號攜帶的目的地址信息將其傳輸給相應的控制模塊；CAN控制模塊的一端從網關接收控制信號，按CAN總線協(xié)議格式將控制信號打包成CAN數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的CAN總線接口(即微控制器芯片SPI端口的 SPIMISO0、SPIMOSI0、SPICLK0引腳)分別連接高速CAN總線系統(tǒng)(即動力傳動系統(tǒng))和低速CAN總線系統(tǒng)(故障診斷系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng))，輸出CAN控制信號數據幀，同時接收高速CAN總線系統(tǒng)和低速CAN總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制；LIN控制模塊的一端從網關接收控制信號，按LIN總線協(xié)議格式將控制信號打包成LIN數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的LIN總線接口(即微控制器芯片的串行接口)連接LIN總線系統(tǒng)(車身控制系統(tǒng))，輸出LIN控制信號數據幀，同時接收LIN總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制；MOST控制模塊的一端從網關接收控制信號，按MOST總線協(xié)議格式將控制信號打包成MOST數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的MOST總線接口(即微控制器芯片I2C接口的I2CSCL、I2CSDA引腳和I2S接口的I2SLRCK、I2SSCLK、CDCLK、I2SSDI、I2SSDO引腳)連接MOST總線系統(tǒng)(車載多媒體控制系統(tǒng))，輸出MOST控制信號數據幀，同時接收控制信號總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制；一線制控制模塊的一端從網關接收控制信號，按一線制總線協(xié)議格式將控制信號打包成一線制數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的一線制總線接口(即微控制器芯片的主4514和J4514引腳)連接一線制總線系統(tǒng)，輸出一線制控制信號數據幀，同時接收控制信號總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制。
參照圖2，以ARM9微控制器作為車身控制器的實施例，對本實用新型的電路組成作進一步說明，CAN收發(fā)器芯片選用MCP251，MOST控制器芯片選用OS8104，LIN收發(fā)器芯片選用TJA1020。
控制輸出設備和控制反饋設備與ARM9微控制器的并口SDI相連，ARM9微控制器接收控制輸出設備發(fā)出的控制信號，進行信號綜合與電平轉換，分析控制信號的去向；如果控制信號要傳到CAN總線，ARM9微控制器通過SPI端口 GPE11～13與CAN收發(fā)器MCP2510相連接，將控制信號發(fā)送到CAN總線網絡上的電氣部件；如果控制信號要傳到MOST總線，ARM9微控制器通過GPE14～15、GPE0～4端口分別連接負責MOST收發(fā)控制和媒體傳輸的I2C和I2S接口，經過MOST控制器芯片OS8104將控制信號發(fā)送到MOST總線網絡的多媒體播放器；如果控制信號要傳到LIN總線，ARM9微控制器的串行接口TX/RX通過RS232口實現(xiàn)電平轉換，再通過LIN收發(fā)器TJA1020將控制信號發(fā)送到LIN總線網絡上的電氣部件；如果控制信號要傳到“一線制”控制器，ARM9微控制器通過主4514和J4514引腳連接“一線制”控制器，通過“一線制”控制器連接模塊運行“一線制”協(xié)議實現(xiàn)對“一線制”控制器的控制；ARM9微控制器接收電氣部件執(zhí)行控制信號后的反饋信號，通過并口傳給反饋輸出設備等待顯示或處理。
權利要求1.一種支持多總線連接的車身控制器，其特征在于包括基于微控制器運行的CAN、LIN、MOST和一線制總線之間互聯(lián)的網關，控制信號處理模塊，CAN控制模塊，LIN控制模塊，MOST控制模塊和一線制控制模塊；其中，控制信號處理模塊的一端通過并行口或模擬量接口連接車身控制輸出設備，接收車身控制輸出設備發(fā)出的控制信號做濾波、電平轉換處理，另一端與網關連接，將處理過的控制信號傳給網關，再一端通過并行口或模擬量接口連接車身控制反饋設備，將網關傳回的反饋信號經過電平轉換處理發(fā)送給車身控制反饋設備；網關以數據傳輸的形式分別連接控制信號處理模塊、CAN控制模塊、LIN控制模塊、MOST控制模塊和一線制控制模塊，接收上述模塊發(fā)來的控制或反饋信號，根據控制或反饋信號攜帶的目的地址信息將其傳輸給相應的控制模塊；CAN控制模塊的一端從網關接收控制信號，按CAN總線協(xié)議格式將控制信號打包成CAN數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的CAN總線接口分別連接高速CAN總線系統(tǒng)和低速CAN總線系統(tǒng)，輸出CAN控制信號數據幀，同時接收高速CAN總線系統(tǒng)和低速CAN總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制；LIN控制模塊的一端從網關接收控制信號，按LIN總線協(xié)議格式將控制信號打包成LIN數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的LIN總線接口連接LIN總線系統(tǒng)，輸出LIN控制信號數據幀，同時接收LIN總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制；MOST控制模塊的一端從網關接收控制信號，按MOST總線協(xié)議格式將控制信號打包成MOST數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的MOST總線接口連接MOST總線系統(tǒng)，輸出MOST控制信號數據幀，同時接收控制信號總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制；一線制控制模塊的一端從網關接收控制信號，按一線制總線協(xié)議格式將控制信號打包成一線制數據幀，另一端通過微控制器芯片設置的一線制總線接口連接一線制總線系統(tǒng)，輸出一線制控制信號數據幀，同時接收控制信號總線系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號數據幀，將其解包生成反饋信號發(fā)往網關，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集和電氣部件的控制。
2.根據權利要求1所述的支持多總線連接的車身控制器，其特征在于是由微控制器芯片SPI端口的 SPIMISOO、SPIMOSIO、SPICLKO引腳作為所述微控制器芯片的CAN總線接口；由微控制器芯片的串行接口作為所述的微控制器芯片LIN總線接口；由微控制器芯片I2C接口的I2CSCL、I2CSDA引腳和I2S接口的I2SLRCK、I2SSCLK、CDCLK、I2SSDI、I2SSDO引腳作為所述的微控制器芯片MOST總線接口；由微控制器芯片的主4514和J4514引腳作為所述的微控制器芯片一線制總線接口。
專利摘要本實用新型涉及一種用于汽車自動控制的支持多總線連接的車身控制器，它是由基于微控制器運行的CAN、LIN、MOST和一線制總線之間互聯(lián)的網關，控制信號處理模塊，CAN控制模塊，LIN控制模塊，MOST控制模塊和一線制控制模塊組成，網關以數據傳輸的形式連接控制信號處理模塊、CAN控制模塊、LIN控制模塊、MOST控制模塊和一線制控制模塊，接收上述模塊發(fā)來的控制或反饋信號，根據控制或反饋信號攜帶的目的地址信息將其傳輸給相應的控制模塊。本實用新型將動力傳動控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、車載多媒體控制系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)集成為一個網絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)網絡化連接和控制管理。
文檔編號H04L12/403GK2932844SQ20062002907
公開日2007年8月8日 申請日期2006年7月18日 優(yōu)先權日2006年7月18日
發(fā)明者秦貴和, 于多年, 謝冰, 周時瑩, 張晉東, 王金江 申請人:吉林大學