浅谈汽车车载网络的技术应用论文

汽车车载网络的应用论文篇 1：《浅谈汽车车载网络的应用》 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)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(Bus)Version 2.0))。该技术包括 A 和 B 两部分。2.0)A 给出了 CAN 报文标准格式，而 2.0)B 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 20)0)0) 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、CANBUS 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 2.5cmcm 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(Bus)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 5cm 组、ABS/EDL 电脑 3 组和自动变速器电脑 2 组。数据总线以 5cm0)0)Kbit/s 速率传递数据，每一数据 组传递大约需要 0).25cmms，每一电控单元 7~20)ms 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 62.5cmKbit/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 20)ms 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。 (Bus)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。 (Bus)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： (Bus)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 (Bus)2)高电磁干扰环境下的可靠数据传输 (Bus)3)确定最大传输时的延时大小 (Bus)4)网络的容错技术 (Bus)5cm)网络的监控和故障诊断功能 (Bus)6)实时控制网络的时间特性 (Bus)7)安装与维护中的布线 (Bus)8)网络节点的增加与软硬件更新(Bus)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。 参考文献： [1] 王箴.CAN 总线在汽车中应用[N].中国汽车报.20)0)4. [2] 邬宽明.CAN 总线原理和应用系统设计.航空航天大学出版社.1996. [3] 周震.基于 CAN 总线的车身控制模块.南京航空航天大学.20)0)5cm. [4] 李刚炎，于翔鹏.CAN 总线技术及其在汽车中的应用.中国科技论文在 线. [5cm] 杨维俊.汽车车载网络系统.北京：机械工业出版社.20)0)6. [6] 李东江，张大成.汽车车载网络系统原理与检修.北京：机械工业出版 社.20)0)5cm. 汽车车载网络技术论文篇 2：《试谈现代汽车车载网络技术》 为了解决汽车自动化程度提高和控制系统稳定性的矛盾,20) 世纪 80) 年代, 业界引入了车载网络,使用车载网络降低线束的使用量,能提高控制系统的稳 定性,对于控制整车的成本也具有积极的作用[2]。笔者结合自身的工作实践, 对现代汽车车载网络技术进行了分析和探讨,以期推动车载网络技术的发展。 1 常见的车载网络技术 车载网路技术的发展和应用大幅的简化了汽车线路,降低了线束的用量, 同时车载网络技术也提高了信息传输的速度,增强了汽车控制系统的稳定性和 可靠性[3]。不同的汽车制造商发展了很多的车载网络技术,不同类型的车载 网络需要通过网关进行信号的解析交换,使不同的网络类型能够相互协调,保 证车辆各系统正常运转[4]。 控制器局域网(Bus)CAN)是国际上应用最广泛的网络总线之一,其数据信息传 输速度最大可达 1Mbit/s,采用双绞线作为传输介质,属于中速网络,在现实应 用中能向控制器局域网中接入很多的电子器件,大幅降低线束用量,目前控制 器局域网主要应用于汽车电子信息中心、故障诊断等,具有较高的抗电磁干扰 特性,在汽车整车中多应用于发动机电控单元、ABS 电控单元、组合仪表电控 单元等[5cm]。