专利名称：客车车载网络控制系统及其管理和控制方法
技术领域：
本发明客车车载网络(CAN控制器局域网)控制系统及其管理和控制方法涉及的是一种根据客车的特点，由五个控制单元构成基本客车车载网络(CAN控制器局域网)控制系统，采用网络通信进行控制、管理和故障诊断。
背景技术：
客车车身长，从车头到车尾有大量灯光电力电缆，故障率高，可靠性低。灯光控制是通过开关和继电器进行控制，没有灯光故障检测和故障显示功能。另外汽车发动机、仪表等部件都是采用单独控制方式，没有形成系统进行管理和控制，存储的故障代码也是孤立的，没有发生故障时的相关条件数据。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种客车车载网络控制系统及其管理和控制方法，具有五个带CAN总线接口的电子控制单元，具体包括中央控制单元、发动机控制单元、仪表显示单元、前灯光控制单元、后灯光控制单元，共同组成车载网络。用网络传输控制命令，前、后灯光控制单元分别控制车前灯和车后灯，省去大量灯光电缆，用无触点大容量高端开关取代继电器，提高可靠性，灯光控制单元具有检查车灯有无故障的功能，并在仪表显示单元的液晶屏幕用汉字显示车灯和其他故障内容，发动机信号单元，将发动机信号和发动机故障信息，转换成CAN数字信号，通过总线传输，省去信号电缆，降低成本，提高可靠性。
客车车载网络控制系统包括前灯光控制单元、后灯光控制单元，发动机信号单元、仪表显示单元和中央控制单元，整个网络系统由中央控制单元进行控制和管理；灯光控制单元结构包括CAN收发器、集成CAN控制器的微处理器、大电流高端开关、稳压电源与输出输入接口电路，CAN收发器通过输出输入接口与CAN总线相连，接收CAN数字信号，集成CAN控制器的微处理器与CAN收发器相连，将CAN数字信号解码，控制大电流高端开关工作，稳压电源给系统提供电源电压，外部灯通过输出输入接口与大电流高端开关相连，高端开关具有过热和断路检测报告功能，微处理器根据高端开关的报告，将此信息进行编码，通过CAN总线输出。
中央控制单元包括集成CAN控制器的微处理器、CAN收发器、CAN总线接口、稳压电源、输入、输出接口电路、开关信号检测电路，CAN总线通过输入输出接口与CAN收发器相连，CAN收发器与微处理器CPU相连，组合开关与输入输出接口相连，通过开关信号检测电路与微处理器CPU相连，稳压电源给系统提供工作电压。
发动机信号单元结构包括CAN收发器、集成CAN控制器的微处理器、稳压电源与输出输入接口电路，稳压电源给系统提供电源电压，CAN收发器通过输出输入接口与CAN总线相连，接收CAN数字信号，集成CAN控制器的微处理器与CAN收发器相连，将CAN数字信号解码，传感器通过输出输入接口与微处理器相连，将模拟信号转换成CAN报文，通过CAN收发器与CAN总线相连，电喷高速CAN输出信息通过输出输入接口与微处理器相连。
仪表控制单元包括集成CAN控制器的微处理器、CAN收发器、稳压电源、输入输出接口、汉字显示模块、LED驱动模块、LED发光二极管、步进电机模块，稳压电源给系统提供工作电压，CAN总线通过输入输出接口与CAN收发器相连，CAN收发器与微处理器CPU相连，微处理器通过LED驱动模块与LED发光二极管相连，汉字显示模块与微处理器相连，显示故障信息，微处理器与多个步进电机相连，驱动仪表指针。
客车车载网络控制系统的管理和控制方法根据整车设计要求确定若干个带CAN接口的电子控制单元，组成车载网络，每个电子控制单元必须有一个确定的物理地址和诊断地址，这是网络管理和系统诊断报文标识符的目标地址和源地址的依据，中央控制单元和车载网络的其他节点通过“配置数据请求、应答”，以及“网络管理请求、应答”等数字通信进行交互，实现对整个车载网络进行配置、诊断、休眠、唤醒等一系列网络管理；中央控制单元必须和车载网络的所有的节点保持通信，将所有节点捆绑在一起，形成系统，协调工作，所以中央控制单元CPU中存有系统原始配置的节点数据库，中央控制单元不断发出网络管理报文，对系统节点进行询问，掌握每个节点的活动情况，形成系统“节点状态的数据库”。
