控制器局域網(wǎng)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用研究！
互聯(lián)網(wǎng) laoyeche 汽車電器維修 2008-06-23
|
控制器局域網(wǎng)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用研究 1.引言 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以全數(shù)字式現(xiàn)場總線為代表的現(xiàn)場控制儀表、設(shè)備大量應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制技術(shù)及現(xiàn)場控制設(shè)備發(fā)生了巨大的變化。繁瑣的現(xiàn)場連線被單一簡潔的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)所代替，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活，設(shè)備維護(hù)簡單，信號傳輸質(zhì)量也大大提高，為工業(yè)現(xiàn)場控制用戶帶來巨大好處。經(jīng)過長時(shí)間發(fā)展，已形成Hart、Lonworks、Profibus、Bitbus及CAN等多種現(xiàn)場總線協(xié)議。 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和在汽車上的廣泛應(yīng)用，汽車電子化程度越來越高，特別是微控制器進(jìn)入汽車控制領(lǐng)域后，給汽車發(fā)展帶來了劃時(shí)代的變化，汽車的動(dòng)力性、操作穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性、對環(huán)境的友好性都得到了大幅提升。 電子設(shè)備的大量應(yīng)用，必然導(dǎo)致車身布線愈長愈復(fù)雜、運(yùn)行可靠性降低、故障維修難度增大。特別是電子控制單元的大量引入，為了提高信號的利用率，要求大批的數(shù)據(jù)信息能在不同的電子單元中共享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實(shí)時(shí)交換，傳統(tǒng)線束已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這種需求。針對上述問題，就選擇了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在借鑒計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了各種適用于汽車環(huán)境的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 和其它控制現(xiàn)場相比，汽車內(nèi)溫度變化范圍大(-45-100℃)，電磁干擾和其它電子噪聲強(qiáng)，環(huán)境惡劣，網(wǎng)絡(luò)在車內(nèi)的運(yùn)行可靠性尤為重要，這不但體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自身的容錯(cuò)能力和抗干擾能力上，而且也體現(xiàn)在信號的編碼方式和傳輸方式上。汽車局域網(wǎng)無一例外地都采用了同步串行傳輸方式，數(shù)據(jù)信號多采用PWM和NRZ編碼，通常位速率高于100kbps采用NRZ編碼，低于100kbps采用PWM編碼方式。 眾多國際知名汽車公司早在80年代就積極致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用。迄今為止，已有多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，如SAE的J1850、德國大眾的ABUS、博世的CAN、美國商用機(jī)器的AutoCAN、ISO的VAN、馬自達(dá)的PALMNET等。 按照我國汽車電子技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)入21世紀(jì)后轎車電子技術(shù)可達(dá)國外90年代水平，屆時(shí)也將會有大量智能電子控制單元被引入。為縮短同國外轎車技術(shù)水平，提高自身的競爭力，單純靠技術(shù)引進(jìn)不利于長期發(fā)展，消化、吸收、研究和開發(fā)自己的汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)已勢在必行。 2.汽車中的信息多路傳輸與控制器局域網(wǎng) 目前存在的多種汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其側(cè)重的功能有所不同，為方便研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用，SAE車輛網(wǎng)絡(luò)委員會將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)劃分為A、B、C三類。 A類 面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常只有1-10kbps。