局部连接网络(Bus)LIN)信息传输速度较低为 20)Kbit/s,它属于低速网 络,在现实应用中常作为一种辅助总线,辅助 CAN 总线工作,其访问方式为单主 多从,目前主要应用于转向盘、车门、座椅、空调系统、防盗系统等。 局部联结网络的先进之处在于数字信号代替了之前的模拟信号,满足了汽 车对低速网络的需求。多媒体定向系统传输具有较高的数据传输速度,在低成 本的条件下棋数据传输速度可达 24.8Mbit/s,采用塑料光缆作为传输介质,属 于高速网络,主要应用于对数据传输速度较高的汽车多媒体系统,例如连接车 载导航器、无线设备、车载电话等。 由于使用的是塑料光纤,其信号比较可靠,维护也比较简单。线控技术最 初源于航空航天领域,线控技术使用电子器件将控制单元和执行器连接起来, 大大减少了机械连接装置和液压连接装置的使用。线控技术属于高速网络 ,在 汽车的安全性系统中有重要应用,线控系统能通过传感器感知车轮的转向角度, 通过 ECU 判断并进行数据处理,提高了车轮转向的安全性。线控制动系统通 过导线也能对汽车制动情况进行感知,使汽车制动系统的反应的速度和感知灵 敏度得到大幅度提高。D2B 总线技术是针对汽车多媒体和通信需求开发的一 种车载网络技术,采用光纤为传输介质,传输速度快,属于高速网络,可连接多媒 体设备、语音电控单元等。D2B 总线技术使用光纤进行数据传输,应用范围广, 传输信号稳定性强,不受电磁、广播、辐射等干扰。 2 车载网络的应用 车身系统的部件分布在汽车装置的各处,如果使用线束则线束较长,容易 受到广播、电磁等其他信号的干扰,为了避免其他信号的干扰,在工程实践应 用中通常采用降低通信速度来解决,由于车身系统组成复杂,使用了大量的人 机接口的模块,相应的节点数量也比较大,通信速度控制难度不大,但是会提高 汽车整车的组装成本,目前车载网络技术在车身系统的应用主要是利用直连总 线和辅助总线来完成信号的传递。控制器局域网(Bus)CAN)的数据总线上一般连 接有中央控制单元、四个车门的控制单元和车前车后各有一个控制单元等七 个控制单元,实现对中控门锁、电动车窗、照明、空调系统等部件的控制。 其网络形式为星状形式,单一控制单元的故障不影响整个网络的使用,其 他控制单元仍能够收发数据,提高了控制系统的稳定性。动力传动系统作为汽 车控制系统的核心,需要对汽车的启动、运行、停止、拐弯等进行监测和控制, 这对数据传输速度有较高的要求,需要使用高速网络。现代汽车的动力 CAN 数据总线一般连接发动机、ABS/EDL 和自动变速器三块电脑,CAN 数据总线 能同时传输 10) 组数据,在动力传动系统中要求数据传递尽可能的快,所以常使 用高性能的发送器,以便于点火系统间数据高速度传输。 安全系统是指汽车的安全气囊启动系统,目前已成为小型汽车的标准配置, 安全系统要实现对驾乘人员的有效保护,必须要多外界的碰撞等突发情况做出 快速的反应,由于汽车的安全气囊设置较多,感知外界碰撞强度的碰撞传感器 也较多,所以对通信速度和传输可靠性要求较高。信息系统是近年来在汽车上 应用较多的新技术,主要是为了满足驾乘人员的车载电话、音响、倒车雷达、 多媒体等功能的使用,由于需要的通信容量大、速度快,所以一般使用光纤,其 传输速度能有效满足汽车信息系统的要求。 3 车载网络技术的发展趋势 3.1 汽车线控技术的发展 汽车线控技术的应用有效解决了传统的机械连接和液压连接反馈时间长 , 装置结构复杂等缺点,使用线控技术可以有效的减少液压和机械控制装置,提 高控制系统的稳定性和灵敏度,有利于为汽车的重新设计和布局优化提供空间。 目前线控技术在汽车控制和汽车制动系统中已经得到了广泛使用,未来在汽车 的远程控制、防抱死等领域将发挥积极的作用。 3.2 汽车光纤技术的发展 汽车光纤技术具有通信容量大、传输速度快、抗干扰能力强等特点 ,能有 效满足动力传输系统对数据传输高速度的要求,能满足信息系统传输容量大的 需要,必将在未来的汽车控制系统中得到应用。同时,光纤传输技术允许有较 高的数据传输速率和较高的信噪比,在汽车发动机实时控制、车辆状态监测和 通断负载的开关控制等方面有重要的应用。 4 结语 综上所述,汽车车载网络技术的发展和应用符合汽车自动化、智能化和节 能化的发展方向,提高了汽车控制系统的灵敏度和稳定性,为汽车的布局优化