汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统

摘要

本发明提供一种新型的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，涉及到整车网络拓扑结构、网络管理策略和网络管理和ID分配。所述系统包括高速CAN总线和与CAN总线连接的多个高速CAN节点电控单元，其特征在于：高速CAN总线最两端的CAN节点电控单元内各接有两个串联的终端电阻；系统控制每个CAN节点电控单元的初始化时间和暂时离开总线时间；节点分为主节点、+30节点和+15节点，当+15线未上电时所有+15节点的CAN不工作，当+15线上电后，所有+15节点被唤醒；在+30线有电、+15线未上电的情况下，主节点可以唤醒+30节点CAN总线。本发明车网络拓扑图具有很强的拓展性和灵活性，可以满足同系列车型配置的多样性；络管理方式保证减小整车静态电流，以及整车网络的实时性和有序性；本发明的ID分配方式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，降低了网络负载率。

权利要求

1.一种汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，包括高速CAN总线和与CAN总线连接的多个高速CAN节点电控单元，其特征在于：高速CAN总线最两端的CAN节点电控单元内各接有两个串联的终端电阻；系统控制每个CAN节点电控单元的初始化时间和暂时离开总线时间；节点分为主节点、+30节点和+15节点，当+15线未上电时所有+15节点的CAN不工作，当+15线上电后，所有+15节点被唤醒；在+30线有电、+15线未上电的情况下，主节点可以唤醒+30节点CAN总线。

2.根据权利要求1所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，所述多个高速CAN节点包括发动机控制器(EMS)、变速箱控制器(TCU)、安全气囊控制器(ABM)、防抱死制动系统(ABS)、胎压检测控制器(TPMS)、组合仪表控制器(ICM)、车体控制模块(FBCM)，它们各自连接到高速CAN总线上。

3.根据权利要求1所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，所述主节点为车体控制模块(FBCM)，+30节点为组合仪表控制器(ICM)。

4.根据权利要求1所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，所述电阻为60欧姆，放置在发动机控制器(EMS)和组合仪表控制器(ICM)中。

5.根据权利要求3所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，当所述车体控制模块(FBCM)收到输入信号需要唤醒组合仪表控制器(ICM)时，车体控制模块(FBCM)将与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)设置成低电平。

6.根据权利要求5所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，所述输入信号包括车小灯开信号，危险闪烁信号，超车灯信号，左前门、右前门、侧滑门、前舱盖、后备箱未关信号。

7.根据权利要求3所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，在+30线有电时，如果不存在任何信号需要通知仪表，3分钟后，车体控制模块(FBCM)将与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)设置成高电平，仪表睡眠。

8.根据权利要求3所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，在+30线有电时，如果始终有开门信号，车体控制模块(FBCM)会始终发送CAN数据并保持与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)为低电平，15分钟没有任何信号的改变后，车体控制模块(FBCM)会停止发送CAN数据并置相应管脚(CAN Wake up)为高电平。

9.根据权利要求3所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，在+30线有电时，如果始终有小灯信号、危险信号，车体控制模块(FBCM)会始终发送CAN数据并保持与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)为低电平，15分钟没有任何信号的改变后，车体控制模块(FBCM)不会停止发送CAN数据并置相应管脚(CAN Wake Up)为低电平。

10.根据权利要求3所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，在+30线有电时，如果始终有超车信号，车体控制模块(FBCM)会始终发送CAN数据并保持与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)为低电平，3秒钟没有任何信号的改变后，车体控制模块(FBCM)会停止发送CAN数据并置相应管脚(CAN Wake Up)为高电平。

11.根据权利要求1所述的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统，其特征在于，根据CAN总线上各报文的功能、传输信息的实时性、网络负载，对报文优先级进行分配。

说明书

汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及到汽车电子控制领域。

背景技术

[0002] 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。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总线注定将会继续并且很长一段时间内被广大汽车制造商使用。

[0003] 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(假设一台装备了CAN的车辆每年运行2000小时，总线速率为500kbps，25％的总线负载。这种情况下，每1000年才会有一个错误检测不到)；节点在错误严重的情况，自动退出总线。

[0004] 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(乘用车和商用车)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。

