汽车总线技术逐渐成熟中国OEM寻求突破

2008-03-26 16:16:52来源: 互联网

    在传统的汽车中,电气信号的连接是通过线束实现的。随着汽车中电子部件数量的增加,线束与配套接插件的数量也在成倍上升。在1955年平均一辆汽车所用线束的总长度为45米,而到了2002年,平均一辆汽车所用线束的总长度却达到了4千米。线束的增加不但占据了车内的有效空间、增加了装配和维修的难度、提高了整车成本,而且妨碍整车可靠性的提高。这无形中使汽车研发进入了这样一个怪圈:为了提高汽车的性能而增加汽车电器,汽车电器的增加导致线束的增加,而线束的增加又妨碍了汽车可靠性的进一步提高。


      CAN总线已成为中国普及型轿车的主流总线技术。


    随着电子技术在汽车中的拓展,特别是在上个世纪80年代以后,MCU/MPU在汽车中得到了广泛应用,也出现了基于数据通讯的车载网络,这为提高汽车性能和减少线束数量提供了有效的解决途径。


    在各种数据通信方式中最常见的是UART,因此最早的车载网络是在UART的基础上建立的。比如通用汽车的E&C、克莱斯勒的CCD、褔特的ACP、丰田的BENA等等。UART在汽车中的成功应用,标志着汽车电子开始走向成熟,并逐步迈向网络化。


    英国Luton大学Yong Yue博士曾比较了不同时代、但车型类似的汽车所采用的线束及相关接插件的使用情况。1975年-1996年的数据显示出随着ECU(电子系统控制单元)的增加,线束和接插件的数量也会相应增加;1998-2002年的数据却揭示了另一种现象,2002下线的Epsilon共有34个ECU,但它所使用的线束数量、总长度、总重量,以及接插件的数量却比1998年下线只有29个ECU的Omega明显减少。而从上个世纪90年代到现在,正是车载网络取代传统电气信号线束的过渡时代。


高速的汽车总线:CAN


    由于汽车对电子部件在可靠性、工作温度、成本等方面的特殊要求,通用MCU/MPU集成的UART逐渐不能适应汽车发展的要求。于是在上个世纪80年代初,开始了研制适用汽车内部信息交互的专用通信方式。


    在各种车用总线中,全球第二大汽车电子OEM博世公司(Bosch)推出的CAN(控制区域网络)总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性,因而得到了业界的广泛认同,并在1993年正式成为国际标准和行业标准。据Strategy Analytics公司统计,2001年用在汽车上的CAN节点数目超过1亿个。


     为了调查汽车总线在中国的实际应用情况,笔者曾在2003年12月到北京车市现场统计了当时售价在8万~20万人民币之间的轿车采用总线技术的情况(表3)。尽管统计不完全,但表3所列出的车型己超过了2002年~2003年两年新下线,价格在8~20万之间车型的40%以上。汽车总线在中国生产的普及性轿车中所占的比重如此之大,说明总线技术在轿车中己经很成熟,而不再是高档轿车的独享技术。而赛弗CC6450BY采用了CAN总线,进一步说明汽车总线技术已开始溶入中国自有品牌的轿车当中。同时表3还说明CAN总线己成为普及性轿车的主流总线技术。


    当然,CAN总线技术也在不断发展。传统的CAN是基于事件触发的,信息传输时间的不确定性和优先级反转是它固有的缺陷。当总线上传输消息密度较小时,这些缺陷对系统的实时性影响较小;但随着在总线上传输消息密度的增加,系统实时性能会急剧下降。为了满足汽车控制对实时性和传输消息密度不断增长的需要,改善CAN总线的实时性能非常必要。于是,传统CAN与时间触发机制相结合产生了TTCAN(Time-Triggered CAN),ISO11898-4己包含了TTCAN。


    TTCAN总线和传统CAN总线系统的区别是:总线上不同的消息定义了不同的时间槽(Timer Slot)。在同一时间槽内,总线上只能有一条消息传输,这样避免了总线仲裁,也保证了消息的实时性。对于非周期信息,在TTCAN中有一个名为仲裁槽的时间槽,非周期性消息在仲裁时间槽内,采用传统CAN优先级仲裁方式传输。


    TTCAN系统需要全局时间同步,但采用传统CAN控制器很难实现TTCAN,因此新推出的CAN控制器,如:Microchip的MCP2515就增加了与TTCAN相关的硬件资源,它们在软件配合下就能实现TTCAN。作者在2004年1月至2004年6月的工作计划就是开发TTCAN的测试平台,为进一步开展CAN实时性分析作好准备。MOST与IDB-1394的竞争才刚刚开始。

成本有效的低速串行总线:LIN

    以CAN为代表的总线技术在汽车的应用不但减少了线束,也提高了汽车的可靠性。随着电子与信息技术在汽车中的持续渗透,车用电器的电子化使CAN及UART都不能满足汽车制造业对成本的苛刻追求。从1998年开始由宝马、Volvo、奥迪、VW、戴姆勒-克莱斯勒、摩托罗拉和 VCT等7家汽车和IC公司共同开发能满足车身电子要求的低成本串行总线技术,该技术在2000年2月2日完成开发,它就是LIN(Local Interconnect Network)。


