基于CAN總線的車用智能傳感器系統設計

引 言

隨著科學技術的進步和發展，對車輛駕駛性能和安全舒適性的要求大為提高，使得車輛上的電子控制單元數量逐步增加

但是，車輛上的電控單元(如，各種開關、執行器、傳感器等)的連接仍然以傳統的配線束來實現，使得車內線束過多且布線復雜，從而造成了嚴重的電磁干擾，導致系統的可靠性下降在高級轎車上，電子元件及其系統占據了整車超過20％的價格，而且，有日漸增加的趨勢在這種情況下，車內電控線路就會更加復雜，如何使車內的裝置網絡化，并降低配線束數量等成為改善車內系統的一個重點研究方向

在車輛的網絡化與通信系統中，局部網絡的方法越來越豐富，其中，CAN，Profibus，LON，ASI，EIB與eBus等網絡技術已經發展的相當成熟，各種網絡技術的標準化也相繼出臺，而且，這些成熟的網絡技術已經完成集成化工作CAN總線在穩定性、即時性及其性價比等方面在汽車應用中都顯示出較強的優勢，作為分布式控制中的局域網技術具有較強的競爭力目前，很多汽車采用CAN總線將整個汽車控制系統聯系起來統一管理，實現數據共享和相互之間協同工作，使車內線束布線方便可靠，提高了汽車整體的安全性和性價比，增強了自身的競爭力

實現車輛系統的網絡化控制的前提是網絡接點的智能化設計，包括傳感器、控制器和執行器的智能化本文以線控電子節氣門為研究對象，設計了腳踏板位置傳感器、節氣門位置傳感器和節氣門位置控制執行器的CAN總線智能化接點，以此為基礎組成CAN總線控制網絡，完成對節氣門位置的精確控制

1 車輛CAN總線與分布式控制系統結構

控制局域網(controller area network，CAN)屬于工業現場總線，是德國Bosch公司20世紀80年代初作為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器間的數據交換而開發的一種通信協議1993年11月，ISO正式頒布了高速通信CAN的國際標準(ISO 11898)CAN總線系統中現場數據的采集由傳感器完成，目前，帶有CAN總線接口的傳感器種類還不多，價格也較貴

車輛控制系統中存在大量傳感器、電子控制單元、執行機構等，通常，多控制器共享同樣的傳感器信息，而且，實時性、快速性的要求較高，如何將它們連接起來組成分布式控制網絡系統是現代控制系統的一個重要發展方向現場總線控制系統(field control system，FCS)就是其中的一種典型的控制網絡結構的實現CAN屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的多主串行總線，以其短報文幀和優異的CSMA／BA逐位仲裁協議而被受現場設備互連的青睞

基于CAN總線的車輛分布式控制網絡系統如圖1所示，采用現場總線式集散系統(field distributed control system，FDCS)結構，由傳感器、執行器、控制器智能節點以及CAN現場控制網絡組成多個智能節點各自獨立完成數據采集、系統設定、運行控制等，通過CAN現場總線，各智能節點之間交換各種數據和管理控制信息