浅谈汽车车载网络的应用

2008-02-17 22:31:43来源: 中电网
一、引言

随着汽车工业日新月异的发展,现代汽车上使用了大量的电子控制装置,许多中高档轿车上采用了十几个甚至二十几个电控单元,而每一个电控单元都需要与相关的多个传感器和执行器发生通讯,并且各控制单元间也需要进行信息交换,如果每项信息都通过各自独立的数据线进行传输,这样会导致电控单元针脚数增加,整个电控系统的线束和插接件也会增加,故障率也会增加等诸多问题。

为了简化线路,提高各电控单元之间的通信速度,降低故障频率,一种新型的数据网络CAN数据总线应运而生。CAN总线具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强;在自动化电子领域的汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用中,CAN的位速率可高达1Mbps。同时,它可以廉价地用于交通运载工具电气系统中。

二、CAN总线简介

CAN,全称为“Controller Area Network”,即控制器局域网,是由ISO定义的串行通讯总线,主要用来实现车载各电控单元之间的信息交换,形成车载网络系统, CAN数据总线又称为CAN—BUS总线。它具有信息共享,减少了导线数量,大大减轻配线束的重量,控制单元和控制单元插脚最小化,提高可靠性和可维修性等优点。

CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通信,在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制网络。其工作采用单片机作为直接控制单元,用于对传感器和执行部件的直接控制。每个单片机都是控制网络上的一个节点,一辆汽车不管有多少块电控单元,不管信息容量有多大,每块电控单元都只需引出两条导线共同接在节点上,这两条导线就称作数据总线(Bus)。CAN数据总线中数据传递就像一个电话会议,一个电话用户就相当于控制单元,它将数据“讲入”网络中,其他用户通过网络“接听”数据,对这组数据感兴趣的用户就会利用数据,不感兴趣的用户可以忽略该数据。

一个由CAN总线构成的单一网络中,理论上可以挂接无数个节点,但实际应用中,所挂接的节点数目会受到网络硬件的电气特性或延迟时间的限制。使用计算机网络进行通信的前提是,各电控单元必须使用和解读相同的“电子语言”,这种语言称“协议”。汽车电脑网络常见的传输协议有多种,为了并实现与众多的控制与测试仪器之间的数据交换,就必须制定标准的通信协议。随着CAN在各种领域的应用和推广,1991年9月Philips Semiconductors制定并发布了CAN技术规范(Version 2.0)。该技术包括A和B两部分。2.0A给出了CAN报文标准格式,而2.0B给出了标准的和扩展的两种格式。1993年11月ISO颁布了道路交通运输工具—数据信息交换—高速通信局域网国际标准ISO 11898,为控制局域网的标准化和规范化铺平了道路。美国的汽车工程学会SAE 2000年提出的J 1939,成为货车和客车中控制器局域网的通用标准。

三、CAN-BUS数据总线的组成与结构

CAN-BUS系统主要包括以下部件:CAN控制器、CAN收发器、CAN-BUS数据传输线和CAN-BUS终端电阻。:

1.CAN控制器,CAN收发器

CAN-BUS上的每个控制单元中均设有一个CAN控制器和一个CAN收发器。CAN控制器主要用来接收微处理器传来的信息,对这些信息进行处理并传给CAN收发器,同时CAN控制器也接收来自CAN收发器传来的数据,对这些数据进行处理,并传给控制单元的微处理器。

CAN收发器用来接收CAN控制器送来的数据,并将其发送到CAN数据传输总线上,同时CAN收发器也接收CAN数据总线上的数据,并将其传给CAN控制器。

2.数据总线终端电阻

CAN-BUS数据总线两端通过终端电阻连接,终端电阻可以防止数据在到达线路终端后象回声一样返回,并因此而干扰原始数据,从而保证了数据的正确传送,终端电阻装在控制单元内。

3.数据传输总线

数据传输总线大部分车型用的是两条双向数据线,分为高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞数据线。为了防止外界电磁波干扰和向外辐射,两条数据线缠绕在一起,要求至少每2.5cm就要扭绞一次,两条线上的电位是相反的,电压的和总等于常值。