中央控制单元内存中存有网络节点状态的动态数据库，包括节点物理地址、节点诊断地址、节点激活状态、故障状态、总线故障或系统兼容状态。整个系统的故障内容和提示信息，由中央控制单元通过网络通信，触发仪表液晶屏幕用汉字进行显示。
客车车载网络控制系统及其管理和控制方法主要特点1、车头车尾各设置一个带CAN接口灯光控制单元，前灯控制单元控制车前的远光灯、近光灯，前雾灯和前面的左右转向灯，后灯控制单元控制刹车灯、倒车灯、后雾灯、驻车灯、双跳灯和后面的左右转向灯，在这两个灯光控制单元之间只有一根双绞线相连，节省车前到车后的许多灯光线缆。组合开关的开关信号，由中央控制单元转换成CAN数字信号，通过CAN总线传输，抗干扰能力强，可靠性好。前后灯光控制单元的微处理器对CAN数字信号进行解码，控制不同端口的输出。
2、灯光控制单元采用大电流高端开关电路，直接驱动灯泡发光。不再采用传统继电器。
3、灯光控制单元具有检测回路电流的功能，发现故障，将故障信息通过CAN总线，用数字信号发送给中央控制单元，由中央控制单元触发CAN总线仪表，报告外部灯不亮。
4、针对客车发动机后置的特点，设置发动机信号单元，将发动机信号和发动机故障信息，转换成CAN数字信号，通过总线传输，省去信号电缆，降低成本，提高可靠性。通过总线传输的故障信息在中央控制单元存储，水温、转速等信息在仪表上显示。
5、中央控制单元负责管理车载网络，搜集所有电子控制单元的故障信息进行存储，并触发CAN总线电子组合仪表，在液晶显示屏幕用汉字显示故障内容和发生故障当时的条件数据，比较严重的故障直接驱动液晶屏幕闪烁。
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是客车车载网络控制系统的网络节点示意图。
图2是客车车载网络控制系统的灯光控制单元电路结构图。
图3客车车载网络控制系统的中央控制单元电路结构图。
图4客车车载网络控制系统的发动机信号单元电路结构图。
图5客车车载网络控制系统的仪表控制单元电路结构图。
具体实施例方式
参照附图1-5，客车车载网络控制系统包括前灯光控制单元、后灯光控制单元，发动机信号单元、仪表显示单元和中央控制单元，整个网络系统由中央控制单元进行控制和管理，每个电子控制单元必须有一个确定的物理地址和诊断地址，这是网络管理和系统诊断报文标识符的目标地址和源地址的依据，中央控制单元和车载网络的其他节点通过“配置数据请求、应答”，以及“网络管理请求、应答”等数字通信进行交互，实现对整个车载网络进行配置、诊断、休眠、唤醒等一系列网络管理；灯光控制单元结构包括CAN收发器、集成CAN控制器的微处理器、大电流高端开关、稳压电源与输出输入接口电路，CAN收发器通过输出输入接口与CAN总线相连，接收CAN数字信号，集成CAN控制器的微处理器与CAN收发器相连，将CAN数字信号解码，控制大电流高端开关工作，稳压电源给系统提供电源电压，外部灯通过输出输入接口与大电流高端开关相连，高端开关具有过热和断路检测报告功能，微处理器根据高端开关的报告，将此信息进行编码，通过CAN总线输出。
灯光控制单元包括CAN收发器，集成CAN控制器的微处理器，大电流高端开关，稳压电源与输出输入接口电路。CAN收发器可以采用TJA1054，微处理器可以采用MC68HC908GZ16，大电流高端开关可以采用MC33286和MC33288，稳压电源采用7812和7805。CAN收发器通过输出输入接口与CAN总线相连，接收CAN数字信号，集成CAN控制器的微处理器与CAN收发器相连，将CAN数字信号解码，控制大电流高端开关工作，稳压电源给系统提供电源电压，外部灯通过输出输入接口与大电流高端开关相连。高端开关具有过热和断路检测报告功能，微处理器根据高端开关的报告，将此信息进行编码，通过CAN总线输出。
中央控制单元包括集成CAN控制器的微处理器、CAN收发器、、CAN总线接口、稳压电源、输入、输出接口电路、开关信号检测电路，CAN总线通过输入输出接口与CAN收发器相连，CAN收发器与微处理器CPU相连，组合开关与输入输出接口相连，通过开关信号检测电路与微处理器CPU相连，稳压电源给系统提供工作电压。
