一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统

技术领域

本发明涉及教学系统技术领域，特别涉及一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统。

背景技术

现有技术下，应用于实验室中的教学系统，尤其是汽车电控教学系统，一般有以下两种：

1、采用台架形式的实验系统：采用实车零部件组装(比如采用了大众品牌汽车的零部件，组成电控系统与车载CAN网络)；需要外置CAN总线数据通信测量工具测量CAN总线通信数据，CAN总线通信协议未开放；不开放ECU内的程序源代码及对应代码注释；不开放ECU的电路原理图及电路分析；汽车ECU电路板被金属或不透明塑料等遮盖物遮挡，无法被查看ECU内部结构；仅针对汽车电控及CAN总线演示、维修教学使用；

2、采用实验箱形式的实验系统：自主开发零部件，组成电控系统与车载网络；但是汽车ECU电路板及芯片也是完全被遮挡，无法被用户所查看；另外也不会给用户源程序代码和注释；并且不会开放ECU内部的电路图；也不开放CAN总线通信协议；仅针对汽车电控及CAN总线演示、维修教学使用。

上述汽车电控与车载CAN网络系统方案，针对汽车电控系统、车载CAN网络工作原理和开发教学，其存在以下问题：

采用台架形式的此类实验系统：实车零部件组装，造成了体积比较大；这类设备的零部件成本及运输成本较高；不开放内部电路图和程序，以及对应的设计分析，无法使用户深入学习电控系统原理；不开放CAN总线通信协议，以及对应的协议分析，无法是用户深入学期车载CAN总线原理；同时也不能满足用户对汽车电控系统、车载CAN网络系统的开发学习要求；在学习时，由于开放性不足，只能让用户在“表面”上对汽车电控与车载CAN网络进行学习，无法深入学习原理和对应知识点举一反三；另外由于这类设备无深入学习的配套资源基础，在设备使用中，有故障时往往对故障难以排查，使设备的利用率、完好率变得比较低；

采用实验箱形式的此类实验系统：自主开发零部件，组成电控系统与车载网络；虽然相比台架来说，具有更小的体积，制造、运输成本更低；但是由于不开放底层的电控、车载CAN总线设计思路，所以也很难让用户可以去掌握电控系统的原理、车载CAN总线原理，无法使使用户在学习时实现对原理的掌握，无法做到举一反三。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统，其将汽车专业学习所需要的汽车电控、车载CAN总线、车载LIN总线所需内容，全部集成到了一个实验箱内，优化了电控系统教学内容、CAN网络类型、CAN网络结构，并增加了LIN总线，同时开放了ECU的内部电路原理图，开放内部C语言程序源代码，并配套了对应教学资源，使该系统可以在比传统该类型设备更小体积情况下，具备更多的知识点，以及所学知识点的通用性，可以使用户能做到举一反三。

本发明所采用的技术方案如下：

一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统，包括设置于实验箱内的综合网关单元，综合网关单元分别通过高速总线连接电机控制器模拟单元、组合仪表单元和倒车雷达单元，通过容错总线连接转向柱组合开关单元、中央舒适系统单元和车门控制LIN网络模块。

优选的，所述的车门控制LIN网络模块包括舒适系统左前车门/灯ECU、舒适系统右前车门/灯ECU、舒适系统左后车门/灯ECU和舒适系统右后车门/灯ECU，所述的舒适系统左前车门/灯ECU、舒适系统右前车门/灯ECU、舒适系统左后车门/灯ECU和舒适系统右后车门/灯ECU通过LIN总线并联后，通过所述的容错总线与所述的综合网关单元电连接。

优选的，所述的综合网关单元通过K总线连接外接诊断仪。

优选的，所述的舒适系统左前车门/灯ECU采集左前中控车窗升降开关输入信号，本地控制左前摇窗电机，发送状态到CAN网络；采集左前中控门锁开关输入信号，本地控制闭锁电机，发送状态到CAN网络；采集车窗禁止升降开关输入信号，发送状态到CAN网络；采集车门未关开关输入信号，控制本地车门门灯，发送状态到CAN网络；采集后视镜开关信号，控制本地后视镜电机，并发送状态到CAN网络；接收CAN总线报文，本地控制左前车灯、闭锁电机；