[0005] CAN BUS成为汽车电子系统集成的关键技术，介于以CAN总线为代表的车用总线技术在现代汽车工业的重要性，目前不仅全球各大汽车制造商建立了相应的总线研发部门，并制定了相应的总线企业标准。如：通用汽车公司以CAN总线为基础制定了该公司的CAN总线标准GMLAN，而且在新车设计之初总线研发部门就开始介入。一些技术先进的国家还成立了汽车总线标准化组织并推出总线标准。如美国汽车工程师学会(SAE)基于CAN总线制定了商用车总线标准J1939。部分国家相关政府部门和高校也在开展总线基础性研究。如美国联邦窗体顶端机动车安全管理局、德国应用科技大学的C&S实验室等。另有一些专业公司也在专注于总线工具的研发，如全球著名汽车总线工具提供商德国VECTOR公司。此外，还有一些与总线相关的零部件商正根据主机厂的标准和规范研发具有总线通信功能的零部件。

[0006] CAN总线在国内同行业基本属于起步阶段，如果不及时跟上世界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，目前在国内生产的汽车中也有一些车型也不同程度地使用了CAN BUS总线技术，如：福特嘉年华、帕萨特B5、BORA、POLO、FIAT PALIO和SIENA等，但CAN BUS和这些车型的其它高档电子产品一样，都是从其国外母公司直接引进过来的成熟设计。到目前为止在中国还没有一个车型的CAN BUS系统是由国内的公司自己开发设计的。

发明内容

[0007] 本发明提供一种新型的汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统， 涉及到整车网络拓扑结构、网络管理策略和网络管理和ID分配。

[0008] 所述系统包括高速CAN总线和与CAN总线连接的多个高速CAN节点电控单元，其特征在于：

[0009] 高速CAN总线最两端的CAN节点电控单元内各接有两个串联的终端电阻；系统控制每个CAN节点电控单元的初始化时间和暂时离开总线时间；节点分为主节点、+30节点和+15节点，当+15线未上电时所有+15节点的CAN不工作，当+15线上电后，所有+15节点被唤醒；在+30线有电、+15线未上电的情况下，主节点可以唤醒+30节点CAN总线。

[0010] 优选地，所述多个高速CAN节点包括发动机控制器(EMS)、变速箱控制器(TCU)、安全气囊控制器(ABM)、防抱死制动系统(ABS)、胎压检测控制器(TPMS)、组合仪表控制器(ICM)、车体控制模块(FBCM)，它们各自连接到高速CAN总线上。

[0011] 优选地，所述主节点为车体控制模块(FBCM)，+30节点为组合仪表控制器(ICM)。

[0012] 优选地，所述电阻为60欧姆，放置在发动机控制器(EMS)和组合仪表控制器(ICM)中。

[0013] 优选地，所述当车体控制模块(FBCM)收到输入信号需要唤醒组合仪表控制器(ICM)时，车体控制模块(FBCM)将与仪表相连的相应管脚(CAN WakeUp)设置成低电平。

[0014] 优选地，所述输入信号包括车小灯开信号，危险闪烁信号，超车灯信号，左前门、右前门、侧滑门、前舱盖、后备箱未关信号。

[0015] 优选地，在+30线有电时，如果不存在任何信号需要通知仪表，3分钟后，车体控制模块(FBCM)将与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)设置成高电平，仪表睡眠。

[0016] 优选地，在+30线有电时，如果始终有开门信号，车体控制模块(FBCM)会始终发送CAN数据并保持与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)为低，15分钟没有任何信号的改变后，车体控制模块(FBCM)会停止发送CAN数据并置相应管脚(CAN Wake Up)为高。

[0017] 优选地，在+30线有电时，如果始终有小灯信号、危险信号，车体控制模块(FBCM)会始终发送CAN数据并保持与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)为低，15分钟没有任何信号的改变后，车体控制模块(FBCM)不会停止发送CAN数据并置相应管脚(CAN Wake Up)为低。

[0018] 优选地，在+30线有电时，如果始终有超车信号，车体控制模块(FBCM)会始终发送CAN数据并保持与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)为低，3秒钟没有任何信号的改变后，车体控制模块(FBCM)会停止发送CAN数据并置相应管脚(CAN Wake Up)为高。

