专利名称：车载网络中央控制单元及其对车载网络管理、控制方法
技术领域：
本发明车载网络(CAN控制器局域网)中央控制单元及其对车载网络管理、控制方法涉及的是一种汽车车载网络系统的中央控制单元(简称车身电脑)及其网络管理和系统配置、诊断的方法。
背景技术：
目前，采用电子控制装置来控制汽车某种功能的现象越来越多，如安全气囊、ABS，各个控制装置的工作是独立的，没有形成系统，缺乏有机联系，发生故障时存储的故障代码也是孤立的，没有发生故障时的其他相关技术数据，缺乏对整个系统所有电子控制装置的配置、诊断和管理。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种车载网络中央控制单元及其对车载网络管理、控制方法，通过中央控制单元对整个车载网络进行系统控制和管理的方法，该车载网络中央控制单元由微处理器CPU和嵌入式控制软件构成，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，和网络其他节点具有强烈的交互，采用计算机通讯方式向网络发送网络管理的CAN帧，控制网络其他节点的休眠、唤醒、以及系统节点的配置管理、系统节点的诊断和故障检测，检测到的故障存储在中央控制单元的非易失性内存中，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。
车载网络中央控制单元及其对车载网络管理、控制方法是采取以下方式实现的车载网络中央控制单元包括集成CAN控制器的微处理器，CAN收发器，输入、输出接口电路，开关信号检测电路，稳压电源等。
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。控制器局域网CAN控制器集成在微处理器CPU内。
组合开关发出的开关信号通过开关信号检测电路送给微处理器CPU，微处理器CPU收到信号按规定的编码规则进行编码，变成数字信号通过CAN收发器向CAN总线发送，其他接点接到CAN报文后根据规定的解码规则进行解码，控制执行机构进行动作，其他接点发送的CAN故障诊断报文通过CAN收发器送给微处理器CPU，微处理器对报文进行分析计算，实现对系统的配置、诊断和网络管理。
车载网络的中央控制单元对车载网络管理、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”；针对某一个特定的车型、特定的系统，中央控制单元原始配置数据和配置要求是一定的，对不同的车型和系统，有不同的配置要求和配置数据，原始配置数据要存储在中央控制单元非易失性内存中，如果中央控制单元已经按照特定车型进行正确配置，开机后在规定时间内，它就会发送“配置数据请求”报文到网络，以请求其他ECU发送“配置-数据-代码-响应”报文，同时对其他节点写入配置数据，如果中央控制单元未按照系统要求进行正确配置，报文就不会发出，此时将立刻开始查找错误并发送一条无内容的配置报文到网络；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，报文中含有网络唤醒、网络休眠、节点激活状态、故障状态等信息，分别在规定字节用0和1表示；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，响应报文中含有“动态链接库状态，故障状态、配置状态和激活状态等信息。
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；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，目标地址和源地址受传输协议控制，源地址在CAN标识符内被编码，在CAN报文中，报文标识符有级别、种类、节点地址组成；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；数据长度信息从“诊断服务识别码”开始，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；“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予以区分；为确保系统安全，系统关键参数的修改必须采用安全访问法则，通过数次交换密码后才能进行；中央控制单元中有固定的区域，采用规划好的格式存储故障信息，由于某些故障在特定的条件下出现，所以在故障存储区要有发生故障时的相关条件参数，在发生故障的瞬间，将条件参数一并存储，以便修理时参考、分析。读取故障代码ECU必须保证发送给测试仪器的数据是申请时最新更新的，ECU必须确保在KEY OFF和断开电源时不丢失任何故障存储的内容；每一个故障存储区分为若干字节的块，以便测试器“看见”故障。每一个块都应当包括在描述一个诊断故障代码时需要的所有数据。
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，触发液晶屏幕用汉字进行显示。车载网络中央控制单元及其对车载网络管理、控制方法特点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、系统具有共同遵守的诊断协议和诊断服务内容。
3、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，根据两个表格的差异判断故障，触发故障报警。
4、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。
5、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。
