控制器局域网技术在汽车中的应用研究

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1、控制器局域网技术在汽车中的应用研究   1.引言   随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的飞速发展，以全数字式现场总线为代表的现场控制仪表、设备大量应用，使得传统的现场控制技术及现场控制设备发生了巨大的变化。繁琐的现场连线被单一简洁的现场总线网络所代替，系统设计灵活，设备维护简单，信号传输质量也大大提高，为工业现场控制用户带来巨大好处。经过长时间发展，已形成Hart、Lonworks、Profibus、Bitbus及CAN等多种现场总线协议。   随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛应用，汽车电子化程度越来

2、越高，特别是微控制器进入汽车控制领域后，给汽车发展带来了划时代的变化，汽车的动力性、操作稳定性、安全性、燃油经济性、对环境的友好性都得到了大幅提升。   电子设备的大量应用，必然导致车身布线愈长愈复杂、运行可靠性降低、故障维修难度增大。特别是电子控制单元的大量引入，为了提高信号的利用率，要求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要实时交换，传统线柬已远远不能满足这种需求。针对上述问题，就选择了网络技术，在借鉴计算机网络技术和现场控制技术的基础上，开发出了各种适用于汽车环境的汽

3、车网络技术。   和其它控制现场相比，汽车内温度变化范围大(-45-100℃)，电磁干扰和其它电子噪声强，环境恶劣，网络在车内的运行可靠性尤为重要，这不但体现在网络结构自身的容错能力和抗干扰能力上，而且也体现在信号的编码方式和传输方式上。汽车局域网无一例外地都采用了同步串行传输方式，数据信号多采用PWM和NRZ编码，通常位速率高于100kbps采用NRZ编码，低于100kbps采用PWM编码方式。   众多国际知名汽车公司早在80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用。迄今为止，已有多种网络标准，如SAE的J1

4、850、德国大众的ABUS、博世的CAN、美国商用机器的AutoCAN、ISO的VAN、马自达的PALMNET等。   按照我国汽车电子技术发展规划，进入21世纪后轿车电子技术可达国外90年代水平，届时也将会有大量智能电子控制单元被引入。为缩短同国外轿车技术水平，提高自身的竞争力，单纯靠技术引进不利于长期发展，消化、吸收、研究和开发自己的汽车网络应用系统已势在必行。   2.汽车中的信息多路传输与控制器局域网   目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同，为方便研究和设计应用，SAE车辆网络委员会将汽车数

5、据传输网划分为A、B、C三类。   A类   面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有1-10kbps。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。   B类   面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10-100kbps。主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其它电子部件。   C类   面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1Mbps，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线

6、束。到目前为止，满足C类网要求的汽车控制局域网只有CAN协议。   三类网络功能均向下涵盖，即B类支持A类网的功能，C类网能同时实现B类和A类网功能。下面以CAN为例分别介绍三类汽车局域网的典型应用方案。   典型的A类网应用如图1所示的汽车防盗报警系统。由于车门开关及行李箱开关等信号只在一定的情况下产生，正常时没有信号，所以对数据传输速率要求极低，低速A类网就能充分满足系统要求，并且和传统的系统设计相比，车身线束大大减少，设计更为简单方便。   当大量共享数据需要在车辆各智能模块间进行交换时，A类网不再胜任，可

7、采用B类网络系统。由控制器局域网CAN组成的典型B类网络系统如图2所示。车辆信息中心和仪表组单元无须单独挂接液位、温度、车灯、车门及安全带等信号传感器，就能从总线上获取上述信息，大大地减少了传感器和其它电子部件数量，有效地节约了安装空间和系统成本。   通常A类网络系统不单独使用，而是和B类网络系统结合使用。本文给出的组合网络系统如图3所示，图中没有摒弃A类网，而是通过车身计算机连接到CAN总线组成的B类网中，使得该A类网系统成为CAN总线的一个节点，这样无须在各传感器/执行器部件安装CAN控制器件就能使得信号在

8、CAN总线上传输，有效地利用了A类网低成本的优点。   在上述的应用中，都未充分发挥CAN总线高速大容量的特点。为进一步减少车身线束，方便故障诊断，满足主要电子单元或系统间大量数据信息实时交换需要，使汽车各方面性能趋于最佳状态，则需建立基于CAN总线的C类网络系统。图4所示的C类网络系统方案中，CAN总线有效地将发动机控制系统、驱动防滑系统及自动巡航系统等连接成为一个综合