所述的舒适系统右前车门/灯ECU采集右前车窗升降开关输入信号，本地控制右前摇窗电机，发送状态到CAN网络；采集车门未关开关输入信号，控制本地车门门灯，发送状态到CAN网络；接收CAN总线信号，本地控制闭锁电机、右前车灯、右前车窗升降电机、右前后视镜电机；

所述的舒适系统左后车门/灯ECU采集左后车窗升降开关输入信号，本地控制左后摇窗电机，发送状态到CAN网络；采集车门未关开关输入信号，控制本地车门门灯，发送状态到CAN网络；接收CAN总线信号，本地控制闭锁电机、左后车灯、左后车窗升降电机；

所述的舒适系统右后车门/灯ECU采集右后车窗升降开关输入信号，本地控制右后摇窗电机，发送状态到CAN网络；采集车门未关开关输入信号，控制本地车门门灯，发送状态到CAN网络；接收CAN总线信号，本地控制闭锁电机、右后车灯、右后车窗升降电机。

优选的，所述的中央舒适系统单元采集遥控器发出的开锁、闭锁、行李箱开启信号，并本地控制行李箱电机开启，或发送报文到CAN总线网络；接收CAN总线信号，控制行李箱电机、油箱盖/充电口电机。

优选的，所述的电机控制器模拟单元，采集模拟温度传感器、转速传感器、车速传感器、电量传感器信号，以及倒车开关、制动开关信号，并发送到CAN总线。

优选的，所述的转向柱组合开关单元采集示宽灯开关、近光灯开关、远光灯开关、闪光灯开关、前雾灯开关、后雾灯开关、左转向灯开关、右转向灯开关、行李箱开启开关、油箱盖开启开关信号，并发送到CAN总线。

优选的，所述的倒车雷达单元，根据倒车信号指令，启动倒车雷达探头，探测障碍物距离，并将距离信息发送到CAN总线。

优选的，所述的组合仪表单元，接收来自网关单元的CAN信息，并显示在仪表盘上，包括驱动指针仪表、LED指示灯、液晶屏仪表。

试验箱包括相互铰接的下侧箱体及上侧箱盖，所述的下侧箱体及上侧箱盖内分别设置有透明操作面板，所述的透明操作面板下方分别电连接所述的综合网关单元、电机控制器模拟单元、组合仪表单元、倒车雷达单元、转向柱组合开关单元、中央舒适系统单元和车门控制LIN网络模块。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1、采用实验箱形式，并采用了自主开发的零部件，组成电控系统与车载网络，与采用“台架形式”的实验系统比，减小了体积；

2、一套系统内集成了网关、3个CAN网络、1个LIN网络，比现有的台架、实验箱系统具备更丰富的网络结构；

3、采用实验操作面板将ECU电路板及芯片进行了透明可视化覆盖，让用户可以直观看到ECU的同时，能对ECU进行保护；

4、提供ECU的内部电路原理图、程序源代码，和传统台架和实验箱的“黑匣子”比，更有利于用户深入学习电控系统原理使用，方便于在学习中举一反三；

5、自主研发的零部件，相比“台架形式”采用实车的零部件，不会产生无法“清除”的故障，有利于学习时不受不相关故障干扰；

6、相对传统设备昂贵的成本，该设备具有更低的制造成本，有利于实现普及化的教学需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统的系统结构框图；

图2为本发明的一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统的中央舒适系统单元的电路原理图；

图3为本发明的一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统的综合网关单元的电路原理图；

图4为本发明的一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统的电机控制器模拟单元的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

