汽车车身网络控制系统开发可行性研究报告之欧阳历创编.docx
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汽车车身网络控制系统开发可行性研究报告之欧阳历创编
汽车车身网络控制系统开发可行性研究报告
时间：
2021.02.09
创作人：
欧阳历
一、项目开发的主要内容、目的和意义
（一）、项目主要内容
控制器局域网（ControllerAreaNetwork缩写为CAN），是国际上应用最广泛的现场总线之一。
主要应用于汽车电子控制单元，如发动机、ABS、安全气囊等。
局部互联网LIN（LocalInterconnectNetwork），主要应用于低速的电子控制单元，如门窗、车灯等。
作为CAN的辅助网络或子网络，在不需要使用CAN总线带宽和多功能的场合，比如智能传感器和车身控制装置之间的通信，改用LIN总线可以大大节省成本。
项目是采用美国Microchip公司的16位芯片，应用于“基于CAN/LIN总线的车身控制系统开发”。
该控制系统采用CAN低速网络与LIN网络的混合网络技术，借鉴欧洲最新产品设计方案，在设计中包括车身控制模块、门/窗控制系统主模块、中控锁模块、全电子式组合开关、车灯控制模块等，采用不高于125Kbit/s速率的低速CAN网络将上述各模块连接起来，此项技术在国内尚属领先阶段。
新产品是由项目公司独自编程、设计，结合公司现已拥有的模块、LIN网络技术等，开发出的基于CAN/LIN的车身控制系统。
本项目研究的目的是对该控制系统实施产业化生产。
（二）、项目的目的和意义
1、CAN总线相对传统线束的优势
1、传统汽车采用控制线束和控制配电盘，用CAN总线代替车辆线束，可减少各功能模块所需的线束数量和体积。
2、CAN总线的汽车各电器设备采用了电子保护，可恢复式保护电器设备运行，驾驶员通过仪表盘便一目了然。
3、减少整车重量并降低汽车成本，具有较高的数据传输可靠性和安装便捷性，扩展了汽车功能。
4、CAN总线方便部件功能较复杂的汽车使用，提高汽车舒适性、设计更人性化；便于不同车型的通用配置设定。
5、CAN总线形成汽车电气技术平台，便于车辆改型和多种车辆共用一个平台，降低汽车的研发和生产成本。
CAN总线巡检设备，可自动完成整车检测。
2、是对抗国外技术封锁、垄断的替代产品
专家认为,与20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器相比,近10年来，CAN数据总线技术的引入是汽车电子技术发展的又一个里程碑。
自1989年以来，支持CAN总线标准的汽车制造厂商越来越多。
然而，汽车总线在中国的发展却不容乐观。
国内零部件生产虽然数量可观，但整体规模不大，缺乏开发能力。
直到现在，关于汽车网络的研究还主要集中在科研院校，真正网络化的电子设备和整车产品基本还是依靠引进。
本公司经过两年多的前期开发，现已完成极具竞争实力的阶段性产品，正在进行产品试装试验。
3、是促进国产汽车工业发展的需要
与国际先进水平相比，我国汽车电子产品差距很大，主要体现在国内厂商实力不大，研发能力薄弱；企业缺乏自身设计能力。
据介绍，目前发达国家的高级轿车电子产品装备量已超过整车价值30%以上，我国还不到20%。
这说明，在我国的汽车电子产品中，高端产品生产能力严重不足。
因此，发展汽车电子产品，在国际竞争中掌握主动，成为我国汽车电子产业的迫切任务。
4、提供高性能、低成本的车身控制系统成套产品
由于CAN总线的实现成本较高，一个CAN节点芯片组需要30多元，而对于汽车的许多基本应用而言，并非都需要用CAN节点来实现连接。
随着节点数的增加，这部分成本会相应增加，而LIN对MCU要求的资源很少，普通串行口就可以实现，一般LIN子节点所用的MCU成本只需要几元。