[0019] 优选地，根据CAN总线上各报文的功能、传输信息的实时性、网络负载等因素，对报文优先级进行分配

[0020] 一种汽车整车电子设备CANBUS网络控制方法，控制高速CAN总线和与CAN总线连接的多个高速CAN节点电控单元，其特征在于包含如下步骤：在高速CAN总线最两端的CAN节点电控单元内各接有两个串联的终端电阻的步骤；系统规定每个CAN节点电控单元的初始化时间和暂时离开总线时间的步骤；节点分为主节点、+30节点和+15节点，当+15线未上电时所有+15节点的CAN不工作，当+15线上电后，所有+15节点被唤醒；在+30线有电、+15线未上电的情况下，主节点可以唤醒+30节点CAN总线。

[0021] 优选地，所述多个高速CAN节点包括发动机控制器(EMS)、变速箱控制器(TCU)、安全气囊控制器(ABM)、防抱死制动系统(ABS)、胎压检测控制器(TPMS)、组合仪表控制器(ICM)、车体控制模块(FBCM)，它们各自连接到高速CAN总线上。

[0022] 优选地，所述主节点为车体控制模块(FBCM)，+30节点为组合仪表控制器(ICM)。

[0023] 优选地，所述电阻为60欧姆，放置在发动机控制器(EMS)和组合仪表控制器(ICM)中。

[0024] 优选地，所述当车体控制模块(FBCM)收到输入信号需要唤醒组合仪表控制器(ICM)时，车体控制模块(FBCM)将与仪表相连的相应管脚(CAN WakeUp)设置成低电平。

[0025] 优选地，所述输入信号包括车小灯开信号，危险闪烁信号，超车灯信号，左前门、右前门、侧滑门、前舱盖、后备箱未关信号。

[0026] 优选地，在+30线有电时，如果不存在任何信号需要通知仪表，3分钟后，车体控制模块(FBCM)将与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)设置成高电平，仪表睡眠。

[0027] 优选地，在+30线有电时，如果始终有开门信号，车体控制模块(FBCM)会始终发送CAN数据并保持与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)为低，15分钟没有任何信号的改变后，车体控制模块(FBCM)会停止发送CAN数据并置相应管脚(CAN Wake Up)为高。

[0028] 优选地，在+30线有电时，如果始终有小灯信号、危险信号，车体控制模块(FBCM)会始终发送CAN数据并保持与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)为低，15分钟没有任何信号的改变后，车体控制模块(FBCM)不会停止发送CAN数据并置相应管脚(CAN Wake Up)为低。

[0029] 优选地，在+30线有电时，如果始终有超车信号，车体控制模块(FBCM)会始终发送CAN数据并保持与仪表相连的相应管脚(CAN Wake Up)为低，3秒钟没有任何信号的改变后，车体控制模块(FBCM)会停止发送CAN数据并置相应管脚(CAN Wake Up)为高。

[0030] 优选地，根据CAN总线上各报文的功能、传输信息的实时性、网络负载等因素，对报文优先级进行分配

[0031] 本发明的有益效果是：

[0032] 本专利的整车网络拓扑图具有很强的拓展性和灵活性，可以满足同系列车型配置的多样性，同时减少了总线开发工程师的工作量，也避免了各电控单元硬件的更改。网络管理方式在上电状态转换和总线关闭及上电初始化时间等等方面统一管理，保证减小整车静态电流，以及整车网络的实时性和有序性。本专利的ID分配方式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，降低了网络负载率。

附图说明

[0033] 图1是本发明所述汽车整车电子设备CANBUS网络控制系统网络拓扑图。

[0034] CANBUS：高速CAN总线；

[0035] EMS：发动机控制器；

[0036] TCU：变速箱控制器—选装；

[0037] ABM：安全气囊控制器；

[0038] ABS：防抱死制动系统；

[0039] TPMS：胎压检测控制器；

[0040] ICM：组合仪表控制器；

[0041] FBCM：车体控制模块。

具体实施方式

[0042] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0043] 整车网络拓扑结构(见附图一)

[0044] 系统包括发动机控制器(EMS)、变速箱控制器(TCU)、安全气囊控制器(ABM)、防抱死制动系统(ABS)、胎压检测控制器(TPMS)、组合仪表控制器(ICM)、车体控制模块(FBCM)，它们各自连接到高速CAN总线上。高速CAN速率为500kbit/s，终端匹配电阻放在EMS和ICM中。

[0045] 考虑到整车配置、搭建商用车CAN开发平台及未来CANBUS的发展趋势等等原因，本申请采用单速率网段—高速500kbit/s，且根据开发前的仿真监测总线负载率小于30％保证了整个网络的基本正常运行。

