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假期专业科普荟萃——汽车车载网络技术

作者:佚名 来源: 时间:2016/7/11

 

二十世纪下半叶,尤其是近十年来人们为满足车内舒适性、使用方便性和节能环保汽车安全性等要求,一方面增加了大量的电器元件(如汽车电子控制单元ECU),同时各种电器的配线和各种信号配线也越来越多,这样成捆的导线使汽车制造和安装及维修带来了麻烦,也易产生线间信号干扰。要抑制辐射,并有高数据传输速率以增加通信量,必然采用高成本带屏蔽的传输导线,这又造成成本上升和维修困难。传统的布线方法见图1。

 

 

1传统的布线

 

随着汽车技术日新月异的发展,以及电子技术和控制技术在汽车上的大量应用,汽车上采用的电子控制模块越来越多。由原来的几块发展到现在的几十块,显然传统的数据传输方式已不能满足模块间数据传输的要求。新型汽车的控制系统中采用了一种新型的数据传输网络,英文缩写为CAN(Controller Area Network),其目的是使汽车控制系统的数据传输实现高速公路。总线是传输信息的公共通道,总线(Field Bus)说的更专业一点:是指安装在汽车上的局域现场网络与控制器内的自动控制装置之间的多点串行、通信传输数据的介质。总线技术是一种全数字化、全分散式、可互操作和开放式互联网络的新一代控制技术,是计算机技术、通信传输技术和控制技术的综合与集成。由于采用数字通信方式,因此可用多种介质进行通信。根据控制系统中节点的空间分布情况,可应用多种网络拓扑结构,见图2。

 

 

 

2 典型的CAN总线的布线

 

汽车串行链路通信的相关“协议”规定数据传输协议是:如何组织网络内的通信,信息交换,总线信息=帧\节(或数字传输形式),避免和排除冲突已及识别和处理故障。

 

数据传输的过程:(通俗的比喻打电话)1、拿起电话听筒,2、等待空线信号,3、拨通对方的电话号码,4、等待对方接听电话,5、说出你的姓名,6、开始通信,7、始终交替着说话和倾听,8、未听清楚,请对方重复一次,9、挂上电话听筒结束通信。如图3所示。

 

 

 

3  数据的传输过程

 

CAN是控制器局域网,它用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信联络。CAN结构模型取ISO/OSI参考模型的第、1、2、7层协议,即:物理层、数据链路层和应用层。如图4。

 

 

4 CAN总线数据传输层

 

汽车总线系统的研究与发展可以分为三个阶段:

 

初级阶段:研究汽车的基本控制系统(也称舒适总线),如照明、电动车窗、中央集控锁等;研究汽车的主要控制系统(也称动力主线),如电喷ECU控制系统、ABS系统、自动变速器等;研究汽车各电子控制系统之间的综合、实时控制和信息反馈。

 

中级阶段:利用CAN总线构建一个车内网络,需要解决的关键技术包括:总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题;高电磁干扰环境下的可靠数据传输;确定最大传输时的延时大小;网络的容错技术;网络的监控和故障诊断功能。

 

高级阶段:OSEK开放式标准化系统平台,开放式标准化系统兼容于车内所有的电子产品接口,即将实现智能操作系统、软件接口及管理网络与通信功能规范化,当今,戴姆勒-克莱斯勒与IBM合作,搞出了智能防撞开关先试用后收钱、该系统已成为电动智能汽车上的最牛操作系统。国际:IBM公司、平果公司等,国内:万科、百度等都在利用该平台搞智能汽车。

 

随着电子技术和大规模集成电路的迅速民展,网络控制芯片性能逐步提高,体积逐步减小,价格进步降低,为汽车局域网的普及推广创造了良好条件,CAN以其优异的品质具有明显的优势,越来越受到业界的欢迎,CAN总线在汽车上的广泛应用将使汽车的动力性、操纵智能和稳定性、安全性、燃油经济性都上升到新的高度,给汽车技术的发展注入新的活力。

 

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