发动机信号单元结构包括CAN收发器、集成CAN控制器的微处理器、稳压电源与输出输入接口电路，稳压电源给系统提供电源电压，CAN收发器通过输出输入接口与CAN总线相连，接收CAN数字信号，集成CAN控制器的微处理器与CAN收发器相连，将CAN数字信号解码，传感器通过输出输入接口与微处理器相连，将模拟信号转换成CAN报文，通过CAN收发器与CAN总线相连，电喷高速CAN输出信息通过输出输入接口与微处理器相连；仪表控制单元包括集成CAN控制器的微处理器、CAN收发器、稳压电源、输入输出接口、汉字显示模块、LED驱动模块、LED发光二极管、步进电机模块，稳压电源给系统提供工作电压，CAN总线通过输入输出接口与CAN收发器相连，CAN收发器与微处理器CPU相连，微处理器通过LED驱动模块与LED发光二极管相连，汉字显示模块与微处理器相连，显示故障信息，微处理器与多个步进电机相连，驱动仪表指针；客车车载网络的前灯光控制单元、后灯光控制单元，带有CAN接口，分别装置在车头、车尾，前灯控制单元控制车前的远光灯、近光灯，前雾灯和前面的左右转向灯，后灯控制单元控制刹车灯、倒车灯、后雾灯、驻车灯、双跳灯和后面的左右转向灯，中间用CAN总线相连，根据CAN报文控制大容量高端开关不同引脚直接送出大电流，点亮远光灯、近光灯、转向灯、雾灯和刹车灯、倒车灯；组合开关的开关信号，由中央控制单元转换成CAN数字信号，通过CAN总线传输，前后灯光控制单元的微处理器对CAN数字信号进行解码，控制不同端口的输出电流。
前、后灯光控制单元检测回路电流，发现断路，将故障信息编辑在网络管理报文中，通过CAN总线，用数字信号发送给中央控制单元，由中央控制单元触发CAN总线显示单元，报告外部灯不亮。
发动机信号单元，将发动机信号和发动机故障信息，转换成CAN数字信号，通过总线传输，传输的故障信息在中央控制单元存储，水温、转速等信息在仪表上显示。
中央控制单元是汽车控制器局域网CAN系统的核心和关键部件，作为低速CAN控制器局域网控制的主节点，负责将组合开关的信号，转换成CAN数字信号，并采用计算机通讯方式向网络发送网络管理的CAN帧，负责网络的休眠、唤醒、系统节点的配置、系统节点诊断和故障检测，检测到的故障存储在中央控制单元的内存中，由中央控制单元根据动态链接库的状态驱动仪表液晶屏闪烁或用汉字显示故障内容，实现对整个网络管理职能。
CAN总线数字式电子仪表接收CAN报文驱动仪表显示，省掉许多传感器信号线。该仪表另一个重要功能是在里程显示液晶屏上用汉字显示整个系统的故障内容和提示信息。
根据客车特点，CAN系统设置五个模块，这五个模块的有关信息如下表所示网络节点
根据五个模块的功能，系统检测和显示的故障如下1、远光灯故障(左右)2、近光灯故障(左右)3、转向灯故障(左右前后)4、雾灯故障(前后)5、倒车灯故障(后)6、驻车灯故障(后)7、刹车灯故障(后)8、双跳灯故障(前后)9、节点从总线断开。(CAN高与CAN低断线，CAN高与CAN低短路)客车车载网络控制系统的管理和控制方法1、车载网络配置若干带微处理器的电子控制单元(以下简称节点)，组成控制器局域网，由中央控制单元(简称车身电脑)管理网络，是车载网络的主节点，其他控制单元作为从属节点，所有节点都具有确定的物理地址和诊断地址，以便系统配置、诊断和网络管理。
2、中央控制单元必须和车载网络的所有的节点保持通信，在中央控制单元CPU中存有系统原始配置的节点数据库，包括节点物理地址、节点诊断地址、节点激活状态、故障状态、总线故障或系统兼容状态，中央控制单元不断发出网络管理报文，对系统节点进行询问，掌握每个节点的活动情况，形成系统“节点状态的数据库”，中央控制单元根据所有节点的响应报文，将各节点当前的活动状态在“节点状态数据库”中进行标志，再和原始配置予以比较，起到网络管理和系统诊断的作用；整个系统的故障内容和提示信息，由中央控制单元通过网络通信，触发里程表液晶屏幕用汉字进行显示。
3、系统具有共同遵守的诊断协议和诊断服务内容。