6、节点发生故障后，由中央控制单元根据存储的故障代码，驱动仪表液晶屏用汉字滚动显示故障内容。
以下将结合附图对发明作进一步说明。
图1是车载网络中央控制单元电路结构2是车载网络的网络节点示意图具体实施方式
参照附图1、2，车载网络中央控制单元包括集成CAN控制器的微处理器，CAN收发器，输入、输出接口电路，开关信号检测电路，稳压电源等。
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。控制器局域网CAN控制器集成在微处理器CPU内。
微处理器CPU可以采用MC68HC08GZ16，控制器局域网CAN收发器采用TJA1054，电源模块采用LM2576-5，开关信号检测芯片采用MC33993。
车载网络的中央控制单元对车载网络管理、控制方法根据整车设计，确定若干个车载网络接点，每个接点必须有一个确定的物理地址和诊断地址，中央控制单元为车载网络管理者。中央控制单元CPU中存有系统原始配置节点的数据库，中央控制单元不断发出“网络管理请求”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”。节点状态的数据库包括节点次序、节点地址、激活状态、故障状态、总线故障或系统兼容状态等。节点地址包括物理地址、诊断地址。原始配置数据要存储在中央控制单元非易失性内存中。如果中央控制单元已经按照特定车型进行正确配置，开机后在规定时间内，如1秒钟后它就会发送“配置数据请求”报文到网络，以请求其他ECU发送“配置数据代码响应”报文，同时对其他节点写入配置数据。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。
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，报文中含有网络唤醒、网络休眠、节点激活状态、故障状态等信息，分别在规定字节用0和1表示。
根据整车设计，确定若干个车载网络接点，例如中央控制单元节点(车身电脑节点)、灯光控制节点、仪表显示节点、发动机信号接点、转向器节点、方向盘控制节点、制动节点、行李箱接点、空调节点等，如图2所示。每个接点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。从下表可以看出节点物理地址与标识符的关系
中央控制单元为车载网络管理者。车载网络配置了多少节点，中央控制单元简称车身电脑必须了解，以便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节点的数据库，中央控制单元不断发出“网络管理请求”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”。节点状态的数据库包括节点次序、节点地址、激活状态、故障状态、总线故障或系统兼容状态等。节点地址包括物理地址、诊断地址。
数据库的格式大致如下
针对某一个特定的车型、特定的系统，中央控制单元原始配置数据和配置要求是一定的，对不同的车型和系统，有不同的配置要求和配置数据，原始配置数据要存储在中央控制单元非易失性内存中，这一过程应该在汽车制造厂的生产线在线写入，在线写入需要专用的写入设备(仪器)，在线测试仪器和车载网络采用同样的诊断协议和诊断服务代码，遵守安全访问的法则，写入特定系统需要的数据和关键参数。如仪表量程、速比等。但鉴于目前汽车制造厂的生产技术水平，这一过程也可以在ECU生产厂完成。
如果中央控制单元已经按照特定车型进行正确配置，开机后在规定时间内，如1秒钟后它就会发送“配置数据请求”报文到网络，以请求其他ECU发送“配置-数据-代码-响应”报文，同时对其他节点写入配置数据。如果中央控制单元未按照系统要求进行正确配置，报文就不会发出，此时将立刻开始查找错误并发送一条无内容的配置报文到网络。
发送消息“配置数据请求”报文后的一秒钟内车身电脑将检查是否所有来自需要被编程节点的应答都已经收到，各被编程节点按照配置报文内容而定；是否收到那些不存在节点的应答；是否节点在收到的网络管理和状态报文后都确认了编程请求；是否所有收到的配置-数据-代码都与其原始设计要求相同；在配置出问题的情况下，中央控制单元将操纵仪表触发液晶显示屏LCD开始闪烁，提示驾驶员尽快处理；中央控制单元将把获得的包含系统配置状态的信息组成“系统节点状态数据库”的数据表格，此时的表格将用做网络管理和系统诊断的工具。
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，报文中含有网络唤醒、网络休眠、节点激活状态、故障状态等信息，分别在规定字节用0和1表示。
网络管理报文格式如下表所示
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，响应报文中含有“动态链接库状态，故障状态、配置状态和激活状态等信息。
从属节点报文格式如下
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。如车辆启动时，手刹没有放开，液晶屏幕会出现“请松手刹"的提示。
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，目标地址和源地址受传输协议控制。源地址在CAN标识符内被编码。在CAN报文中，报文标识符有级别、种类、节点地址组成。
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。
数据长度信息从“诊断服务识别码”开始，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。
“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。
