介绍了CAN/LIN总线的特性，并对多种总线并存实现汽车车身网络层次化进行了描述，最后指出CAN/LIN总线必将成为汽车车身控制系统未来的发展趋势。
Abstract： This paper briefly introduces the characteristics of CAN/LIN bus， and describes the hierarchical network consisting of many buses， points out that CAN/LIN bus will becomes the style of future automotive body control system.
关键词：CAN/LIN总线；车身控制；网络化
Key words： CAN/LIN bus；automotive control system；network
中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）32-0156-03
0 引言
从上世纪八十年代起，我国的汽车制造领域就开始广泛应用由集成电路和单片机所构成的电子与电气系统，车身布线比较庞大，安装空间紧缺，运行状态不稳定，而且故障不易维修，最终导致电气系统成本增大。一辆用传统布线方法制造的高级汽车，其电线总长就有2km，电气节点多达1500个。大量引入电子控制单元后，为了提高信号利用率，各电子单元所包含的数据信息必须实现共享。而点对点的传统通信模式不能达到这样的要求。目前汽车电控领域已针对上述问题开发了LIN、CAN、FlexRay、MOST等总线，如，美国机动车工程师学会基于数据传输速率和不同的应用需求，将汽车细分成A、B、C、D四类。车身电子控制网络主要是指在汽车车身电子控制单元之间建立的网络，这些电控单元包括组合仪表、信号及照明灯组、四门集控锁、车身座椅、空调系统、车窗及后视镜等。与传统布线方法相比，总线布线方式的汽车驾乘体验更加舒适，安全性更高，并且布线简单，导线能够充分利用，故障检修时只需通过电子控制单元可以了解车身整体状况。但由于其对传输的数据量的要求比较少，且对数据传输速率要求不高，因此属于A、B两类的CAN和LIN电控网络更适合于该应用场合。
1 CAN/LIN总线综述
1.1 CAN总线简介
CAN总线是一种国际通用的串行数据通讯协议，即串行多主站控制器局域网总线。它实质上是属于一种非破坏性的通过竞争进行总线仲裁的协议，旨在完成汽车电控与测试仪器之间的数据交互。在汽车电控系统中，如果多个节点同时要求占用总线传输数据，CAN总线协议控制器以信息标识码的大小作为对总线进行仲裁的判断依据。信息标识码越小，其总线占用优先级越高。基于CAN总线协议，传输数据只能通过某网络中惟一的标识码来判别信息的优先级。
目前，CAN总线已广泛应用在汽车车身及动力传动控制系统中。但是传感器、执行部件等应用环境，所执行的性能指标较低，对宽带、功能等的要求不高，安装成本较高的CAN总线并不经济。于是专家在CAN总线的基础上开发了一套LIN低端车控网络，在保证成本最低的条件下使车控网络简单化、层次化，充分满足低端车控系统的应用需求。
1.2 LIN总线简介
LIN总线是由欧洲汽车制造商联盟推出的开放式的低成本串行通信标准。它能将现行CAN总线网络的低端负荷解决方案进一步简化。一个完整的LIN网络主要包括一个主节点和一个或多个从节点。每个节点布置一个从通信任务，负责信息的发送和接收。主节点另设一个主发送任务。主控制器发起帧头，该帧头由间隙、同步场、信息标志符所组成。信息标识符是从任务对主任务进行判定和响应的主要依据。至此，帧头和响应信息就构成了一个支持多种数据交互形式的LIN数据帧。通信信号可以不通过主节点，直接在子节点与子节点之间传输。另外，它也可以通过主节点传输到子节点，但帧的时序必须由主控制器控制。
现行LIN技术规范已对基本协议和物理层进行过相关描述，并且进一步明确了所需的开发工具和软件编程接口。LIN协议基于SCI接口又增设了一套C函数语言API函数，因此只需使用普通的硬件控制器即可满足应用需求。LIN应用程序在开发过程中只需调用与微控制器内部的寄存器相对应的API函数即可完成读写任务。API函数一类是LIN API，另一类是Motorola API。其中LIN API共20函数，支持节点上线/离线、数据读写等功能，在特殊运行要求下可以进行中断屏蔽或系统初始化。
2 车身控制系统上CAN/LIN总线的应用
2.1 车身网络整体控制解决方案
设计者在起初为了开发一套有别于CAN总线的低端电控网络，才设计出LIN网络，定位于车身网络模块节点间通信速率不高的低端通讯，将车身电控单元集成，车身主体CAN网络连接智能执行器和传感器，整体布线以CAN为主，LIN为辅。表1为LIN和CAN协议在车身应用中的主要特性比较。用CAN网络构建车身的主体结构，局部通信部分由LIN来完成。这样一来，主体布线就显得相对简单。