如附图1所示，本实施例的一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统，包括3个CAN总线网络,1个LIN总线网络，包括舒适系统CAN网络、动力系统CAN网络、诊断CAN、车门控制LIN网络，这些网络内的ECU由以下一些ECU组成：

1、舒适系统CAN网络，网络内有：舒适系统左前车门/灯ECU、舒适系统右前车门/灯ECU、舒适系统左后车门/灯ECU、舒适系统右后车门/灯ECU、舒适系统中央控制单元、转向柱组合开关单元、网关单元。

2、动力系统CAN网络，网络内有：电机控制器模拟单元、倒车雷达单元、组合仪表、网关单元。

3、诊断CAN网络，网络内有网关单元、故障诊断仪(需外接诊断仪)。

4、车门控制LIN网络，网络内有：舒适系统左前车门/灯ECU、舒适系统右前车门/灯ECU、舒适系统左后车门/灯ECU、舒适系统右后车门/灯ECU；其中，在车门控制系统采用LIN总线通信时，“舒适系统左前车门/灯ECU”作为CAN-LIN网关使用。

下面对该实验箱的控制功能进行介绍：

实验箱内总共有10个ECU单元及对应输入、输出装置组成的控制系统，控制功能分别如下：

舒适系统左前车门/灯ECU及系统功能：采集左前中控车窗升降开关输入信号，本地控制左前摇窗电机，发送状态到CAN网络；采集左前中控门锁开关输入信号，本地控制闭锁电机，发送状态到CAN网络；采集车窗禁止升降开关输入信号，发送状态到CAN网络；采集车门未关开关输入信号，控制本地车门门灯，发送状态到CAN网络；采集后视镜开关信号，控制本地后视镜电机(2个)，并发送状态到CAN网络；接收CAN总线报文，本地控制左前车灯、闭锁电机。在LIN总线通信时，该ECU同时具备CAN-LIN网关功能，并与其他3个车门之间进行LIN总线通信。

舒适系统右前车门/灯ECU及系统功能：采集右前车窗升降开关输入信号，本地控制右前摇窗电机，发送状态到CAN网络；采集车门未关开关输入信号，控制本地车门门灯，发送状态到CAN网络；接收CAN总线信号，本地控制闭锁电机、右前车灯、右前车窗升降电机、右前后视镜电机(2个)。在LIN总线通信时，该ECU只具备LIN总线通信功能，并与其他3个车门之间进行LIN总线通信和控制。

舒适系统左后车门/灯ECU及系统功能：采集左后车窗升降开关输入信号，本地控制左后摇窗电机，发送状态到CAN网络；采集车门未关开关输入信号，控制本地车门门灯，发送状态到CAN网络；接收CAN总线信号，本地控制闭锁电机、左后车灯、左后车窗升降电机。在LIN总线通信时，该ECU只具备LIN总线通信功能，并与其他3个车门之间进行LIN总线通信和控制。

舒适系统右后车门/灯ECU及系统功能：采集右后车窗升降开关输入信号，本地控制右后摇窗电机，发送状态到CAN网络；采集车门未关开关输入信号，控制本地车门门灯，发送状态到CAN网络；接收CAN总线信号，本地控制闭锁电机、右后车灯、右后车窗升降电机。在LIN总线通信时，该ECU只具备LIN总线通信功能，并与其他3个车门之间进行LIN总线通信和控制。

舒适系统中央控制单元，采集遥控器发出的开锁、闭锁、行李箱开启信号，并本地控制行李箱电机开启，或发送报文到CAN总线网络；接收CAN总线信号，控制行李箱电机、油箱盖/充电口电机。

电机控制器模拟单元，采集模拟温度传感器、转速传感器、车速传感器、电量传感器信号，以及倒车开关、制动开关信号，并发送到CAN总线。

转向柱组合开关单元，采集示宽灯开关、近光灯开关、远光灯开关、闪光灯开关、前雾灯开关、后雾灯开关、左转向灯开关、右转向灯开关、行李箱开启开关、油箱盖开启开关信号，并发送到CAN总线。

