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随着现代汽车工业的飞速发展,运用在汽车上的电子设备不断增加,它们提供了更多的功能,用于增强车辆的安全性与舒适性;另外,由于成本的限制,要求不同厂商的电气电子单元能够集成在整车上成为一个功能整体,汽车网络正是在这样的背景下孕育而生的。汽车网络的发展经历了从点对点连结的架构、自定义网络架构到开放式车辆控制通信网络三个阶段。汽车网络具有很好的开放性、实时性和扩展性,具有全数字化通信、低成本和适应性强的特点。本文在研读了LIN2.1协议和Bosch公司的CAN2.0B协议的基础上,构建了某微型车的电子控制网络通信平台,涵盖高速CAN子网段和低速LIN子网段,高速CAN总线被运用到实时性要求较高的发动机电控单元、变速箱控制单元和电子车身稳定系统,LIN总线则运用于对信息传输实时性要求较低的车身控制系统,这两个网段通过中央网关电子仪表连接起来,实现全车的信息共享。
本文介绍了微型车电控网络平台的构建,包括整个网络的拓扑结构、参数的设定、节点的划分,对报文ID及周期进行了定义。在网关的设计方面,一般网关节点总是作为LIN网段上的主节点,本课题采用了比较新颖的方式,网关仅作为LIN网络上的从节点,执行从机功能。
课题重点讨论微型车电控平台的硬件及软件设计,选用MC9S12HZ128作为CAN/LIN网关的主控芯片、TJAl040作为高速CAN网段的收发器、TJA1020作为低速LIN网段的收发器,选用TLE4275作为网关节点的电源调节器;设计了网关节点的初始化、报文发送和接收的程序流程图。介绍了高速CAN和低速LIN子网段的网络拓扑结构及节点的硬件结构,并对LIN网段主机节点报文帧帧头的发送方式、电子仪表从机节点功能的执行过程及网关功能执行过程进行说明。此外,对网络中各子网段的网络管理和基于K_Line通信的微型车故障诊断的启动过程进行介绍。
文章最后运用CANoe软件对构建的微型车电控网络进行网络负载和报文帧传送等性能的仿真测试,在仿真后搭建台架试验。CANoe软件的仿真试验主要包括:网络物理节点、网络数据库文件的建立,CANoe环境下CAPL语言的编写,仿真试验等。高速CAN网络仿真环节对通信的负载率进行了仿真,得出CAN网络的负载率为2.52%,满足设计要求。LIN网络仿真环节,对部分节点的报文调度顺序及报文发送周期进行仿真,结果表明网络能按预定的发送顺序及周期来发送报文。
台架试验方面,对高速CAN和LIN网络分别进行试验。高速CAN网络部分,用CANstress模块对网络施压负载,网络能正常运行,且未出现错误帧;采用示波器对高速CAN网络的部分节点进行物理层、通信层及网络管理的测试,结果表明网络能正常运行。LIN网络部分,对节点报文的物理层、报文发送周期、网络管理及通信功能进行测试,数据表明LIN网络能满足既定的设计要求,运行可靠。