四、车载网络的应用分类

车载网络按照应用加以划分,大致可以分为4个系统:车身系统、动力传动系统、安全系统、信息系统。

1.动力传动系统

在动力传动系统内,动力传动系统模块的位置比较集中,可固定在一处,利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来。在将汽车的主要因素—跑、停止与拐弯这些功能用网络连接起来时,就需要高速网络。

动力CAN数据总线一般连接3块电脑,它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑(动力CAN数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑)。总线可以同时传递10组数据,发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组和自动变速器电脑2组。数据总线以500Kbit/s速率传递数据,每一数据组传递大约需要0.25ms,每一电控单元7~20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元→发动机电控单元→自动变速器电控单元。

在动力传动系统中,数据传递应尽可能快速,以便及时利用数据,所以需要一个高性能的发送器,高速发送器会加快点火系统间的数据传递,这样使接收到的数据立即应用到下一个点火脉冲中去。CAN数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中,在特殊情况下,连接点也可能设在发动机电控单元内部。

2.车身系统

与动力传动系统相比,汽车上的各处都配置有车身系统的部件。因此,线束变长,容易受到干扰的影响。为了防干扰应尽量降低通信速度。在车身系统中,因为人机接口的模块、节点的数量增加,通信速度控制将不是问题,但成本相对增加,对此,人们正在摸索更廉价的解决方案,目前常常采用直连总线及辅助总线。

舒适CAN数据总线连接一般连接七个控制单元,包括中央控制单元、车前车后各一个受控单元及四个车门的控制单元。舒适CAN数据传递有七大功能:中控门锁、电动窗、照明开关、空调、组合仪表、后视境加热及自诊断功能。控制单元的各条传输线以星状形式汇聚一点。这样做的好处是:如果一个控制单元发生故障,其他控制单元仍可发送各自的数据。该系统使经过车门的导线数量减少,线路变得简单。如果线路中某处出现对地短路,对正极短路或线路间短路,CAN系统会立即转为应急模式运行或转为单线模式运行。

数据总线以62.5Kbit/s速率传递数据,每一组数据传递大约需要1ms,每个电控单元20ms发送一次数据。优先权顺序为:中央控制单元→驾驶员侧车门控制单元→前排乘客侧车门控制单元→左后车门控制单元→右后车门控制单元。由于舒适系统中的数据可以用较低的速率传递,所以发送器性能比动力传动系统发送器的性能低。

整个汽车车身系统电路主要有三大块:主控单元电路、受控单元电路、门控单元电路。

主控单元按收开关信号之后,先进行分析处理,然后通过CAN总线把控制指令发送给各受控端,各受控端响应后作出相应的动作。车前、车后控制端只接收主控端的指令,按主控端的要求执行,并把执行的结果反馈给主控端。门控单元不但通过CAN总接收主控端的指令,还接收车门上的开关信号输入。根据指令和开关信号,门控单元会做出相应动作,然后把执行结果发往主控单元。

(1)安全系统

这是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动的系统,由于安全系统涉及到人的生命安全,加之在汽车中气囊数目很多,碰撞传感器多等原因,要求安全系统必须具备通信速度快、通信可靠性高等特点。

(2)信息系统

信息系统在车上的应用很广泛,例如车载电话、音响等系统的应用。对信息系统通信总线的要求是:容量大、通信速度非常高。通信媒体一般采用光纤或铜线,因为此两种介质传输的速度非常快,能满足信息系统的高速化需求。

五、CAN总线技术在汽车中应用的关键技术

利用CAN总线构建一个车内网络,需要解决的关键技术问题有:

(1)总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题

(2)高电磁干扰环境下的可靠数据传输

(3)确定最大传输时的延时大小

(4)网络的容错技术

(5)网络的监控和故障诊断功能

(6)实时控制网络的时间特性

(7)安装与维护中的布线

(8)网络节点的增加与软硬件更新(可扩展性)

六、结束语

CAN总线作为一种可靠的汽车计算机网络总线,现已开始在先进的汽车上得到应用,从而使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源,以达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统之目的,随着汽车电子技术的发展,具有高度灵活性、简单的扩展性、优良的抗干扰性和纠错能力的CAN总线通信协议必将在汽车电控系统中得到更广泛的应用。

关键字:车载网络

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/qt/200802/article_3188.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
车载网络

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved