基于CAN总线的车身控制系统的设计与实现

论文摘要

当今一辆汽车中电子部分所占整车成本的比重越来越大,更加强调舒适性、安全性、实时性等,而这些在很大程度上是由汽车上的电子模块来实现的。本文研究的车身控制模块(BCM,Body Control Module)就是为了实现车内外一些电子器件的控制而设计的。基于CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线的BCM模块可以实现车外大灯、车内灯、雨刮、中控锁、车窗等的控制,可以按软件设置的控制逻辑对这些控制对象进行控制,当条件满足后触发相应的命令来控制执行器,在软件上能够实现可配置、可更新特性,利于维护和功能升级。论文从基于CAN总线的车身控制系统的基本拓扑结构和工作原理入手,对系统的硬件构成、参数选择、控制方案及软件实现等问题进行了分析、讨论。在此基础上设计了具有内外灯控制、集控门锁控制、雨刮控制、车窗控制等功能和自我保护功能的CAN智能节点,并按照车身电子的开发流程设计了各智能节点的控制软件,该软件架构由底层硬件抽象层、标准MCU驱动库函数层、控制应用层构成。按照电路功能又设计开发了电源电路、高低边驱动电路、开关量输入滤波电路、MCU外围电路和外扩EEPROM电路。该BCM控制单元已经安装到上汽荣威车型上,进行了调试和有关的实验工作,不仅满足了车身控制功能的要求,降低了成本,舍去了繁杂的线束,维护变得简单,而且实现了汽车控制部件的智能化和汽车控制系统的网络化的目标。在该系统中除了各智能节点的数据可以共享外,还增加许多新的功能如汽车车窗防夹功能、遥控门锁控制等。针对模块的安全性方面,还开发了冗余备份和看门狗的功能,由于该模块是针对汽车的车身电子系统进行控制,所以对于安全性的要求非常高,在正式装车量产前必须经过严格的测试,如功能测试、台架测试、盐雾测试、碰撞测试、EMC测试、实车测试等,本项目中的车身控制模块完全通过了以上测试,达到了整车厂要求的标准并顺利装车量产。实践证明,基于CAN总线的车身控制系统是一项带有革命性的、领导今后汽车电子化、智能化潮流的技术,基于CAN总线的网络数据通信具有实时性好、可靠性高、连接方便、多主站、通讯协议简单和性能价格比高等突出优点,基于CAN总线的车身控制系统必将成为今后智能化汽车的标准配置之一。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 基于CAN 总线的车身控制器在国内外的研究应用现状及发展趋势
• 1.1.1 国外研究和应用现状
• 1.1.2 国内研究和应用现状
• 1.1.3 基于CAN 网络的BCM 的发展趋势
• 1.2 课题背景
• 1.3 本文的研究工作和组织结构
• 2 CAN 网络技术介绍
• 2.1 汽车网络分类
• 2.2 汽车CAN 总线技术特点
• 2.3 CAN 总线网络协议技术规范
• 2.3.1 CAN 总线的分层结构
• 2.3.2 CAN 总线协议的数据链路层
• 2.3.3 CAN 总线协议的物理层
• 2.4 CAN 总线报文传送和帧结构
• 2.4.1 数据帧
• 2.4.2 远程帧
• 2.4.3 出错帧
• 2.4.4 超载帧
• 2.4.5 帧间空间
• 2.5 CAN 总线协议的错误处理
• 2.6 CAN 总线的基本组织规则
• 2.7 CAN 总线系统的结构原理及通信方式
• 2.7.1 CAN 总线系统的构成
• 2.7.2 CAN 总线系统的节点
• 2.7.3 CAN 总线系统的拓扑结构
• 2.7.4 CAN 总线系统的通信方式
• 2.8 本章小结
• 3 BCM 总体设计
• 3.1 基于CAN 网络的BCM 的架构设计
• 3.2 基于CAN 网络的BCM 的功能设计
• 3.3 BCM 系统控制流程图
• 3.4 本章小结
• 4 基于CAN 总线的BCM 的硬件设计
• 4.1 微控制器（MCU）选型
• 4.2 底层硬件模块的设计与实现
• 4.2.1 MCU 及外围模块结构
• 4.2.2 底层模块电源设计
• 4.2.3 开关量输入滤波电路设计
• 4.2.4 高边驱动电路设计
• 4.2.5 低边驱动电路设计
• 4.2.6 外扩EEPROM 存储单元电路设计
• 4.3 本章小结
• 5 基于CAN 总线的BCM 的软件设计
• 5.1 BCM 的软件架构设计
• 5.2 软件集成开发环境
• 5.2.1 集成开发环境概述
• 5.2.2 BCM 代码分层结构及概述
• 5.3 CAN 总线节点的软件设计
• 5.3.1 初始化
• 5.3.2 发送
• 5.3.3 接收
• 5.3.4 中断
• 5.3.5 状态服务程序
• 5.3.6 主发送器和主接收器模式
• 5.3.7 从发送器和从接收器模式
• 5.3.8 CAN 网络节点配置
• 5.4 数据采集模块软件设计
• 5.5 BCM 控制节点软件设计
• 5.6 软件抗干扰设计
• 5.7 本章小结
• 6 BCM 系统测试与验证
• 6.1 BCM 模块软件测试
• 6.1.1 QAC 静态测试
• 6.1.2 Tessy 动态测试
• 6.2 BCM 模块台架测试
• 6.3 BCM 模块的EMC 等测试
• 6.4 BCM 模块Labcar 测试
• 6.5 BCM 模块实车测试
• 6.6 本章总结
• 7 总结与展望
• 7.1 主要研究工作总结
• 7.2 今后研究工作展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的论文
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书