淺談汽車車載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)應(yīng)用論文
隨著電控系統(tǒng)的日益復(fù)雜，車載網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代汽車電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。下面是學(xué)習(xí)啦小編帶來的關(guān)于汽車車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用論文的內(nèi)容，歡迎閱讀參考!
汽車車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用論文篇1：《淺談汽車車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用》
一、引言
隨著汽車工業(yè)日新月異的發(fā)展，現(xiàn)代汽車上使用了大量的電子控制裝置，許多中高檔轎車上采用了十幾個甚至二十幾個電控單元，而每一個電控單元都需要與相關(guān)的多個傳感器和執(zhí)行器發(fā)生通訊，并且各控制單元間也需要進(jìn)行信息交換，如果每項信息都通過各自獨立的數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸，這樣會導(dǎo)致電控單元針腳數(shù)增加，整個電控系統(tǒng)的線束和插接件也會增加，故障率也會增加等諸多問題。
為了簡化線路，提高各電控單元之間的通信速度，降低故障頻率，一種新型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)CAN數(shù)據(jù)總線應(yīng)運(yùn)而生。CAN總線具有實時性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng);在自動化電子領(lǐng)域的汽車發(fā)動機(jī)控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等應(yīng)用中，CAN的位速率可高達(dá)1Mbps。同時，它可以廉價地用于交通運(yùn)載工具電氣系統(tǒng)中。
二、CAN總線簡介
CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是由ISO定義的串行通訊總線，主要用來實現(xiàn)車載各電控單元之間的信息交換，形成車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， CAN數(shù)據(jù)總線又稱為CAN—BUS總線。它具有信息共享，減少了導(dǎo)線數(shù)量，大大減輕配線束的重量，控制單元和控制單元插腳最小化，提高可靠性和可維修性等優(yōu)點。
CAN被設(shè)計作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。其工作采用單片機(jī)作為直接控制單元，用于對傳感器和執(zhí)行部件的直接控制。每個單片機(jī)都是控制網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點，一輛汽車不管有多少塊電控單元，不管信息容量有多大，每塊電控單元都只需引出兩條導(dǎo)線共同接在節(jié)點上，這兩條導(dǎo)線就稱作數(shù)據(jù)總線(Bus)。CAN數(shù)據(jù)總線中數(shù)據(jù)傳遞就像一個電話會議，一個電話用戶就相當(dāng)于控制單元，它將數(shù)據(jù)“講入”網(wǎng)絡(luò)中，其他用戶通過網(wǎng)絡(luò)“接聽”數(shù)據(jù)，對這組數(shù)據(jù)感興趣的用戶就會利用數(shù)據(jù)，不感興趣的用戶可以忽略該數(shù)據(jù)。
一個由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點，但實際應(yīng)用中，所掛接的節(jié)點數(shù)目會受到網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性或延遲時間的限制。使用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的前提是，各電控單元必須使用和解讀相同的“電子語言”，這種語言稱“協(xié)議”。汽車電腦網(wǎng)絡(luò)常見的傳輸協(xié)議有多種，為了并實現(xiàn)與眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換，就必須制定標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。隨著CAN在各種領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，1991年9月Philips Semiconductors制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范(Version 2.0)。該技術(shù)包括A和B兩部分。2.0A給出了CAN報文標(biāo)準(zhǔn)格式，而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種格式。1993年11月ISO頒布了道路交通運(yùn)輸工具—數(shù)據(jù)信息交換—高速通信局域網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898，為控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化鋪平了道路。美國的汽車工程學(xué)會SAE 2000年提出的J 1939，成為貨車和客車中控制器局域網(wǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。
三、CAN-BUS數(shù)據(jù)總線的組成與結(jié)構(gòu)
CAN-BUS系統(tǒng)主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發(fā)器、CAN-BUS數(shù)據(jù)傳輸線和CAN-BUS終端電阻。：
1.CAN控制器，CAN收發(fā)器
CAN-BUS上的每個控制單元中均設(shè)有一個CAN控制器和一個CAN收發(fā)器。CAN控制器主要用來接收微處理器傳來的信息，對這些信息進(jìn)行處理并傳給CAN收發(fā)器，同時CAN控制器也接收來自CAN收發(fā)器傳來的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳給控制單元的微處理器。