在CAN/LIN网络中，低速CAN可通过网关连接高速CAN网络，LIN节点用来连接门窗控制网络从而达到降低汽车成本、提高使用性能的效果。
所以通过本项目的实施，可为汽车工业提供安全、可靠、低成本的车身控制系统成套产品。
5、本项目对我省经济发展的促进作用
项目单位地处西部，经济技术相对比较落后，科研力量不强，但在设计方面，我们已形成自己的优势。
公司依托自身力量开发的汽车电子产品，拥有自主知识产权，已经批量给海马、长城、哈飞、陕汽等汽车厂配套。
2006年为XX集团配套的产品直接使其新增产值3000多万元，使得传统的汽车零部件配套上了一个新台阶。
（三）、总目标及分年度目标
1、总体目标
目前，公司已开始前期技术开发。
本项目实施期限2007年8月至2009年8月，项目总投资955万元；2008年10月前完成整车运行试验；2008年10月后小批量供货；2009年项目达产，销售2万套；新增销售收入2080万元，利润303万元，税金258万元；2010年将达到年产4万套生产能力，年新增销售收入4160万元，利润605万元，税金517万元；到2011年将达到10万套生产规模，年新增销售收入达到1.04亿元，利润1513万元，税金1293万元。
2、阶段目标
序号
目标任务
预计完成期限
备注
1
产品样机设计开发
2007年12月以前
进行中
2
实验样机、整车跑车试验
2008年10月以前
3
设备购买、试产
2007年12月—2008年3月
4
小批量供货
2008年10月—2008年12月
5
批量供货
2009年1月-2009年7月
6
申请项目鉴定或验收
2009年08月
说明：
项目起止时间：
2007年8月―-2009年8月
3、经济目标
项目实施期三年内经济目标如下表预测：
单位：
万元
年 份
年销售收入
交税总额
净利润
2009年
2080
258
303
2010年
4160
517
605
2011年
10400
1293
1513
二、项目承担单位的基本情况与条件
（一）、企业现状
1、申报企业基本情况
企业名称：
XX科技开发有限责任公司
注册地址：
保密
注册时间：
2003年3月
注册资金：
145万元
企业类型：
有限责任公司
公司目前所进行的其他产品情况：
主要产品（主要客户）
生产能力
年产量
产销率
市场占有率
LIN电动窗控制器（长城）
5万套
25万块
90%
国内独家
汽车电动窗（海马）
10万块
10万块
国内配套
组合开关控制模块（哈飞）
3万块
3万块
仪表调光控制器（陕汽）
5万块
5万块
2、公司目前人员情况
职工总人数
其中科技人员数
其中管理人员数
备注
68
12
8
3、项目主要参加人员
项目主要参加人员
职务
职称
主要负责的工作
X X
总经理
高级工程师
技术总负责
X X X
总工
高级工程师
总电路设计、编程
X X X
硕士
模块设计
X X X
工程师
电路设计
X X X
工程师
电路实验、调试
X X X
高级工程师
测试设计
4、项目主要技术负责人简历
X X 男，42岁，大学本科学历，高级工程师。
1982年―1986年：
复旦大学电子工程系；
1986年―1992年：
XX省电子研究所从事计算机应用及电子产品设计；
1992年―1993年：
赴日本腾仓电线株式会社研修；
1993年―1997年：
XX市XX电器公司任总经理；
1997年―2002年：
XX市XX电器公司任总经理；
2003年至今 XX市XX科技开发有限公司总经理。
X X X 男，41岁，大学本科学历，高级工程师。
1984年―1988年：
XX师范大学物理系；
1988年―1991年：
XX工学院XX系电气工程专业；
1991年―1995年：
XX县电力公司技术主管；
1995年―2002年：
XX市XX电器有限责任公司总工程师；
2003年至今 XX市XX科技开发有限公司任总工程师。
5、企业近三年来生产经营状况