主要應(yīng)用于電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制。 B類 面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率一般為10-100kbps。主要應(yīng)用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統(tǒng)，以減少冗余的傳感器和其它電子部件。 C類 面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，最高位速率可達(dá)1Mbps，主要用于懸架控制、牽引控制、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、ABS等系統(tǒng)，以簡化分布式控制和進(jìn)一步減少車身線束。到目前為止，滿足C類網(wǎng)要求的汽車控制局域網(wǎng)只有CAN協(xié)議。 三類網(wǎng)絡(luò)功能均向下涵蓋，即B類支持A類網(wǎng)的功能，C類網(wǎng)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)B類和A類網(wǎng)功能。下面以 CAN為例分別介紹三類汽車局域網(wǎng)的典型應(yīng)用方案。 典型的A類網(wǎng)應(yīng)用如圖1所示的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)。由于車門開關(guān)及行李箱開關(guān)等信號只在一定的情況下產(chǎn)生，正常時(shí)沒有信號，所以對數(shù)據(jù)傳輸速率要求極低，低速A類網(wǎng)就能充分滿足系統(tǒng)要求，并且和傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，車身線束大大減少，設(shè)計(jì)更為簡單方便。 當(dāng)大量共享數(shù)據(jù)需要在車輛各智能模塊間進(jìn)行交換時(shí)，A類網(wǎng)不再勝任，可采用B類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由控制器局域網(wǎng)CAN組成的典型B類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖2所示。車輛信息中心和儀表組單元無須單獨(dú)掛接液位、溫度、車燈、車門及安全帶等信號傳感器，就能從總線上獲取上述信息，大大地減少了傳感器和其它電子部件數(shù)量，有效地節(jié)約了安裝空間和系統(tǒng)成本。 通常A類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不單獨(dú)使用，而是和B類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合使用。本文給出的組合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖3所示，圖中沒有摒棄A類網(wǎng)，而是通過車身計(jì)算機(jī)連接到CAN 總線組成的B類網(wǎng)中，使得該A類網(wǎng)系統(tǒng)成為CAN總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣無須在各傳感器/執(zhí)行器部件安裝CAN控制器件就能使得信號在CAN總線上傳輸，有效地利用了A類網(wǎng)低成本的優(yōu)點(diǎn)。 在上述的應(yīng)用中，都未充分發(fā)揮CAN總線高速大容量的特點(diǎn)。為進(jìn)一步減少車身線束，方便故障診斷，滿足主要電子單元或系統(tǒng)間大量數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)交換需要，使汽車各方面性能趨于最佳狀態(tài)，則需建立基于CAN總線的C類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。圖4所示的C類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案中，CAN總線有效地將發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)及自動(dòng)巡航系統(tǒng)等連接成為一個(gè)綜合控制系統(tǒng)，整車性能得到大幅度提高。 目前B類汽車局域網(wǎng)應(yīng)用最為廣泛，A類網(wǎng)趨于淘汰，C類網(wǎng)應(yīng)用日益廣泛。按發(fā)展趨勢，在不久的將來C類網(wǎng)將占據(jù)主導(dǎo)地位。 3.CAN協(xié)議及其支持器件 控制器局域網(wǎng)CAN是80年代初博世公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議，經(jīng)多次修訂，于1991年9月形成技術(shù)規(guī)范2.0版本。該版本包括2.0A和2.0B兩部分。其中2.0A給出了報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式，2.0B給出了報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展兩種格式[呵。推出2.0B是為了滿足美國汽車制造商對C類網(wǎng)應(yīng)用的要求。