倒车雷达单元，根据倒车信号指令，启动倒车雷达探头，探测障碍物距离，并将距离信息发送到CAN总线。

网关单元，将舒适CAN网络、动力CAN网络、诊断CAN网络的通信信号，根据功能需要进行各个网络之间的通信转换。

组合仪表单元，接收来自网关单元的CAN信息，并显示在仪表盘上，包括驱动指针仪表、LED指示灯、液晶屏仪表。

本实施例的一种新型的汽车电控与CAN-LIN总线教学系统，可通过以下机械结构实现：

系统采用实验箱结构，实验箱包括下侧箱体及上侧箱盖，上侧箱盖可以盖合到下侧箱体上；上侧箱盖和下侧箱体之间采用线束将两个部分进行电气连接。

上侧箱盖和下侧箱体面板上都有安装有ECU，而面板下方则是连接线束；每个ECU采用了透明材质的外壳进行保护，在可以看到ECU电路板的同时，不至于直接让用户碰触到电路板，而对电路板造成可能的损坏，而ECU的程序下载接口则是开放式的，用户可以直接使用；在需要对ECU的关键测量点测量时，可以移除透明材质的外壳，并进行测量操作；下侧的操作面板上也有多个测量接口，供用户使用万用表等工具测量使用。

在下侧箱体的实验操作面板上，有多个CAN总线的ECU及外部设备，包括：

舒适系统左前车门/灯ECU，以及外部的输入、输出设备：包括实车的左前中控开关(含中控左前、右前、左后、右后车窗升降开关，及中控门锁开关、车窗禁止升降开关)、左前车门未关开关、左前车门门锁位置开关，以及左前摇窗电机、左前闭锁电机、左前后视镜电机(2个)、左前车门门灯、左前车灯(含示宽灯/位置灯、近光灯、远光灯、前雾灯、转向灯)。

舒适系统右前车门/灯ECU，以及外部的输入、输出设备：包括实车的右前车窗升降开关、右前车门未关开关、右前车门门锁位置开关，以及右前摇窗电机、右前闭锁电机、右前后视镜电机(2个)、右前车门门灯、右前车灯(含示宽灯/位置灯、近光灯、远光灯、前雾灯、转向灯)。

舒适系统左后车门/灯ECU，以及外部的输入、输出设备，包括实车的左后车窗升降开关、左后车门未关开关、左后车门门锁位置开关，以及左后摇窗电机、左后闭锁电机、左后车门门灯、左后车灯(含示宽灯/位置灯、制动灯、倒车灯、后雾灯、转向灯)。

舒适系统右后车门/灯ECU，以及外部的输入、输出设备：包括实车的右后车窗升降开关、右后车门未关开关、右后车门门锁位置开关，以及右后摇窗电机、右后闭锁电机、右后车门门灯、右后车灯(含示宽灯/位置灯、制动灯、倒车灯、后雾灯、转向灯)。

倒车雷达单元，包括外部的4个超声波雷达探头；

在上侧箱盖的实验操作面板上，有多个CAN总线的ECU及外部设备，包括：

舒适系统中央控制单元(BCM)，内部具有无线遥控器接收装置，以及外部的输出设备，输出设备包括行李箱电机、油箱盖电机。

电机控制器模拟单元(MCU)，具有模拟电机控制系统的外部的输入装置，包括驱动电机转速、车速、电机温度、电池电量模拟装置，以及制动开关、倒车开关输入装置；

转向柱组合开关单元，具有示宽灯、近光灯、远光灯、闪光灯、前雾灯、后雾灯、左转向灯、右转向灯开关，以及行李箱开关、充电口开关；

网关单元(ECU)，该ECU连接了舒适系统CAN网络、动力系统CAN网络、诊断CAN网络；

组合仪表(ICU)，该组合仪表含高分辨率真彩液晶屏，以及车速、转速指针仪表，灯光状态指示灯，其他状态/故障指示灯等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。