2004年公司职工10人，至12月底完成销售76万元；4月，《汽车电动窗控制模块》申报专利，7月，获XX区科技三项费20万支持，11月，获XX市科技三项费30万支持。
2005年4月《汽车电动窗防夹控制器》获国家专利；5月，获中国质量认证中心《ISO9001:
2000质量管理体系认证证书》；8月，搬至XXX路新场地，增加生产线二条；职工增至35人，实现销售收入346万元；
2006年7月《汽车电动窗防夹控制器》项目获省科技创新基金20万支持；9月，《基于LIN总线的汽车电动窗控制器》项目获XX区科技三项费10万支持；11月，获得XX市科技风险投资公司入股投资；12月，《汽车电动窗控制模块》项目获国家重点新产品证书、XX市科技进步三等奖、XX区科技进步一等奖；同时《汽车电子产品产业基地建设》项目被列入XX区“十一五”规划；至年底，公司职工增至60人，实现销售收入743万元，纳税60.1万元。
6、公司当前财务状况
截止2007年6月30日止，公司实现销售累计562万元，资产848万元。
其中流动资产791万元，净资产371万元，固定资产22万元，无形资产35万元，流动负债477万,资产负债率56%,处于合理范围。
（二）、资源状况
1、水电供应情况
本项目属于电子产品生产，公司整个生产线能耗每天约20KW，每小时约耗电20度；生产过程中无需用水，只需要少量生活用水。
水电均能市政网络保证充足供应。
2、有关部门的支持及外协情况
本项目产品由公司独自自主开发成功；同XX集团有关公司进行合作，完成总装样机及运行试验。
3、资源的基本情况
（1）产品技术由本公司独立研发，开发设计人员均是在本公司工作多年、有成功开发经验的工程技术人员；试验合作方XX集团XX电器公司已在汽车电器行业有十几年的经验和丰富的销售渠道，产品定型后即可给有关整车厂直接供货。
（2）本公司因多年来从事生产汽车类电子产品开发、生产，原材料的采购渠道稳定且极有价格优势。
如项目主要元件IC采用国外XX公司的产品，本公司于2005年被该公司授权为XX省技术咨询中心，代理商已给本公司供货四年多；继电器采用国内专供汽车继电器的XX省公司产品，本公司与其合作从2003年开始；X国ROHM器件市场订货周期通常为六至八周，本公司由ROHM代理商备料，随时提供货源；其它材料可在本市购买，市场供应充足。
4、原材料及辅料需求、供应情况
分类
名称
年需求量
来源
稳定供应情况
1
PIC单片机
15万套
直接采购
代理商备货，满足需求
2
继电器
80万只
浙江定做
合作工厂，满足需求
3
贴片元件
15万套
直接采购
代理商备货，满足需求
4
电路板
30万块
深圳定做
合作工厂，满足需求
5
其它
15万套
深圳采购
货源稳定
三、市场前景
（一）、市场现状分析
自1989年以来，支持CAN总线标准的车型越来越多。
据专家预测，到2010年，CAN/LIN将会占据整个汽车网络协议市场的83%，欧洲大约为96%，其中有奔驰、大众、宝马、保时捷、劳斯莱斯、美洲豹等；支持CAN总线标准的电子公司有英特尔、摩托罗拉、菲利普、Microchip、西门子等。
国外汽车CAN技术已经基本形成了统一的标准，硬件接口业已统一，芯片业已定型；标准化组织SAE和JSAE也都支持CAN总线标准，且SAE的J1939就是CAN的新标准。
美国汽车厂商也将控制器联网系统逐步由class2过渡到CAN；大多数客车厂都选用基于CAN的网络；目前CAN己开始取代基于J1850的网络。
但在国内，CAN技术应用起步比较晚，直到现在，关于汽车CAN总线的研究还主要集中在科研院校，而真正网络化的电子设备和整车产品还是依靠引进。
随着我国工业自动化水平的不断提高，汽车CAN/LIN总线技术的实时性、可靠性、抗电磁干扰性等等优势，必然会随着我国不断的经济改革、市场开放的巨大需求而得以更为广泛的应用。
汽车CAN必是一项朝阳产业，有着无限的前景，在中国的普及应用为期不远。