隨后，SAE的貨車客車控制和通信網(wǎng)絡(luò)委員會J1939投票通過了將CAN作為C類數(shù)據(jù)交換網(wǎng)應(yīng)用于客車、貨車、農(nóng)業(yè)及建筑車輛。 CAN是一種多主競爭總線形式，廢除傳統(tǒng)的站地址編碼方式，代之以對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，最多可標(biāo)識2032(2.0A)或5億(2.0B)多個(gè)數(shù)據(jù)塊。協(xié)議采用總線(BUS)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要是利用了總線結(jié)構(gòu)電纜長度短、布線容易、可靠性高、易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)信號采用NRZ編碼，通訊速率最大可達(dá)1Mbps(距離40m)，能充分滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制、牽引控制、防抱死制動(dòng)控制等單元間實(shí)時(shí)信息交換的需要。短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最長8個(gè)字節(jié)，占用總線時(shí)間很短，從而保證了通訊的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用了15位CRC校驗(yàn)、位填充技術(shù)及完善的差錯(cuò)處理機(jī)制，有力地保證了數(shù)據(jù)通訊的可靠性。通訊價(jià)質(zhì)可采用廉價(jià)的雙絞線、性價(jià)比較高的同軸電纜或高品質(zhì)的光纖。 由于其良好的運(yùn)行特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，不但特別適合現(xiàn)代汽車各電子控制單元之間的互連通訊，而且也越來越受到其它業(yè)界的歡迎，并被公認(rèn)為最有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線之一。在國外，尤其是美國和歐洲，CAN已被廣泛應(yīng)用于汽車(奔馳、寶馬、勞斯萊斯、美洲豹等)、火車、船舶、機(jī)器人、樓宇自動(dòng)化、機(jī)械制造、醫(yī)療器械、消防管理、電力自動(dòng)化等領(lǐng)域。目前，支持CAN協(xié)議的有INTEL、MOTOROLA、PHILIPS、SIEMENS、NEC、HONEYWELL等百余家國際著名公司，其中CAN應(yīng)用器件也琳瑯滿目、層出不窮，已經(jīng)逐步形成產(chǎn)品系列。 目前市場上最常見的CAN總線產(chǎn)品有PHILIPS的PCA82C200、SJA1000、P8XC591、P8XC592、PCA82C250等。其中SJA1000和PCA82C200為獨(dú)立的CAN控制器，P8XC591和P8XC592將微控制器和CAN通訊控制器集成為一體，82C250是CAN總線收發(fā)器，用于CAN器件與物理總線的連接。 在獨(dú)立的CAN控制器中，PHILIPS公司首推新一代功能更為完善的SJA1000。SJA1000有兩種應(yīng)用模式：標(biāo)準(zhǔn)模式和Peli模式。標(biāo)準(zhǔn)模式符合CAN協(xié)議的2.0A標(biāo)準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)PCA82C200的所有功能，接收緩沖器也增至64個(gè)字節(jié)；Peli模式符合2.0B標(biāo)準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展數(shù)據(jù)格式，增加了仲裁丟失捕獲、錯(cuò)誤代碼讀取等功能，設(shè)計(jì)更為靈活方便。SJA1000內(nèi)部邏輯框圖及外部接口如圖5所示，接口管理羅輯負(fù)責(zé)CAN控制器與微控制器的相互通訊，CAN核心塊集成了位流處理、位定時(shí)、數(shù)據(jù)收發(fā)及錯(cuò)誤管理等功能。 SJA1000的總線驅(qū)動(dòng)能力有限，不直接與總線連接，中間需經(jīng)CAN收發(fā)器和總線連接。圖6給出了SJA1000經(jīng)PCA82C250與總線連接的原理圖。 在圖4所示的控制器局域網(wǎng)中，只要將獨(dú)立CAN控制器和PCA82C250總線接口作為外圍器件與原有的微控制器連接在一起，重新設(shè)置控制命令參數(shù)，即可組成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)掛接到總線上。集成了SJA1000的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部邏輯如圖7所示，系統(tǒng)中傳輸介質(zhì)選用價(jià)格低廉、安裝方便的雙絞線，也可以選用性能更高的塑料光纖。 該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息量非常大，有快速變化信號，有漸變信號。為保證總線上交通暢通，重要信息在發(fā)生總線訪問沖突時(shí)優(yōu)先發(fā)送，合理地安排數(shù)據(jù)信息總線訪問優(yōu)先級顯得尤為重要。