汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理與檢測論文

1、車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展史1線束的變化 隨著汽車三大系統(tǒng)(動力驅(qū)動系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)等)中各種電控系統(tǒng)的不斷增加，采用常規(guī)的布線方式，即電線一端與開關(guān)相接、另一端與用電設(shè)備相通的方式，導(dǎo)致汽車上導(dǎo)線數(shù)目急劇增加，如圖所示。線束的變化圖導(dǎo)線數(shù)量的增加造成的影響如下：(1) 整個汽車的布線將十分復(fù)雜，顯得很凌亂，一根線束包裹著幾十根導(dǎo)線的現(xiàn)象很普遍。(2) 占用空間，使得在有限的汽車空間內(nèi)布線越來越困難，限制了功能的擴(kuò)展。(3) 增加的復(fù)雜電路也降低了汽車的可靠性，另外，一般情況下線束都裝在縱梁下等看不到的地方，一旦線束中出了問題，查找相當(dāng)麻煩，增加了維修的難度。(4) 增加油耗，在一些高級轎車上

2、，導(dǎo)線的質(zhì)量占到整車質(zhì)量的4%左右。據(jù)統(tǒng)計，導(dǎo)線質(zhì)量每增加50kg，油耗會增加0.2L/100km。(5)電控單元并不是僅僅與負(fù)載設(shè)備簡單地連接，更多的是與外圍設(shè)備及其他電控單元進(jìn)行信息交流，并經(jīng)過復(fù)雜的控制運(yùn)算發(fā)出控制指令，按傳統(tǒng)的連接方式，線束成本較高。綜上所述，隨著車用電氣設(shè)備的數(shù)量越來越多，從發(fā)動機(jī)控制到傳動系統(tǒng)控制，從行駛、制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報警系統(tǒng)，從電源管理到提高舒適性，汽車電氣系統(tǒng)形成了一個越來越復(fù)雜的系統(tǒng)，并且都集中在駕駛室控制，使得汽車新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用與汽車線束根數(shù)及線徑急劇增加的矛盾相當(dāng)突出。為解決以上問題，車載網(wǎng)絡(luò)(也稱數(shù)據(jù)傳輸總線)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。2

3、汽車數(shù)據(jù)傳輸總線簡介所謂數(shù)據(jù)傳輸總線，就是指在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號可以被多個系統(tǒng)共享，從而最大限度地提高系統(tǒng)的整體效率，充分利用有限的資源。例如，常見的電腦鍵盤有104位鍵，可以發(fā)出一百多個不同的指令，但鍵盤與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)連接線卻只有7根，鍵盤正是依靠這7根數(shù)據(jù)連接線上不同的數(shù)字電壓信號組合(編碼信號)來傳遞按鍵信息的。如果把這種方式應(yīng)用在汽車電氣系統(tǒng)上，就可以大大簡化目前的汽車電路?？梢酝ㄟ^不同的編碼信號來表示不同的開關(guān)動作，信號解碼后，根據(jù)指令接通或斷開對應(yīng)的用電設(shè)備(前照燈、刮水器、電動座椅等)，如圖5-2所示。這樣，就能將過去一線一用的專線制改為一線多用制，大大減少了汽車上電線的數(shù)

4、目，縮小了線束的直徑。當(dāng)然，數(shù)據(jù)總線還將使計算機(jī)技術(shù)融入整個汽車系統(tǒng)之中，加速汽車智能化的發(fā)展。常規(guī)線路和多路傳輸線路的簡單對比在汽車上傳統(tǒng)的信息傳遞方式是每項(xiàng)信息需獨(dú)立的數(shù)據(jù)線完成，即有幾個信號就要有幾條信號傳輸線。例如，寶來轎車發(fā)動機(jī)電控單元J220與自動變速器電控單元J217之間就需要5條信號傳輸線，如圖5-3所示。如果傳遞的信號項(xiàng)目越多，則需要更多的信號傳輸線。采用傳輸總線后，只需要1根或2根傳輸線即可，如圖5-4所示。圖5-3 傳統(tǒng)信號傳遞方式圖5-4 數(shù)字總線信號傳遞方式總線系統(tǒng)上并聯(lián)有多個元件，這就要求整個系統(tǒng)的布置滿足以下要求：(1) 可靠性高：傳輸故障(無論是由內(nèi)部還是外部引

5、起的)應(yīng)能被準(zhǔn)確識別出來。(2) 使用方便：當(dāng)某一個控制單元出現(xiàn)故障時，其余系統(tǒng)應(yīng)盡可能保持原有功能，以便進(jìn)行信息交換。(3) 數(shù)據(jù)密度大：所有控制單元在任一瞬時的信息狀態(tài)均相同，這樣就使得兩個控制單元之間不會有數(shù)據(jù)偏差。如果系統(tǒng)的某一處有故障，那么總線上所有連接的元件都會得到通知。(4) 數(shù)據(jù)傳輸快：連成網(wǎng)絡(luò)的各元件之間的數(shù)據(jù)交換速率必須很快，這樣才能滿足實(shí)時要求。采用總線傳輸(多路傳輸)的優(yōu)點(diǎn)如下：(1) 簡化線束，減輕重量，減少成本，減少尺寸，減少連接器的數(shù)量，如圖5-5所示；(2) 可以進(jìn)行設(shè)備之間的通信，豐富了功能；(3) 通過信息共享，減少傳感器信號的重復(fù)數(shù)量。圖5-5 有傳輸總線

6、和無傳輸總線的車門控制線束對比3國內(nèi)外多路總線傳輸系統(tǒng)的發(fā)展簡史早在1968年，艾塞庫斯就提出了利用單線多路傳輸信號的構(gòu)想。從1980年起，汽車內(nèi)開始裝用車載網(wǎng)絡(luò)。1983年，豐田公司在世紀(jì)牌汽車上采用了應(yīng)用光纜的車門控制系統(tǒng)。從1986年起，在車身系統(tǒng)上裝用了銅線傳輸媒介的網(wǎng)絡(luò)，并在日產(chǎn)和通用公司汽車的控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。20世紀(jì)80年代末，BOSCH公司和英特爾公司研制了專門用于汽車電氣系統(tǒng)的總線控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network)規(guī)范，簡稱CAN。接著，美國汽車工程師學(xué)會(SAE)提出了J1850通信協(xié)議規(guī)范。20世紀(jì)90年代，由于集成電路技術(shù)和電子器件制造技術(shù)

7、的迅速發(fā)展，用廉價的單片機(jī)作為總線的接口端，采用總線技術(shù)布線的價格逐步降低，總線技術(shù)布線進(jìn)入了實(shí)用化階段。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，歐洲提出了控制系統(tǒng)的新協(xié)議TTP(Time Triggered Protocol)。隨著汽車信息系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)傳輸信息量要求的不斷提高，先后提出了D2B協(xié)議和MOST協(xié)議。2000年后，車載網(wǎng)絡(luò)得以進(jìn)一步細(xì)分，低端LIN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生。目前，多路總線傳輸技術(shù)在國內(nèi)外已成功地運(yùn)用到各種品牌汽車上，如奔馳、寶馬、大眾、奧迪、通用、豐田、本田、日產(chǎn)、馬自達(dá)、三菱、雪鐵龍、保時捷、美洲豹等。一些廠家和公司也對汽車多路總線傳輸制訂了進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)，各大公司還在不斷推出新的總線形式及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體如表5-1所示。幾種網(wǎng)絡(luò)的成本比例及通信速度如圖5-6所示。表5-