（二）、市场预测
据《北京参考》报道：
2006年我国汽车需求量达到700万辆，超过日本位居世界第二。
当前，我国汽车消费量占全球汽车总消费量的11％。
对此，中国汽车工业协会汽车部主任朱一平表示，2007年，我国汽车市场将继续保持快速增长，预计今年国内汽车总需求约为800万辆，2010年将达到1000万辆的规模，增长率14.3％。
另据专家预计，汽车电子控制系统在整车中的比例将由目前的20%上升到30%以上。
若按2007年需求量800万辆计，假设有30%的车装置CAN/LIN系统，则需该系统150万套，而国内到现在还没有自己生产的这套系统。
因此，CAN/LIN系统产品无疑具有广阔的市场前景。
总之，汽车总线技术很快将得到普及，也必然成为汽车发展的一个趋势。
汽车大量应用电子技术提高性能水平已是不争的事实。
CAN总线的应用已经被人们所认同，只有发展自主知识产权的汽车电子技术，才能使汽车技术水平尽快赶上世界先进水平。
四、项目技术可行性分析
（一）、技术来源及其选择的依据
目前汽车设计中广泛采用由美国汽车工程师协会SAE推荐的网络拓扑结构。
这种结构采用三条CAN网络：
一条是高速CAN，用于动力系统，速率为250Kb-1Mb/s，主要连接对象是发动机控制器、变速箱、ABS控制器、助力转向系统、安全气囊控制器等；另一条是中速CAN，应用于车身要求较高的系统，速率为10Kb-125Kb/s；第三条是低速CAN,速度小于10Kb/s，主要连接和控制汽车内外部照明、灯光信号、空调等其他低速电子控制单元。
由于CAN总线成本较高，在一些对速度要求不高的车身电子单元，如传感器输入，车窗控制，门锁控制，座椅控制等，可采用成本相对较低的LIN总线来替代。
欧美最新的汽车设计基本上都是基于CAN和LIN网络。
1、CAN总线的特点
CAN总线硬件连接简单，有良好的可靠性、适时性和性能价格比；能够满足现代自动化通信的需要，已成为现场数据总线通信领域中最为活跃的设备元件。
其特点如下：
①、为多主节点总线，各节点均可在任意时刻主动向网络上的其他节点发送信息，不分主从，通信灵活准确；
②、采用独特的非破坏性总线技术，优先级高的节点传送数据，能满足适时要求；
③、具有点对点、一点对多点及全局通讯传送数据的功能；
④、总线上每帧有效字节数最多为8个，并有CRC及其它校验措施，出错率极低，如果某一节点出现严重错误，可自动脱离总线，总线上的其他操作不受影；
⑤、只有两根导线，系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上使用，因此，走线少，系统扩充容易，改型灵活方便；
⑥、传输速度快，在传输距离小于40m时，最大传输速率可达1Mb/s；
⑦、总线上的节点数主要取决于总线驱动电路,在CAN2.0B标准中,其报文标识符几乎不受限制。
2、主要技术及解决措施
综合国际上较为领先的汽车电子技术，结合国内汽车电子发展趋势和实际情况，我们采用分布式CAN总线设计方案（如示意图 图略），利用具有高稳定性、高可靠性的CAN总线和较低成本的LIN总线，能有效控制成本和提高可靠性。
其主要技术内容如下：
1、应用协议的制定；
2、传输速率：
10－125kb/s；
3、主控器、监控电路、通信单元和执行电路等硬件智能节点的设计；
4、智能节点硬件的抗干扰性能，包括：
电源干扰的防护、过程通道干扰的防护；PCB设计时的抗干扰措施等；
5、智能节点软件设计（基本通信、应用层协议、数据字典和具体应用）；
6、智能节点的调试和仿真；
7、解决低速CAN与高速CAN的可靠连接，等等。
（二）、功能模块性能描述
1、基本性能描述
工作温度：
-300C~800；储存温度：
-40C0C~850C；静态工作电流：
＜300mA（250；数据传输速率：
10Kb-125Kb/s；工作电压：
12V汽车电压系统。