CAN收發(fā)器用來接收CAN控制器送來的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到CAN數(shù)據(jù)傳輸總線上，同時CAN收發(fā)器也接收CAN數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，并將其傳給CAN控制器。
2.數(shù)據(jù)總線終端電阻
CAN-BUS數(shù)據(jù)總線兩端通過終端電阻連接，終端電阻可以防止數(shù)據(jù)在到達(dá)線路終端后象回聲一樣返回，并因此而干擾原始數(shù)據(jù)，從而保證了數(shù)據(jù)的正確傳送，終端電阻裝在控制單元內(nèi)。
3.數(shù)據(jù)傳輸總線
數(shù)據(jù)傳輸總線大部分車型用的是兩條雙向數(shù)據(jù)線，分為高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞數(shù)據(jù)線。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，兩條數(shù)據(jù)線纏繞在一起，要求至少每2.5cm就要扭絞一次，兩條線上的電位是相反的，電壓的和總等于常值。
四、車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用分類
車載網(wǎng)絡(luò)按照應(yīng)用加以劃分，大致可以分為4個系統(tǒng)：車身系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、信息系統(tǒng)。
1.動力傳動系統(tǒng)
在動力傳動系統(tǒng)內(nèi)，動力傳動系統(tǒng)模塊的位置比較集中，可固定在一處，利用網(wǎng)絡(luò)將發(fā)動機(jī)艙內(nèi)設(shè)置的模塊連接起來。在將汽車的主要因素—跑、停止與拐彎這些功能用網(wǎng)絡(luò)連接起來時，就需要高速網(wǎng)絡(luò)。
動力CAN數(shù)據(jù)總線一般連接3塊電腦，它們是發(fā)動機(jī)、ABS/EDL及自動變速器電腦(動力CAN數(shù)據(jù)總線實際可以連接安全氣囊、四輪驅(qū)動與組合儀表等電腦)?？偩€可以同時傳遞10組數(shù)據(jù)，發(fā)動機(jī)電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦2組。數(shù)據(jù)總線以500Kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7~20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權(quán)順序為ABS/EDL電控單元→發(fā)動機(jī)電控單元→自動變速器電控單元。
在動力傳動系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)盡可能快速，以便及時利用數(shù)據(jù)，所以需要一個高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會加快點火系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，這樣使接收到的數(shù)據(jù)立即應(yīng)用到下一個點火脈沖中去。CAN數(shù)據(jù)總線連接點通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點也可能設(shè)在發(fā)動機(jī)電控單元內(nèi)部。
2.車身系統(tǒng)
與動力傳動系統(tǒng)相比，汽車上的各處都配置有車身系統(tǒng)的部件。因此，線束變長，容易受到干擾的影響。為了防干擾應(yīng)盡量降低通信速度。在車身系統(tǒng)中，因為人機(jī)接口的模塊、節(jié)點的數(shù)量增加，通信速度控制將不是問題，但成本相對增加，對此，人們正在摸索更廉價的解決方案，目前常常采用直連總線及輔助總線。
舒適CAN數(shù)據(jù)總線連接一般連接七個控制單元，包括中央控制單元、車前車后各一個受控單元及四個車門的控制單元。舒適CAN數(shù)據(jù)傳遞有七大功能：中控門鎖、電動窗、照明開關(guān)、空調(diào)、組合儀表、后視境加熱及自診斷功能?？刂茊卧母鳁l傳輸線以星狀形式匯聚一點。這樣做的好處是：如果一個控制單元發(fā)生故障，其他控制單元仍可發(fā)送各自的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)使經(jīng)過車門的導(dǎo)線數(shù)量減少，線路變得簡單。如果線路中某處出現(xiàn)對地短路，對正極短路或線路間短路，CAN系統(tǒng)會立即轉(zhuǎn)為應(yīng)急模式運(yùn)行或轉(zhuǎn)為單線模式運(yùn)行。
數(shù)據(jù)總線以62.5Kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一組數(shù)據(jù)傳遞大約需要1ms，每個電控單元20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權(quán)順序為：中央控制單元→駕駛員側(cè)車門控制單元→前排乘客側(cè)車門控制單元→左后車門控制單元→右后車門控制單元。由于舒適系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以用較低的速率傳遞，所以發(fā)送器性能比動力傳動系統(tǒng)發(fā)送器的性能低。
整個汽車車身系統(tǒng)電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門控單元電路。
主控單元按收開關(guān)信號之后，先進(jìn)行分析處理，然后通過CAN總線把控制指令發(fā)送給各受控端，各受控端響應(yīng)后作出相應(yīng)的動作。車前、車后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執(zhí)行，并把執(zhí)行的結(jié)果反饋給主控端。門控單元不但通過CAN總接收主控端的指令，還接收車門上的開關(guān)信號輸入。根據(jù)指令和開關(guān)信號，門控單元會做出相應(yīng)動作，然后把執(zhí)行結(jié)果發(fā)往主控單元。
(1)安全系統(tǒng)
這是指根據(jù)多個傳感器的信息使安全氣囊啟動的系統(tǒng)，由于安全系統(tǒng)涉及到人的生命安全，加之在汽車中氣囊數(shù)目很多，碰撞傳感器多等原因，要求安全系統(tǒng)必須具備通信速度快、通信可靠性高等特點。