良好的安全性能是设计汽车电控单元时必须注意的一个点。建议采用CAN总线来操控安全气囊、制动ABS、发动机、自动变速箱等关键的电控单元。像照明、空调、门窗、座椅、湿度传感器等单元，其安全控制等级相对低一些，可将CAN网络与LIN网络配合使用，以降低生产成本。这些单元的电控系统连接顺序是：LIN总线→CAN/LIN网关→CAN总线→主控模块。在这种布线模式中，LIN总线能够充分利用智能传感器、制动器等机械元件连接汽车网络，这种简单的接线方式便于进行故障检修。在LIN实现的系统中，通常将模拟信号量用数字信号量所替换，这将使总线性能得到优化。图1为汽车CAN/LIN整体控制方案。
2.2 车身网络通信流程
车身系统是采用CAN/LIN总线使LIN子节点连接CAN/LIN网关而构成的局域网。其通信流程如图2所示，AN/LIN网关操控总线开关，并接收来自CAN的主控指令数据帧，将其转换为LIN数据帧后，通过LIN总线传输给各子节点。子节点按照所接收的主控指令，通过LIN向CAN/LIN网关反馈传感器、开关的运行状态和故障信息。这些状态数据帧经过CAN/LIN网关转换为CAN数据帧，最后通过CAN传至主控模块。
3 车身网络分布设计
3.1 节点划分
整个车身控制系统可以按照不同的控制对象、功能和装配位置分成许多个节点，以此构成基于CAN/LIN总线的车身智能网络控制系统（如图3所示），这些节点包括中央控制器节点、空调控制器节点、车顶控制节点、座椅节点、组合仪表板节点、前/后灯光节点、左前/右前车窗门锁节点、左后/右后车窗门锁节点等等。这个智能网络控制系统中的各模块内部的各节点，又基于LIN总线建立起一套操控外围设备的低端通讯网络。这种布线方式简洁明了，车身线束比传统布线方式更少，节点的增设和故障检修变得更加方便。另外，各模块可以作为节点通过主机网关与CAN总线相连，构建起上层主干网，不需装配相关控制件即可实现信号传输。这种通过LIN总线架构的层次化网络支持分布式多路传输功能，相对于CAN总线系统来说成本更加低廉。
3.2 节点功能说明
基于各节点所对应的控制对象，明确子系统对各节点的控制功能。
3.2.1 门窗控制子系统
门窗控制子系统所负责的控制节点主要有左前/右前车窗、左后/右后车窗门锁，为了满足驾乘需求，需要在此处设置备用接口线。照明、车窗及门锁全部由门窗控制子系统操控；在车门夹层中装配各节点的硬件；电动后视镜通过左前车窗门锁控制节点进行操控。
3.2.2 灯光控制子系统
前、后车灯的动作通过灯光控制子系统操控前/后灯光控制节点实现。这两个控制节点的硬件分别装配在车的前部和行李箱侧部，都设有备用接口线。在灯控子系统的控制下，前车灯控制节点可以完成前雨刮、喇叭、灯光、紧急报警、加热开关的动作；后灯控节点可以操控后雨刮、行李箱锁和照明、尾灯、雾灯、示宽灯、倒车灯、倒车喇叭、防撞雷达监视器、后转向灯、刹车灯等部件。
3.2.3 座椅控制子系统
座椅位置传感器、加热装置、执行电机等部件均由座椅控制子系统通过座椅控制节点进行操控。该节点硬件装配在座椅下侧，也有相应的备用接口线。
3.2.4 车内环境控制子系统
车顶和空调主要由车内环境控制子系统通过车顶控制节点和空调控制节点进行控制。两个节点的硬件分别装配在相应的部位，均有备用接线口。其中，车内照明灯、光敏传感器、湿度传感器、可开式车顶主要通过车顶控制节点进行控制。压缩机和混合风门则通过空调控制节点进行操控。
3.2.5 组合仪表板控制子系统
仪表信息的采集和显示、座椅动作、驾驶员操纵信号、车厢温湿度的设定、空调风量的调节、混合风门的开度、空气循环模式及送风口的选择等功能，主要通过组合仪表板控制子系统控制相应的节点来实现。组合仪表板控制节点硬件装配在组合仪表板下侧，有备用接线口。
3.2.6 车身中央控制器
车身中央控制器节点是车身控制系统的核心单元，也是车身系统综合控制的基础，它接收来自仪表板和车身各节点的信号，然后依据程序对各种信息进行分析处理，得出相应的控制策略，发送指令给仪表板和车身各智能节点，同时检查各用电设备的工作状态，以完成车身系统的智能化、人性化的协调、控制和管理，并预留备用接口线；同时该节点起到网关的作用，连接低、中、高速总线。该节点硬件位于驾驶室手套箱附近。
4 结束语
汽车电子控制系统的网络化已成为国内汽车生产厂家研发中的重要课题。目前，CAN在汽车总线中已得到一定的应用，而LIN作为一种新型的最有发展前景的汽车网络低端通讯总线，其节点的通信成本是CAN的1/2到1/3，作为CAN的辅助总线与CAN共同实现层次化的汽车车身控制网络。因此，CAN/LIN总线在汽车控制网络领域将有极为广泛的应用前景。
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