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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用

作者: 時間:2013-02-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
前言

在近十年里,隨著人們對于汽車的舒適性的要求不斷提高,各種的設(shè)備越來越多的應(yīng)用在汽車上。例如:的自動變速系統(tǒng)、主動懸架系統(tǒng)、自動空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、駕駛員座椅自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、帶換碟機(jī)的多碟CD 音響系統(tǒng)、密碼防盜系統(tǒng)等。

此外,由于人們對于汽車安全性要求的提高,汽車制動防抱(ABS)及防滑系統(tǒng),多安全氣囊以及汽車前后防撞雷達(dá)報警系統(tǒng)在轎車上也廣泛應(yīng)用。

隨著人們對于環(huán)境保護(hù)的日益重視,汽車排放法規(guī)的限值要求越來越嚴(yán)格,車載排氣污染物監(jiān)測系統(tǒng)也隨之開始在汽車上應(yīng)用。

到2000 年,汽車上所裝的各種電子電器設(shè)備的成本大約為整車成本的30%,而且這種趨勢仍然在繼續(xù)發(fā)展。

表1 和表2 分別給出了從20 世紀(jì)60 年代到90 年代轎車上電線束的長度以及接插點(diǎn)數(shù)量的增長情況。

進(jìn)入21 世紀(jì),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及,汽車上各種運(yùn)用計(jì)算機(jī)、傳感器以及執(zhí)行器組成的控制系統(tǒng)得到了更加廣泛的應(yīng)用。而在傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)中,每一個自動控制系統(tǒng)就需要一個專用的計(jì)算機(jī)單元。

如此多的控制計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行器,以及為實(shí)現(xiàn)各種控制需要的各計(jì)算機(jī)單元之間的數(shù)據(jù)通信,使得汽車(特別是轎車)上的線束長度和接插點(diǎn)的數(shù)量急劇增加,對汽車的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。


表1 電線束長度的變化 表2 接插點(diǎn)數(shù)量的變化

汽車上電線束的長度以及接插點(diǎn)數(shù)量的急劇增加,使得汽車設(shè)計(jì)中電器線路的布置越來越困難。第一,由于空間的限制,汽車(特別是轎車)上有限的空間內(nèi)難以布置下更長的電線束和更多的接插點(diǎn)。例如,在20 世紀(jì)90 年代末,僅僅在駕駛員座椅前儀表板內(nèi)的電線束數(shù)量就達(dá)到300 多根;第二,隨著電線束數(shù)量的增加,電線束的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜。其復(fù)雜性在于除了需要考慮計(jì)算機(jī)單元、傳感器以及執(zhí)行器之間的聯(lián)接外,還要考慮不同系統(tǒng)之間如何通信,系統(tǒng)之間如何共用接地點(diǎn),才不會產(chǎn)生電位差,以及如何抗干擾,保證信號不失真;第三,數(shù)量巨大的電線束和接插件使得汽車成本不斷上升;第四,由于電線束接插點(diǎn)的數(shù)量的增加,造成汽車行駛時由于接插點(diǎn)故障導(dǎo)致的汽車上某個甚至整個控制系統(tǒng)的功能失效問題增多。因此,將應(yīng)用到汽車上十分必要。

1 在汽車上應(yīng)用的基本原理

要在汽車上運(yùn)用實(shí)現(xiàn)不同控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的控制功能,以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)之間的信息通信,其基本原理是運(yùn)用計(jì)算機(jī)總線技術(shù),將汽車上各個控制系統(tǒng)的單元組成汽車上的局域網(wǎng)絡(luò),通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)流,實(shí)現(xiàn)不同控制系統(tǒng)之間的信息傳遞和共享,同時減少傳統(tǒng)汽車電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的線束和接插件。

在將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于汽車上的研究開發(fā)過程的初始階段,由于不同國家的各個汽車公司,對于開發(fā)過程的信息和技術(shù)都相對獨(dú)立和相對保密。一般僅僅是一個國家的幾個汽車公司共同開發(fā),技術(shù)分享,因此,到目前為止,形成了多種互不相同的汽車計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)總線:

(1) J1850:美國通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司聯(lián)合開發(fā)和共用的總線。盡管美國的三大汽車公司共用一種汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線,但是,由于每個公司汽車產(chǎn)品中所用的計(jì)算機(jī)通信協(xié)議是不相同,因此,其汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是不盡相同的。
(2) A 總線:德國大眾公司專用的汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線。
(3) CAN 總線:德國標(biāo)準(zhǔn)化的總線。開始是由德國博世(BOSCH)公司開發(fā),主要用于機(jī)器人控制。由于CAN 總線的數(shù)據(jù)傳輸速率較高,現(xiàn)在許多汽車公司都將CAN 總線用于汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
(4) VAN 總線:法國汽車標(biāo)準(zhǔn)化總線。由法國的雷諾汽車公司和標(biāo)致集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)的汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線。同樣,法國的雷諾公司和法國標(biāo)致集團(tuán)共用VAN 汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線,但是二個公司計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所用的通信協(xié)議不相同,使得它們的汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)也不相同。
(5) 專門的解決方案:德國的寶馬(BMW)和日本的一些汽車公司采用了自己專門的解決方案,等等。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上應(yīng)用的優(yōu)越性

2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)用在汽車上可以減少布置空間、降低成本在傳統(tǒng)的汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,僅僅為了實(shí)現(xiàn)各個系統(tǒng)(如發(fā)動機(jī)燃油電子噴射控制系統(tǒng)與自動變速器控制系統(tǒng)等)控制計(jì)算機(jī)之間的信息通信,就需要很多的線束和接插件,再加上系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)與提供信息的傳感器、執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令實(shí)現(xiàn)控制過程的執(zhí)行器之間聯(lián)接的線束和接插件,線束的長度和接插件的數(shù)量達(dá)到了驚人的數(shù)量,本文的前言中已經(jīng)予以介紹。以下僅以四個計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為例說明。


圖3 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

圖3 為四個計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,僅僅為了實(shí)現(xiàn)各個系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)之間的一種信息通信功能,至少需要6 對線束。而在圖4 的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,只需要1 根總線(2 根線), 就能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中至少6 對線束才能完成的系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信功能。僅僅傳遞一種信息,運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就可以減少2 對線束和4 對接插件。隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間傳遞信息量的增加,傳統(tǒng)汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的線束和接插件急劇增加,而運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則可以在1 根總線中傳遞多路信息,因此簡化了汽車的線束和接插件,即減少汽車的線束長度和接插件的數(shù)量。與此同時,運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以減少線束和接插件布置時需要的空間,降低成本。隨著汽車上的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的不斷增加,如圖5 中給出的某車型上的復(fù)雜的控制系統(tǒng),運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)這種優(yōu)越性就顯得更為突出。減少的線束和接插件的布置空間可以使得汽車設(shè)計(jì)過程中的布置更加容易,同時可以用來增加新的功能,以滿足用戶的需求。

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