各電子控制單元正常工作所能容許的最大時(shí)間延遲是決定數(shù)據(jù)訪問總線優(yōu)先級的最主要因素。對轉(zhuǎn)矩、車速及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等快速變化的信號必須進(jìn)行高速采樣，并以相應(yīng)的速率在總線上傳輸，數(shù)據(jù)的總線訪問優(yōu)先級也高。對進(jìn)氣溫度、冷卻液溫度、燃油溫度等變化較慢的信號每隔100ms或1min采樣一次就完全足夠，數(shù)據(jù)的總線訪問優(yōu)先級相應(yīng)地就很低。 同樣如果一個(gè)參數(shù)信號對控制系統(tǒng)的正常工作顯得非常重要，也可獲得較高的優(yōu)先級。值得注意的是，數(shù)據(jù)的總線訪問優(yōu)先級的設(shè)定不是固定不變的，而是隨著各種外部參數(shù)和汽車的駕駛情況變化而不斷變化的。如發(fā)動(dòng)機(jī)控制，無論是點(diǎn)火時(shí)間控制，還是燃油噴射控制，都必須和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速同步，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，控制信號的總線訪問優(yōu)先權(quán)提高，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，控制信號的總線訪問優(yōu)先權(quán)相應(yīng)降低。 4.結(jié)束語 隨著電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制芯片性能逐步提高，體積逐步減小，價(jià)格進(jìn)一步降低，為汽車局域網(wǎng)的普及推廣創(chuàng)造了良好的條件。智能芯片價(jià)格的下降使得各種汽車局域網(wǎng)的成本相差無幾，性能成為影響網(wǎng)絡(luò)選擇的最主要因素。CAN以其優(yōu)異的品質(zhì)具有明顯的優(yōu)勢，越來越受到業(yè)界的歡迎。CAN總線在汽車上的廣泛應(yīng)用將使汽車的動(dòng)力性、操作穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性都上升到新的高度，給汽車技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。按汽車局域網(wǎng)發(fā)展趨勢，在不久的將來基于CAN的C類網(wǎng)將逐步普及并占據(jù)主導(dǎo)地位。 |
品牌專修:( 關(guān)鍵字：控制器局域網(wǎng)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用研究！汽車電器維修)
-
奔馳
川馬客
英菲尼
黑豹
夏利
尼奧普
依維柯
沃爾沃
威志
金城
富康
成都客
奔馳
陸霸
女神客
速騰
比亞迪
金龍
慶鈴
賓利
道奇
雙龍
東風(fēng)
戈藍(lán)
法拉利
瑞典沃
邁騰
旗云
申沃
長城
海馬福
凱馬
中通客
長安
星月神
風(fēng)行
羚羊
福田
速派奇
MG
陜汽
高空作
春蘭
霍頓
Sci
陜汽奧
長安
洪都
路寶
救護(hù)車
北方奔
力帆
三菱
吉江
高仕
揚(yáng)子
荷蘭博
途勝
福特
世爵
賽馬
自由艦
歐舒特
華泰現(xiàn)
戰(zhàn)旗
五洲龍
豐田
揚(yáng)子江
阿米尼
捷安特
京華
天語S
天籟
英克萊
美的客
太湖客
西沃客
黃明客
大發(fā)
奇瑞
本田
愛麗舍
大威悍
雷諾卡
物理探
峨眉客
瑞風(fēng)
上汽奇
海域
千里馬
薩博
慶鈴
王牌
黑金剛
駿捷
長安
圣達(dá)菲
路虎
江南精
電視轉(zhuǎn)
吉利
林蔭大
綠源
紅旗
新飛
更多品牌專修
配件展示: 更多商品展示
相關(guān)評論: 請自覺遵守互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)政策法規(guī)，作者可以直接刪除惡意評論、廣告或違禁詞語
|
|
汽修百科目錄索引
相關(guān)汽修改知識
- 冷卻溫度傳感器特性變化引起的故
- 如何解讀故障碼！
- 大眾加裝ABS 99新秀
- 桑塔那機(jī)油 燈檢 查
- wo de ji xiu
- 日本豐田-豐田車系點(diǎn)火鑰匙手工
- 2003款佳美2.4L遙控器的
- 尼桑風(fēng)度SRS手動(dòng)清碼方式
- 新款本田雅閣2.4轎車音響解碼
- V.A.G 1552車輛故障閱
- fff
- 夏利車發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速不穩(wěn)
- 別克軍威3.0儀表無顯示
- 長安福特蒙迪歐電路手冊
- polo搖控器只有門邊才能打開
- 金杯車加速不良
- 紅旗轎車怠速不穩(wěn)故障排除
- 廣州本田電路圖
- 汽車溫度傳感器的檢測方法
- 蒙迪歐車無超速檔是怎么回事？
- 轉(zhuǎn)速傳感器快速檢測方法
- 一輛奧迪100轎車的電控自動(dòng)空
- 一輛日產(chǎn)風(fēng)雅轎車智能鑰匙故障維
- 點(diǎn)火系統(tǒng)的常見問題與故障分析
- 夜間行車時(shí)前照汽車的燈泡突然不
- 汽車線路接觸不良的故障
- 三菱藍(lán)瑟點(diǎn)火失準(zhǔn)
- 佳寶不著火
- 佳寶
- 汽車學(xué)堂：如何讓車內(nèi)空調(diào)更制冷
- 保暖性國家
- 用萬用表解時(shí)代超人防盜鎖死技巧
