车用控制器局域网智能网关装置
2019-11-22

车用控制器局域网智能网关装置

本发明提供了一种车用控制器局域网(CAN)智能网关装置,包括CAN总线接口、以太网接口、无线网络接口、数据备份模块、微控制器智能化总线、其它总线接口、汽车控制单元、语音和显示接口、实时数据分析模块;该装置通过微控制器智能化总线结构实现了模块化的CAN协议到以太网协议、无线网络协议和其它专用总线协议的转换;通过嵌入式实时多任务操作系统动态任务调度实现了WWW网页浏览、显示和语音提示等人机接口,具备行驶数据分析、记录、控制等车身计算机的功能;可广泛用于具备CAN接口的发动机、电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、电控门窗装置、主动悬架装置等车载系统的运行状态监控、运行数据记录和故障维修等领域。

在现代轿车的设计中,CAN已经成为必须采用的装置。奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据报道,中国首辆CAN网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司试装成功,并进行了初步试运行。在上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引入了CAN总线技术。但是总的来说,汽车总线技术在我国尚处于试验和起步阶段,绝大部分的汽车还没有采用汽车总线的设计,因而急需一批拥有自主知识产权的发明创新项目填补这方面的空白。陈旧的技术方法已不适应汽车工业发展的需要。

本发明涉及汽车自动化领域。

④CANopen呈现了一个标准的应用层和通信描述,而可选择的可编程设备框架则指定了附加的通信功能特性。

又如,现有的部分汽车仪表虽然使用了总线的通信方式,但是其总线是专用设计,由于硬件标准不统一,通信协议不兼容,为甲公司汽车生产的仪表完全不能在乙公司的汽车上使用,更不可能在带有CAN接口的新式汽车系统中使用,通用性差。

例如,对于手动档位的汽车,驾驶员必须凭经验,以及汽车的行驶速度来控制档位,由于车辆性能的不同,以及驾驶员驾驶技术的高低不同,就出现该换档时未及时换档,汽车行驶在低档高速造成汽车油耗的增加。智能网关通过语音模块接口输出给驾驶员,这样驾驶员可按照相应提示更换档位。再如,冬季开车需要预热发动机,智能网关也可以起到提示作用。显示模块接口显示模块接口是智能化的多功能仪表界面。

②CANopen是基于CAN串行总线的网络系统,最早是从设计汽车工业的控制系统中发展出来的,比如操作处理系统。CANopen也可以应用于其它领域,比如说公共交通运输系统,医疗设备,海运电子设备和建筑自动化系统中。

20世纪90年代以来,汽车上由电子控制单元(ECU)指挥的部件数量越来越多,例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用,车上的ECU数量也越来越多。因此,一种新的概念——车上控制器局域网络CAN(Controller Area Network)的概念也就应运而生了。CAN最早是由德国BOSCH公司为解决现代汽车中ECU之间的数据交换而开发的一种数据通信协议,按照ISO有关标准,CAN的拓扑结构为总线式,因此也称为CAN总线。

对于拥有多辆汽车的运输公司来说,通过无线网络能够实现对汽车的调度管理、远程监控。当汽车启动后,会通过各个网络发送汽车启动、运行、停止、以及当前的运行状况信息,监控人员从远端就可对汽车进行实时监控,提早发现事故隐患,提醒驾驶员,以及防止汽车被盗。

智能网关提供本地数据备份、故障记录和运行参数记录功能。本部分是具有一定存储能力的嵌入式系统。存储器是掉电非易失的半导体存储介质,如FLASHROM,EEPROM,NVRAM等。存储器中的数据可以通过网络,用FTP方式方便的进行读写,不需要驱动软件。存储器中的数据是通过文件的形式存在;也就是说,嵌入式储存器具备文件管理的能力,可以支持文件的建立、删除、读取、写入等操作。在发生交通事故,汽车年检或汽车维修过程中,数据备份模块可以起到“黑匣子”的作用。在必要的时候可以采用双备份的方式进一步保证数据的安全。语音提示在硬件上,用语音合成芯片可以固化和定制各种语言或方言库,通过RS485接口与智能网关连接,也可用支持MP3技术的录音装置通过微控制器智能总线与智能网关连接,所述的录音装置具备Internet下载功能。

例如,众所周知汽车的核心设备是发动机,发动机的运行参数,例如发动机转速、机油压力、冷却剂温度等等是和汽车驾驶是紧密相关的。传统汽车仪表的设计方法是:通过放置在汽车部件(如发动机)内部的传感器,将机械信号转换成电信号,如电压、电流、脉冲信号,再经过D/A转换或计数器等,将电信号转换成可视的指针信号显示在模拟仪表盘上。随着汽车总线技术的发展,不少进口发动机已经不再直接向外提供传感器信号,而改用CAN总线通信接口。由于缺乏相关的测试和维修设备,一旦发动机出现故障,我们的维修人员只能是在发动机上钻孔,将传感器直接放进发动机内部进行检测,操作繁琐、设备复杂,且不利于保护发动机的整体结构。

②采用PDU(Protocol Data Unit协议数据单元)传送信息,每个PDU相当于CAN协议中的一帧。由于每个CAN帧最多可传输8个字节数据,因此PDU的传输具有很高的实时性。

智能网关通过CAN总线接口,从发动机、变速箱、刹车等车载系统中采集车辆运行数据;对采集的数据进行统计和分析处理;一部分数据通过格式转换,将CAN通信协议数据转换成RS422或RS485等专用总线数据,传送给传统汽车仪表和装置;一部分数据送显示屏幕和语音提示,供驾驶者参考,例如车速、档位等基本车辆运行信息,以及换档提示、超速警告等智能提示;一部分数据送数据备份模块存档,记录行车情况,例如发动机运行状态数据等,起到“黑匣子”的作用;一部分数据送以太网和无线网络接口,便于与其它计算机系统交换数据。