[0046] 高速CAN总线的最两端的电控单元内会各接有两个串联的60欧姆的终端电阻，以防止总线在线端数据的反射，使总线成为一条“线段”，而不是“直线”。后期整车可能出现的降成本配置，会减少现有的电控单元，必须在前期设计时保证整个网络拓扑的拓展性及灵活性，为了使后期可能出现的更改更简便，保证所有总线上电控单元硬件的沿用性，因此必须将终端电阻设置在整车不可缺少的电控单元内，仪表和电喷是最佳选择。

[0047] 本专利的整车网络拓扑图具有很强的拓展性和灵活性，可以满足同系列车型配置的多样性，同时减少了总线开发工程师的工作量，也避免了各电控单元硬件的更改。

[0048] 网络管理策略

[0049] 严格控制了各个电控单元的初始化时间，以保证每个节点可以正常的开始功能的运作，不会因为某个节点的初始化时间过长而影响到它的报文的发送，以至于影响到需要接收该报文以完成某种汽车上的某种控制策略。

[0050] 严格控制了各个电控单元因为错误严重而暂时离开总线的时间，以保证总线在大部分时间内每个电控单元都是可以正常运行的，确保了总线的正确性。

[0051] 本申请整车网络采用单速率高速CAN，对于单网段网络可采用引脚唤醒方式实现网络管理。此处的唤醒是指在+30线有电，+15线未上电的情况下主节点对+30节点的CAN唤醒。当+15上电后网络成多主状态，此情况下不存在唤醒。

[0052] 节点上电后初始化到它可发出第一帧的时间就称之为此节点的初始化时间。各个模块的初始化时间如表1所示。

[0053]

[0054] 备注：TBD(To Be Defined)

[0055] 表1

[0056] 当CAN节点测试到CAN控制器在Bus Off状态时，CAN节点会暂时离开网络一段时间后，重新复位CAN控制器恢复正常通讯。各电控单元Busoff时间如表2所示[0057]

[0058] 表二

[0059] 网络管理策略详细描述

[0060] 1.15节点的工作描述

[0061] 当15线未上电时，所有15节点的CAN不工作，不向网络上发消息；当15线上电后，所有15节点立即被唤醒，此时网络成多主状态。

[0062] 2.对30节点的唤醒

[0063] 首先，由于只有FBCM和ICM可以工作在+30线有电，+15线未上电的情况下，根据整车功能FBCM和ICM在此情况有可能会进行CAN通讯，FBCM作为主节点，所以此处的唤醒是指在+30线有电，+15线未上电的情况下FBCM对ICM的CAN唤醒。当+15上电后，FBCM和ICM始终进行CAN通讯，网络成多主状态，此情况下不存在唤醒。

[0064] 3.CAN唤醒和睡眠时CAN WAKE UP信号的状态

[0065] CAN Wake Up是FBCM的一个PIN脚信号，与仪表的相应PIN脚相连接，当仪表需要唤醒或睡眠时，FBCM把此PIN脚CAN Wake Up置为相应的高低电平。

[0066] 高电平：(IGN-2)V～IGNV；

[0067] 低电平：0～1.5V。

[0068] ①当FBCM需要唤醒ICM时，CAN WAKE UP信号为低电平。

[0069] 在+30时，当FBCM收到输入信号并且这些信号是需要通过CAN和仪表进行通信时(即仪表需要显示时)，FBCM会将CAN WAKE UP线的电平拉低，唤醒仪表。具体的信号有：车小灯开信号、危险闪烁信号、超车灯信号、门(左前门、右前门、侧滑门、前舱盖、后备箱)未关信号。

[0070] ②而当下面条件成立时，FBCM会置CAN WAKE UP信号为高电平，让仪表睡眠。在+30时，不存在任何信号需要通知仪表(上面所述的门开和灯信号)，即其状态为初始状态(无灯开并且无门开)，在3秒钟后，FBCM会置CAN WAKE UP为高电平，同时停止发送CAN数据，仪表睡眠。

[0071] ③在+30时，当以下具体条件出现时，FBCM会置CAN WAKE UP信号为相应电平，让仪表进入相应的状态。

[0072] a.当始终有门开的信号并输入信号未发生变化时，FBCM会始终发送CAN数据并保持CAN WAKE UP为低，15分钟(没有任何信号的改变)后，FBCM停止发送CAN数据并置CAN WAKE UP为高。