C）
本系统包括2个CAN网络接口，1个LIN子总线，四门窗开关控制模块，四门锁控制模块，闪光控制模块，遥控门锁控制模块。
1）、CAN开关接口、接插件，通过以下三个表格来表达：
表1：
CAN连接器DB9针形插座（内容属于技术秘密，表略）。
表2：
连接器J12型插座（内容属于技术秘密，表略）。
表3：
连接器J13型插座（内容属于技术秘密，表略）。
LIN子总线包括自IN1至IN24支分线。
其中：
IN1~IN12由MC33884采集，其中IN1和IN2为固定的电源开关输入；IN7~IN12为固定的接地开关输入，IN3~IN6可编程为电源开关输入或接地开关输入；IN13~IN24由分立电路采集，其中IN13~IN20为接地开关输入；IN21~IN24为电源开关输入。
2）、CAN收发器：
CAN收发器符合ISO11898标准，其网络节点的数据率最大XMbps；传输线阻抗：
XΩ；收发器关闭控制温度：
＞X0C；收发器适用电压系统：
XV或YV电压系统。
（本条中的X和Y为保密数据替代符号）
3）、LIN接口：
驱动电路遵循LIN1.3规范；工作电压范围：
6V~18V；工作温度：
-40~1250。
C
4）、加密编码方式：
KEELOQ®滚动码软件编码；解码方式：
KEELOQ硬件解码器；接收发射模块频率：
XMHz；
5）、中央控制模块（BCM）采用16位单片嵌入式控制器。
6）、中央处理ECU：
接收组合开关输入，通过CAN-BUS发出相关指令到各执行模块；各故障码存储，并通过网关输出到故障诊断模块；通过网关传递有关信息到仪表盘等高速CAN-BUS上的其它模块。
2、通信数据格式描述
1）、CAN数据帧格式
CAN数据帧格式由以下7个不同的字段构成：
帧起始（StartofFrame）、仲裁字段（ArbitrationField）、控制字段（ControlField）、数据字段（DataField）、CRC字段（CRCField）、应答字段（ACKField）、帧结束（EndofFrame）；扩展数据帧格式如图（图略）。
其中：
帧起始（StartofField）：
单个“显性”位构成；仲裁字段（ArbitrationField）：
由11位识别符和RTR位组成；控制字段（ControlField）：
由6位组成，包括数据长度代码和两个作为扩展用的保留位；数据字段（DataField）：
0~8个字节，每字节包含了8位；CRC字段（CRCField）：
包括CRC序列，其后是CRC定界符，用于帧校验的CRC序列由特别适用于位数小于X位帧的循环码校验驱动。
应答字段（ACKField）：
两位，ACK间隙和ACK定界符；帧结束（EndofFrame）：
每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定，这个标志序列由7个“隐性”位组成。
2）、LIN数据格式
报头包含同步间歇信号、同步字段信号和标识字段信号；响应部分包含报文长度1~8个字节的有效载荷和1个校验字节；LIN报文帧结构：
同步间歇（SynchronousBreak）：
由一个至少有13bit时间长度的显性电平（低电平）和一个在1~4bit时间长度的隐性电平（高电平）组成；同步字段（SynchronousField）：
长度为一个字节，字节内容为X；标识字段（IdentifierField）：
一个字节字段，字节内容的前6个bit包含了报文的ID号，后2个bit为校验位。
数据字段（DataField）：
1~8个字节数据。
3、门/窗控制子系统功能描述
1）、按键功能描述：
主模块上连接有驾驶员门/窗控制按键面板，可控制各个电动窗和门，分别有前后左右的电动窗升/降控制按键，保险开关以及开/关门锁的按键。
为了准确识别输入信号，软件备有防颤抖功能，对于输入信号的上升沿和下降沿都为Xms。