服务内容和服务识别码
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
为确保系统安全，系统关键参数的修改必须采用安全访问法则，通过数次交换密码后才能进行。
中央控制单元中有固定的区域，采用规划好的格式存储故障信息，由于某些故障在特定的条件下出现，所以在故障存储区要有发生故障时的相关条件参数，在发生故障的瞬间，将条件参数一并存储，以便修理时参考、分析。读取故障代码ECU必须保证发送给测试仪器的数据是申请时最新更新的，ECU必须确保在KEY OFF和断开电源时不丢失任何故障存储的内容每一个故障存储区分为若干字节的块，以便测试器“看见”故障。每一个块都应当包括在描述一个诊断故障代码时需要的所有数据。
故障存储结构
权利要求
1.车载网络的中央控制单元，其特征在于包括微处理器CPU、控制器局域网CAN收发器、控制器局域网CAN控制器、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，稳压电源与微处理器CPU相连，给系统提供工作电压。控制器局域网CAN控制器集成在微处理器CPU内。
2.车载网络的中央控制单元对车载网络管理、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”；针对某一个特定的车型、特定的系统，中央控制单元原始配置数据和配置要求是一定的，对不同的车型和系统，有不同的配置要求和配置数据，原始配置数据要存储在中央控制单元非易失性内存中，如果中央控制单元已经按照特定车型进行正确配置，开机后在规定时间内，它就会发送“配置数据请求”报文到网络，以请求其他ECU发送“配置-数据-代码-响应”报文，同时对其他节点写入配置数据，如果中央控制单元未按照系统要求进行正确配置，报文就不会发出，此时将立刻开始查找错误并发送一条无内容的配置报文到网络；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，报文中含有网络唤醒、网络休眠、节点激活状态、故障状态等信息，分别在规定字节用0和1表示；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，响应报文中含有“动态链接库状态，故障状态、配置状态和激活状态等信息。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；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，目标地址和源地址受传输协议控制，源地址在CAN标识符内被编码，在CAN报文中，报文标识符有级别、种类、节点地址组成；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；数据长度信息从“诊断服务识别码”开始，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；“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予以区分；为确保系统安全，系统关键参数的修改必须采用安全访问法则，通过数次交换密码后才能进行；中央控制单元中有固定的区域，采用规划好的格式存储故障信息，由于某些故障在特定的条件下出现，所以在故障存储区要有发生故障时的相关条件参数，在发生故障的瞬间，将条件参数一并存储，以便修理时参考、分析。读取故障代码ECU必须保证发送给测试仪器的数据是申请时最新更新的，ECU必须确保在KEY OFF和断开电源时不丢失任何故障存储的内容；每一个故障存储区分为若干字节的块，以便测试器“看见”故障。每一个块都应当包括在描述一个诊断故障代码时需要的所有数据。
3.根据权利要求2所述的车载网络中央控制单元对车载网络管理、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，触发液晶屏幕用汉字进行显示。
4.根据权利要求2所述的车载网络中央控制单元对车载网络管理、控制方法，其特征在于中央控制单元发送消息“配置数据请求”报文后的一秒钟将检查是否所有来自需要被编程节点的应答都已经收到，各被编程节点按照配置报文内容而定；是否收到那些不存在节点的应答；是否节点在收到的网络管理和状态报文后都确认了编程请求；是否所有收到的配置-数据-代码都与其原始设计要求相同；在配置出问题的情况下，中央控制单元将操纵仪表触发液晶显示屏LCD开始闪烁，提示驾驶员尽快处理；中央控制单元将把获得的包含系统配置状态的信息组成“系统节点状态数据库”的数据表格，此时的表格将用做网络管理和系统诊断的工具。
全文摘要
本发明车载网络中央控制单元及其对车载网络管理、控制方法涉及的是一种汽车车载网络系统的中央控制单元及其对网络管理和系统配置、诊断的方法。车载网络中央控制单元包括微处理器CPU、控制器局域网CAN收发器、控制器局域网CAN控制器、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。车载网络系统由若干个带CAN接口的电子控制单元组成，中央控制单元和车载网络的所有节点保持通信，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”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H04L12/28GK1719782SQ20051003854
公开日2006年1月11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