[0073] b.当始终有小灯信号时，FBCM会始终发送CAN数据并保持CAN WAKE UP为低，15分钟(没有任何信号的改变)后，FBCM不会停止发送CAN数据并始终保持CANWAKE UP为低。

[0074] c.当有超车灯信号时，FBCM会发送CAN数据并保持CAN WAKE UP为低，3秒钟(没有任何信号的改变)后，FBCM停止发送CAN数据并置CAN WAKE UP为高。

[0075] d.当始终有危险灯信号时，FBCM会始终发送CAN数据并保持CAN WAKE UP为低，15分钟(没有任何信号的改变)后，FBCM不会停止发送CAN数据并始终保持CAN WAKE UP为低。

[0076] 数据帧ID分配

[0077] 数据帧的ID决定报文发送的优先级，ID越小，报文的优先级越高。根据H13各报文的功能、传输信息的实时性、网络负载等因素的分析，对报文的优先级进行了分配，具体分配如下(按优先级由高到低排列)：

[0078] 发动机扭矩管理相关事件；

[0079] 发动机转速、水温、巡航、排放故障指示、电控单元故障指示相关事件；

[0080] 制动系统相关事件；

[0081] 安全气囊系统相关事件；

[0082] 车身控制模块相关事件；

[0083] 倒车雷达模块相关事件；

[0084] 车速、里程相关信息；

[0085] 胎压系统相关事件；

[0086] 发动机配置信息；

[0087] 诊断信息；

[0088] 版本信息。

[0089] 本专利的ID分配方式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，降低了网络负载率。CANBUS通讯矩阵表如表三所示。

[0090]Peri Siz
TE
Message Typ od e FB TP
ID ICM ABM ABS EMS ST
Name e (mS (by CM MS
ER
ec.) te)

[0091]$391h FBCM_1 P 20 8 TX RX RX RX RX
$398 FBCM_2 P 100 8 TX RX
h
$430 ICM P 20 8 RX TX RX RX RX
h
$31Ch ABM PE 500 8 RX RX TX
$2E9h ABS_1 P 10 8 RX TX RX
$310 ABS_2 P 10 8 TX RX
h
$FA h EMS_1 P 10 8 TX
$270 EMS_2 P 10 8 RX RX TX
h
$278 EMS_3 P 10 8 RX TX
h
$370 EMS_4 P 10 8 TX
h
$378 EMS_5 P 10 8 TX
h
$623 EMS_6 P 1000 8 TX
h
$51b TPMS P 500 8 RX TX
h
$7C0h FBCM_HW_SW P 2000 6 TX

[0092]_REL
$7C6h ICM_HW_SW_ P 2000 6 TX
REL
$7C9h ABM_HW_SW_ P 2000 6 TX
REL
$7C2h ABS_HW_SW_ P 2000 6 TX
REL
$7C1h EMS_HW_SW_ P 2000 6 TX
REL
$7C8h TPMS_HW_SW P 2000 6 TX
_REL
$700 FBCM_DIAG_ E --- 8 TX RX
h RESP
$720 TESTER_DIA E --- 8 RX TX
h G_FBCM
$704 ICM_DIAG_R E --- 8 TX RX
h ESP
$724 TESTER_DIA E --- 8 RX TX
h G_ICM
$707 ABM_DIAG_R E --- 8 TX RX
h ESP
$727 TESTER_DIA E --- 8 RX TX
h G_ABM
$702 ABS_DIAG_R E --- 8 TX RX
h ESP
$722 TESTER_DIA E --- 8 RX TX
h G_ABS
$701 EMS_DIAG_R E --- 8 TX RX
h ESP
$721 TESTER_DIA E --- 8 RX TX
h G_EMS
$708 TPMS_DIAG_ E --- 8 TX RX
h RESP
$728 TESTER_DIA E --- 8 RX TX
h G_TPMS

[0093] 表三

[0094] 表三说明：

[0095] ID：标识符

[0096] Message Name：报文名称

[0097] FBCM_HW_SW_REL：FBCM硬件及软件版本报文

[0098] TESTER_DIAG_FBCM：诊断仪请求报文

[0099] FBCM_DIAG_RESP：FBCM应答报文

[0100] Type：类型

[0101] P：周期型

[0102] PE：周期事件型

[0103] E：事件型

[0104] Period(mSec.)：周期(毫秒)

[0105] Size(byte)：长度(字节)

[0106] RX：接收

[0107] TX：发送

[0108] 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。