(2)信息系統(tǒng)
信息系統(tǒng)在車上的應(yīng)用很廣泛，例如車載電話、音響等系統(tǒng)的應(yīng)用。對信息系統(tǒng)通信總線的要求是：容量大、通信速度非常高。通信媒體一般采用光纖或銅線，因為此兩種介質(zhì)傳輸?shù)乃俣确浅？?，能滿足信息系統(tǒng)的高速化需求。
五、CAN總線技術(shù)在汽車中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)
利用CAN總線構(gòu)建一個車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有：
(1)總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點容量等技術(shù)問題
(2)高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸
(3)確定最大傳輸時的延時大小
(4)網(wǎng)絡(luò)的容錯技術(shù)
(5)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能
(6)實時控制網(wǎng)絡(luò)的時間特性
(7)安裝與維護(hù)中的布線
(8)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的增加與軟硬件更新(可擴(kuò)展性)
六、結(jié)束語
CAN總線作為一種可靠的汽車計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線，現(xiàn)已開始在先進(jìn)的汽車上得到應(yīng)用，從而使得各汽車計算機(jī)控制單元能夠通過CAN總線共享所有的信息和資源，以達(dá)到簡化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復(fù)、提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個控制系統(tǒng)之目的，隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，具有高度靈活性、簡單的擴(kuò)展性、優(yōu)良的抗干擾性和糾錯能力的CAN總線通信協(xié)議必將在汽車電控系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文篇2：《試談現(xiàn)代汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》
為了解決汽車自動化程度提高和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的矛盾,20世紀(jì)80年代,業(yè)界引入了車載網(wǎng)絡(luò),使用車載網(wǎng)絡(luò)降低線束的使用量,能提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,對于控制整車的成本也具有積極的作用[2]。筆者結(jié)合自身的工作實踐,對現(xiàn)代汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了分析和探討,以期推動車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。
1常見的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
車載網(wǎng)路技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用大幅的簡化了汽車線路,降低了線束的用量,同時車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也提高了信息傳輸?shù)乃俣?增強(qiáng)了汽車控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[3]。不同的汽車制造商發(fā)展了很多的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù),不同類型的車載網(wǎng)絡(luò)需要通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信號的解析交換,使不同的網(wǎng)絡(luò)類型能夠相互協(xié)調(diào),保證車輛各系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。
控制器局域網(wǎng)(CAN)是國際上應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)總線之一,其數(shù)據(jù)信息傳輸速度最大可達(dá)1Mbit/s,采用雙絞線作為傳輸介質(zhì),屬于中速網(wǎng)絡(luò),在現(xiàn)實應(yīng)用中能向控制器局域網(wǎng)中接入很多的電子器件,大幅降低線束用量,目前控制器局域網(wǎng)主要應(yīng)用于汽車電子信息中心、故障診斷等,具有較高的抗電磁干擾特性,在汽車整車中多應(yīng)用于發(fā)動機(jī)電控單元、ABS電控單元、組合儀表電控單元等[5]。局部連接網(wǎng)絡(luò)(LIN)信息傳輸速度較低為20Kbit/s,它屬于低速網(wǎng)絡(luò),在現(xiàn)實應(yīng)用中常作為一種輔助總線,輔助CAN總線工作,其訪問方式為單主多從,目前主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)向盤、車門、座椅、空調(diào)系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)等。
局部聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)之處在于數(shù)字信號代替了之前的模擬信號,滿足了汽車對低速網(wǎng)絡(luò)的需求。多媒體定向系統(tǒng)傳輸具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速度,在低成本的條件下棋數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)24.8Mbit/s,采用塑料光纜作為傳輸介質(zhì),屬于高速網(wǎng)絡(luò),主要應(yīng)用于對數(shù)據(jù)傳輸速度較高的汽車多媒體系統(tǒng),例如連接車載導(dǎo)航器、無線設(shè)備、車載電話等。