汽车电子控制单元的在线配置和系统诊断必须通过系统诊断服务实现，诊断服务CAN帧的长度固定8个字节，未使用的字节填上0，目标地址(T)和源地址(S)受传输协议控制。源地址在CAN标识符内被编码。在CAN报文中，标识符如下表所示报文标识符
级别最紧急的应用为000，网络管理和诊断为111。
种类优先级最高为000，优先级最低为111。
数据长度信息(L)被DL参数所转换。由“诊断服务识别码”(SID)开始的数据区将一个字节、一个字节地编制到新的报文结构中的数据区。在测试器的请求报文中，目标地址是ECU的物理地址，在ECU的响应报文中，目标地址是测试器的地址F1。系统可提供的诊断服务和服务代码如下表所示
“诊断请求报文”由测试仪器发出，请求报文的目标地址总是节点的物理地址，节点的“诊断响应报文”的目标地址总是测试仪器的物理地址F1。通过系统诊断，可以改变系统参数，改变输出、输入关系。
系统节点收到测试仪器的“诊断请求”报文以后，要按照固定的格式予以响应，如果接受请求，以“诊断请求正响应”回复，如果不接受，则以“诊断请求负响应”回复。正响应和负响应有不同的代码。负响应又分“一般拒绝”“忙-重复请求”“请求超范围”等，用不同的代码予以区分。
诊断服务报文格式
例如
4、中央控制单元存储了系统原始配置节点的所有数据，在运行中，中央控制单元每隔固定的时间发出网络管理请求报文，所有从属节点依次发回响应报文。报文采用规定好的格式编码，用某些特定的字位表示网络唤醒、网络休眠的命令和节点故障状态和在网络中的活动状态等信息，中央控制单元收到这些报文，根据规定格式进行解码，判断节点配置情况和故障状态，和系统原始配置进行对比，根据动态数据库的差异判断故障，触发故障报警。
数据库的格式大致如下
中央控制单元是车载网络的管理者，中央控制单元将按照固定的周期在网络上发送“网络管理”报文，报文长度根据信息量确定，格式如下
从属节点收到中央控制单元的“网络管理请求”报文以后，以带有自身物理地址为标识符的“网络管理响应”报文予以回复，中央控制单元根据所有节点的响应报文，将各节点当前的活动状态在“节点状态数据库”中进行标志，再和原始配置予以比较，起到网络管理和系统诊断的作用从属节点的报文格式如下
5、中央控制单元在故障存储区存储故障代码的同时，储存故障发生时的条件参数，以便进行系统分析。
故障存储区格式如下
6、总线开路，造成丢失某个节点或修理时更换了与系统不兼容的电子控制单元，中央控制单元通过网络通信，触发里程表显示液晶屏闪烁。
7、发生故障后，如灯泡损坏，由灯光控制单元将故障内容通过CAN总线发出CAN报文，中央控制单元对CAN报文进行解码，存储故障代码，驱动仪表液晶屏用汉字滚动显示故障内容。
权利要求
1.客车车载网络控制系统，其特征在于包括前灯光控制单元、后灯光控制单元，发动机信号单元、仪表显示单元和中央控制单元，整个网络系统由中央控制单元进行控制和管理；中央控制单元包括集成CAN控制器的微处理器、CAN收发器、、CAN总线接口、稳压电源、输入、输出接口电路、开关信号检测电路，CAN总线通过输入输出接口与CAN收发器相连，CAN收发器与微处理器CPU相连，组合开关与输入输出接口相连，通过开关信号检测电路与微处理器CPU相连，稳压电源给系统提供工作电压；灯光控制单元结构包括CAN收发器、集成CAN控制器的微处理器、大电流高端开关、稳压电源与输出输入接口电路，CAN收发器通过输出输入接口与CAN总线相连，接收CAN数字信号，集成CAN控制器的微处理器与CAN收发器相连，将CAN数字信号解码，控制大电流高端开关工作，稳压电源给系统提供电源电压，外部灯通过输出输入接口与大电流高端开关相连，高端开关具有过热和断路检测报告功能，微处理器根据高端开关的报告，将此信息进行编码，通过CAN总线输出；发动机信号单元结构包括CAN收发器、集成CAN控制器的微处理器、稳压电源与输出输入接口电路，稳压电源给系统提供电源电压，CAN收发器通过输出输入接口与CAN总线相连，接收CAN数字信号，集成CAN控制器的微处理器与CAN收发器相连，将CAN数字信号解码，传感器通过输出输入接口与微处理器相连，将模拟信号转换成CAN报文，通过CAN收发器与CAN总线相连，电喷高速CAN输出信息通过输出输接口与微处理器相连；仪表控制单元包括集成CAN控制器的微处理器、CAN收发器、稳压电源、输入输出接口、汉字显示模块、LED驱动模块、LED发光二极管、步进电机模块，稳压电源给系统提供工作电压，CAN总线通过输入输出接口与CAN收发器相连，CAN收发器与微处理器CPU相连，微处理器通过LED驱动模块与LED发光二极管相连，汉字显示模块与微处理器相连，显示故障信息，微处理器与多个步进电机相连，驱动仪表指针。