模块在检测到按键输入后将发送相应控制命令到从节点，并启动从节点。
每个电动窗控制具有自动开启/自动关闭功能。
连续按住驾驶员控制面板上任何一个电动窗开启键超过1秒后松开按键，将触发对应电动窗自动开启功能，该电动窗将上升到完全关闭。
如果在自动上升过程中按开启或者关闭键，将停止电动窗继续上升。
同样，如果连续按住关闭键超过1秒后松开，也会启动自动关闭功能。
在执行主节点控制命令时，从节点对应的电动窗控制按键将不起作用。
或者说，主节点通过LIN通讯发送给从节点的控制命令比从节点所连接的控制按键的输入具有更高的控制级别。
2）、软件功能描述：
采用USART实现LIN从节点通讯协议，从中检出主节点发送给本从节点的命令，并执行相应动作；执行器件的驱动——门锁电机的驱动，电动窗电机驱动及其反馈信号的检测和保护；门区按键/开关状态检测并执行相关控制；环境温度及电机温度检测。
3）、门锁功能描述：
电机通电时间：
X秒（可根据厂家不同参数进行软件调节）；电流保护控制方式：
电阻取样控制。
4）、遥控功能描述：
加密方案：
KEELOQ®滚动码；密钥：
X位；序列号：
Y位；同步计数值：
Z位。
5）、输出系统描述：
车窗电机采用多路继电器驱动电路：
最大堵转电流：
30A；电机通电时间：
X秒（可根据厂家不同参数进行软件调节）；闪光器驱动电流：
≥5A。
6）、保护功能描述：
所有输入端都具备电池反接、跳启和负载拆卸保护功能。
传感器工作温度：
-550C~+1250C；采样精度：
0.50C；车窗电机具有堵转和过流保护；门锁电机具有电流及状态检测；软件中加入有开关防抖动等抗干扰措施，防止误操作。
4、车灯控制模块描述
1）、前车灯控制模块：
接收中央处理ECU发来的执行指令，驱动相关车灯（远光、近光、左转向、右转向、示宽灯、雾灯及警示灯等）；采用继电器，或MOSFET无触点驱动。
2）、后车灯控制模块：
接收中央处理ECU来的执行指令，驱动相关车灯（刹车灯、倒车灯、转向灯、示宽灯、牌照灯、警示灯、雾灯等）。
5、系统拓展功能描述
1）、防夹功能：
可以通过添加霍耳传感器检测电机转速及状态扩展防夹功能。
2）、模块扩展：
可添加电动后视镜、智能雨刮、座椅调节等功能模块而不需大量更改电路及软件。
3）、继电器固态化：
采用集成功率模块替代各继电器可以提高电路可靠性及扩展保护功能。
（注：
《功能模块性能描述》一条中的X、Y、Z均为作者随意选取的保密数据替代符号，并非原始数据符或缩写字母）
五、项目经济及社会效益分析
本产品技术水平在国内领先，而成本远远低于进口产品，有较强的技术和价格竞争优势。
根据生产成本性价比，参照国外同类产品的价格及公司目前产品销售情况来决定产品价格。
该产品根据不同的配置要求价格也相应有所差异，以常规配置如组合开关、中央控制、电动窗控制、雨刮控制、照明灯控制、锁控制为例，销售价为1040元/套。
从产品的成本、性价比等及同其他类似产品相比来看，该价格具有较强的市场竞争力。
（一）、成本分析
1、单套原材料及燃料动力成本估算
分类
名称
单价（元）
数量
金额（元）
品牌
1
PIC单片机
30
10
300
Microchip
2
继电器
1.5
30
45
HKE
3
贴片元件
140
1批
140
ROHM、TDK
4
电路板
8
12
96
PJ
5
其它
10
1
10
6
合计
591
2、工资及福利费
投产后预计年产4万套，需职工40人，人均年工资及福利费1.2万元，总计48万元。
3、折旧费及摊销费
固定资产折旧按平均年限法计算，递延资产在10年内摊销。
4、其他费用
假定：
销售费用按销售收入的3%计；管理费用按销售收入的1.5%计；修理费按固定资产投入的0.5%计。
5、结论
项目达产时，即年产4万套时产品成本如
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