由于使用的是塑料光纖,其信號比較可靠,維護(hù)也比較簡單。線控技術(shù)最初源于航空航天領(lǐng)域,線控技術(shù)使用電子器件將控制單元和執(zhí)行器連接起來,大大減少了機(jī)械連接裝置和液壓連接裝置的使用。線控技術(shù)屬于高速網(wǎng)絡(luò),在汽車的安全性系統(tǒng)中有重要應(yīng)用,線控系統(tǒng)能通過傳感器感知車輪的轉(zhuǎn)向角度,通過ECU判斷并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,提高了車輪轉(zhuǎn)向的安全性。線控制動系統(tǒng)通過導(dǎo)線也能對汽車制動情況進(jìn)行感知,使汽車制動系統(tǒng)的反應(yīng)的速度和感知靈敏度得到大幅度提高。D2B總線技術(shù)是針對汽車多媒體和通信需求開發(fā)的一種車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù),采用光纖為傳輸介質(zhì),傳輸速度快,屬于高速網(wǎng)絡(luò),可連接多媒體設(shè)備、語音電控單元等。D2B總線技術(shù)使用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,應(yīng)用范圍廣,傳輸信號穩(wěn)定性強(qiáng),不受電磁、廣播、輻射等干擾。
2車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用
車身系統(tǒng)的部件分布在汽車裝置的各處,如果使用線束則線束較長,容易受到廣播、電磁等其他信號的干擾,為了避免其他信號的干擾,在工程實踐應(yīng)用中通常采用降低通信速度來解決,由于車身系統(tǒng)組成復(fù)雜,使用了大量的人機(jī)接口的模塊,相應(yīng)的節(jié)點數(shù)量也比較大,通信速度控制難度不大,但是會提高汽車整車的組裝成本,目前車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在車身系統(tǒng)的應(yīng)用主要是利用直連總線和輔助總線來完成信號的傳遞?？刂破骶钟蚓W(wǎng)(CAN)的數(shù)據(jù)總線上一般連接有中央控制單元、四個車門的控制單元和車前車后各有一個控制單元等七個控制單元,實現(xiàn)對中控門鎖、電動車窗、照明、空調(diào)系統(tǒng)等部件的控制。
其網(wǎng)絡(luò)形式為星狀形式,單一控制單元的故障不影響整個網(wǎng)絡(luò)的使用,其他控制單元仍能夠收發(fā)數(shù)據(jù),提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。動力傳動系統(tǒng)作為汽車控制系統(tǒng)的核心,需要對汽車的啟動、運(yùn)行、停止、拐彎等進(jìn)行監(jiān)測和控制,這對數(shù)據(jù)傳輸速度有較高的要求,需要使用高速網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)代汽車的動力CAN數(shù)據(jù)總線一般連接發(fā)動機(jī)、ABS/EDL和自動變速器三塊電腦,CAN數(shù)據(jù)總線能同時傳輸10組數(shù)據(jù),在動力傳動系統(tǒng)中要求數(shù)據(jù)傳遞盡可能的快,所以常使用高性能的發(fā)送器,以便于點火系統(tǒng)間數(shù)據(jù)高速度傳輸。
安全系統(tǒng)是指汽車的安全氣囊啟動系統(tǒng),目前已成為小型汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置,安全系統(tǒng)要實現(xiàn)對駕乘人員的有效保護(hù),必須要多外界的碰撞等突發(fā)情況做出快速的反應(yīng),由于汽車的安全氣囊設(shè)置較多,感知外界碰撞強(qiáng)度的碰撞傳感器也較多,所以對通信速度和傳輸可靠性要求較高。信息系統(tǒng)是近年來在汽車上應(yīng)用較多的新技術(shù),主要是為了滿足駕乘人員的車載電話、音響、倒車?yán)走_(dá)、多媒體等功能的使用,由于需要的通信容量大、速度快,所以一般使用光纖,其傳輸速度能有效滿足汽車信息系統(tǒng)的要求。
3車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢
3.1汽車線控技術(shù)的發(fā)展
汽車線控技術(shù)的應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)的機(jī)械連接和液壓連接反饋時間長,裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點,使用線控技術(shù)可以有效的減少液壓和機(jī)械控制裝置,提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏度,有利于為汽車的重新設(shè)計和布局優(yōu)化提供空間。目前線控技術(shù)在汽車控制和汽車制動系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛使用,未來在汽車的遠(yuǎn)程控制、防抱死等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮積極的作用。
3.2汽車光纖技術(shù)的發(fā)展
汽車光纖技術(shù)具有通信容量大、傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點,能有效滿足動力傳輸系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸高速度的要求,能滿足信息系統(tǒng)傳輸容量大的需要,必將在未來的汽車控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。同時,光纖傳輸技術(shù)允許有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和較高的信噪比,在汽車發(fā)動機(jī)實時控制、車輛狀態(tài)監(jiān)測和通斷負(fù)載的開關(guān)控制等方面有重要的應(yīng)用。
4結(jié)語
綜上所述,汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用符合汽車自動化、智能化和節(jié)能化的發(fā)展方向,提高了汽車控制系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定性,為汽車的布局優(yōu)化和重新設(shè)計提高了空間,并且大大降低了整車制造成本,提升了現(xiàn)代汽車的技術(shù)水平。
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