    实际上,LIN是基于UART的,它采用了主从单线方式传输,最高波特率为20Kbit/s。LIN的最大优势是低成本,它对总线上各节点的时基要求很低。LIN虽然基于UART,它与UART的最大区别在于对各节点波特率误差的容忍度:UART要求进行数据传输两个节点波特率误差不大于±4%;LIN总线只要求进行数据传输两个节点波特率误差不大于±15%。±15%的波特率误差容忍度决定了节点上的MCU可以不用精度高、价格也相对较高的石英晶体,而采用稳定度很差但价格十分低廉的RC电路来提供时钟。


    由于LIN价格低廉,因此它可将MCU嵌入到车身零部件中,使其成为具备网络功能智能零部件(Smart Parts)从而进一步减少线束、降低成本。


发展中的车载媒体总线技术


    随着汽车向人们生活中的渗透,它已从一个单纯的代步工具发展成为人们的另一生活空间,与现代人们生活具有密切相关的IT也将不断地与汽车融合,世界著名的汽车制造商BWM的一位高层人士说曾说过:将来汽车的平台,就是IT的平台。


    作为IT平台,汽车必须实现车内IT装置之间的信息共享。以BWM为首的欧洲汽车制造商制定了车内媒体之间的互连标准MOST(Media Oriented Systems Transport),以实现车内CD、GPS和TV等媒体装置之间的信息共享。到2003年底,BWM和VW已有21个车型采用了MOST。


    与欧州汽车制造商MOST阵营相对应的是IDB-1394。尽管IDB-1394标准的细节正在制定之中,但由于它能够兼容IEEE1394,因而吸引了大量汽车厂商,尤其是日本车系。预计日本车到2005年、欧洲车到2006年将陆续采用该标准。在IDB-1394标准下,车内预留了连接汽车总线与IEEE1394规格的家电产品的CCP(Consumer Convenience Port)接口。数码摄像机等通用的媒体装置就可通过1394连接器与CCP相连,实现通过车载显示器来观看数码摄像机所拍摄的图像。


    随着蓝牙技术的发展,短距点对点通讯的蓝牙技术在汽车中寻求到了发展空间,其相对低廉的成本和简便的使用方法得到汽车业界的认同。移动电话与车内媒体之间的信息交互成为蓝牙技术进入汽车的突破点,Daimler-Chrysler推出Uconnect蓝牙免提电话系统中,蓝牙成为移动电话与车内媒体之间进行信息交互的手段,驾驶员通过安装在挡风玻璃上的麦克风和车内音响系统的扬声器与他人通话,将驾驶员的双手从橾作移动电话中解脱出来,从而保证了行车安全。


中国的机遇与挑战


    动力、制动和车身是汽车的主要部份,为汽车服务的汽车电子除了动力、制动、车身外,还包括车载媒体。究竟哪里才是中国OEM真正的切入点呢?


     在汽车电子中,动力和制动部份的电子控制是非常复杂的系统工程,它集发动机技术、机械技术和电子技术一体,并且渉及到人身安全和环境保护,因此是汽车中的核心技术。发展这些技术需长期积累,并且被全球顶级汽车制造商和汽车部件供应商所垄断。据Bosch与上汽总公司与在中国的合资公司联合汽车电子有限公司的一位工程师介绍,他们的发动机控制器与上汽的帕萨特进行匹配时用了两年多时间,同时他还介绍到在发动控制器中用于保证安全的代码超过了实现功能的代码。


    因此,中国的汽车电子OEM应该根据自身的特点,在汽车市场中寻求突破点。
    除了动力和制动部份外,车身和媒体仍然在汽车电子占有很大的比重。从市场角度来看,它处于发展阶段;从技术角度上分析,与安全和环保等涉及汽车核心技术的关系不大,但它涉及面很广,不可能被少数集团垄断。根据中国汽车电子的现状,作为企业发展车身电子及车载媒体,是一项务实的决策。


     汽车电子涉及到的是一些相对简单的控制,如:汽车电动座椅、电动门窗、各种灯光控制,但它的核心是汽车总线技术。最近一汽与北京一家公司开发的基于LIN的车身控制系统已开始进入实验阶段。将零部件与总线融为一体,使系统成本最低,这将给中国汽车电子和汽车零部件企业带来机遇和挑战。


    汽车进入百姓之家,车载媒体的不断发展,也将为中国的汽车电子、IT和家电制造商带来机遇。简单地讲,车载媒体与人们生活中的媒体不但没有本质的区别,而且由于受汽车的约束,更容易实现标准化。实施家电联网,已提了很多年了,但它至今仍未进入人们的生活;但在汽车中由于空间、供电的标准化为媒体装置之间信息交互标准化创造了条件,将己成功应用的家电网络技术移植到汽车媒体,并且实现家、汽车和办公媒体三位一体,这在技术上可行、而且与车载媒体的发展目标一致。

关键字:汽车  逐渐

编辑:潘争 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2008/0326/article_485.html
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