2.根据权利要求1所述客车车载网络控制系统，其特征在于客车车载网络的前灯光控制单元、后灯光控制单元，带有CAN接口，分别装置在车头、车尾，前灯控制单元控制车前的远光灯、近光灯，前雾灯和前面的左右转向灯，后灯控制单元控制刹车灯、倒车灯、后雾灯、驻车灯、双跳灯和后面的左右转向灯，在这两个灯光控制单元之间只有一根双绞线相连，组合开关的开关信号，由中央控制单元转换成CAN数字信号，通过CAN总线传输，前后灯光控制单元的微处理器对CAN数字信号进行解码，控制不同端口输出电流。
3.根据权利要求1所述客车车载网络控制系统，其特征在于由微处理器根据CAN报文控制大容量高端开关不同引脚直接送出大电流，点亮远光灯、近光灯、转向灯、雾灯、刹车灯和倒车灯等。
4.根据权利要求1所述客车车载网络控制系统，其特征在于前、后灯光控制单元检测回路电流，发现断路，将故障信息编辑在网络管理报文中，通过CAN总线，用数字信号发送给中央控制单元，由中央控制单元触发CAN总线显示单元，报告外部灯不亮。
5.根据权利要求1所述客车车载网络控制系统，其特征在于发动机信号单元，将发动机信号和发动机故障信息，转换成CAN数字信号，通过总线传输，通过总线传输的故障信息在中央控制单元存储，水温、转速等信息在仪表上显示。
6.根据权利要求1所述客车车载网络控制系统，其特征在于中央控制单元负责将组合开关的信号，转换成CAN数字信号，同时负责管理车载网络，搜集所有电子控制单元的故障信息进行存储，并触发CAN总线电子组合仪表，在液晶显示屏幕用汉字显示故障内容和发生故障当时的条件数据。
7.客车车载网络控制系统的管理和控制方法，其特征在于根据整车设计要求确定若干个带CAN接口的电子控制单元，组成车载网络，每个电子控制单元必须有一个确定的物理地址和诊断地址，这是网络管理和系统诊断报文标识符的目标地址和源地址的依据，中央控制单元和车载网络的其他节点通过“配置数据请求、应答”，以及“网络管理请求、应答”等数字通信进行交互，实现对整个车载网络进行配置、诊断、休眠、唤醒等一系列网络管理；中央控制单元必须和车载网络的所有的节点保持通信，将所有节点捆绑在一起，形成系统，协调工作，所以中央控制单元CPU中存有系统原始配置的节点数据库，中央控制单元不断发出网络管理报文，对系统节点进行询问，掌握每个节点的活动情况，形成系统“节点状态的数据库”。
8.根据权利要求7所述客车车载网络控制系统的管理和控制方法，其特征在于中央控制单元内存中存有网络节点状态的动态数据库，包括节点物理地址、节点诊断地址、节点激活状态、故障状态、总线故障或系统兼容状态。整个系统的故障内容和提示信息，由中央控制单元通过网络通信，触发仪表液晶屏幕用汉字进行显示。
全文摘要
本发明客车车载网络控制系统及其管理和控制方法涉及的是一种根据客车的特点，由五个控制单元构成基本的客车车载网络控制系统，采用网络通信进行控制、管理和故障诊断。客车车载网络控制系统包括前灯光控制单元、后灯光控制单元，发动机信号单元、仪表显示单元和中央控制单元，整个网络系统由中央控制单元进行控制和管理。车载网络控制系统中每个电子控制单元有一个确定的物理地址和诊断地址，这是网络管理和系统诊断报文标识符的目标地址和源地址的依据，中央控制单元和车载网络的其他节点通过“配置数据请求、应答”，以及“网络管理请求、应答”等数字通信进行交互，实现对整个车载网络进行配置、诊断、休眠、唤醒等一系列网络管理。
文档编号H04L12/40GK1694424SQ20051003854
公开日2005年11月9日 申请日期2005年3月24日 优先权日2005年3月24日
发明者袁光辉, 李劲松, 朱艳婷, 袁博, 金浩 申请人:袁光辉