淺談電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車通信中的應(yīng)用

摘 要：隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，以數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線為代表的現(xiàn)場(chǎng)儀表、設(shè)備大量應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備發(fā)生了巨大的變化。繁瑣的現(xiàn)場(chǎng)連線被單一簡(jiǎn)潔的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)所代替，信號(hào)傳輸質(zhì)量也大大提高，汽車也開始步入電子網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)；汽車電子網(wǎng)絡(luò)；CAN總線；傳感器

中圖分類號(hào)：U463．6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2011）9-130-001

汽車電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指解決汽車電路中出現(xiàn)的線路復(fù)雜和線束增加問題的技術(shù)。其通訊和共享能力成為新的電子與計(jì)算機(jī)在車上應(yīng)用的一個(gè)基礎(chǔ)，它是車上信息與控制系統(tǒng)的支撐。目前電子技術(shù)發(fā)展的方向向集中綜合控制發(fā)展，現(xiàn)在汽車已裝有上百個(gè)傳感器，微處理器幾十個(gè)，某些高端汽車上單臺(tái)車使用的CPU個(gè)數(shù)已達(dá)到幾十甚至百個(gè)。在汽車更加舒適的基礎(chǔ)上，如何使汽車更加自動(dòng)化、智能化、安全化，使得網(wǎng)絡(luò)在汽車電子系統(tǒng)中的地位更加突出，通訊線將各種汽車電子裝置連接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送和接收信息。所以網(wǎng)絡(luò)在汽車應(yīng)用中不但增加了許多功能，而且還大大增加了可靠性。

一、CAN-BUS數(shù)據(jù)總線的組成與結(jié)構(gòu)

CAN-BUS系統(tǒng)主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發(fā)器、CAN-BUS數(shù)據(jù)傳輸線和CAN-BUS終端電阻。

1．CAN控制器，CAN收發(fā)器

CAN-BUS上的每個(gè)控制單元中均設(shè)有一個(gè)CAN控制器和一個(gè)CAN收發(fā)器。CAN控制器主要用來接收微處理器傳來的信息，對(duì)這些信息進(jìn)行處理并傳給CAN收發(fā)器，同時(shí)CAN控制器也接收來自CAN收發(fā)器傳來的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳給控制單元的微處理器。

CAN收發(fā)器用來接收CAN控制器送來的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到CAN數(shù)據(jù)傳輸總線上，同時(shí)CAN收發(fā)器也接收CAN數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，并將其傳給CAN控制器。

2．?dāng)?shù)據(jù)總線終端電阻

CAN-BUS數(shù)據(jù)總線兩端通過終端電阻連接，終端電阻可以防止數(shù)據(jù)在到達(dá)線路終端后像回聲一樣返回，并因此而干擾原始數(shù)據(jù)，從而保證了數(shù)據(jù)的正確傳送，終端電阻裝在控制單元內(nèi)。

3．?dāng)?shù)據(jù)傳輸總線

數(shù)據(jù)傳輸總線大部分車型用的是兩條雙向數(shù)據(jù)線，分為高位[CAN-H]和低位[CAN-L]數(shù)據(jù)線。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，兩條數(shù)據(jù)線纏繞在一起，要求至少每2.5cm就要扭絞一次，兩條線上的電位是相反的，電壓的和總等于常值。

二、汽車電子網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用分類

汽車電子網(wǎng)絡(luò)按照應(yīng)用加以劃分，大致可以分為4個(gè)系統(tǒng)：車身系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、信息系統(tǒng)。

1．動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模塊的位置比較集中，可固定在一處，利用網(wǎng)絡(luò)將發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)設(shè)置的模塊連接起來。在將汽車的主要因素——跑、停止與拐彎這些功能用網(wǎng)絡(luò)連接起來時(shí)，就需要高速網(wǎng)絡(luò)。

動(dòng)力CAN數(shù)據(jù)總線一般連接3塊電腦，它們是發(fā)動(dòng)機(jī)、ABS/EDL及自動(dòng)變速器電腦（動(dòng)力CAN數(shù)據(jù)總線實(shí)際可以連接安全氣囊、四輪驅(qū)動(dòng)與組合儀表等電腦）?？偩€可以同時(shí)傳遞10組數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動(dòng)變速器電腦2組。數(shù)據(jù)總線以500Kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7~20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權(quán)順序?yàn)锳BS/EDL電控單元→發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元→自動(dòng)變速器電控單元。

在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)盡可能快速，以便及時(shí)利用數(shù)據(jù)，所以需要一個(gè)高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會(huì)加快點(diǎn)火系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，這樣使接收到的數(shù)據(jù)立即應(yīng)用到下一個(gè)點(diǎn)火脈沖中去。CAN數(shù)據(jù)總線連接點(diǎn)通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點(diǎn)也可能設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元內(nèi)部。

2．車身系統(tǒng)

與動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)相比，汽車上的各處都配置有車身系統(tǒng)的部件。因此，線束變長(zhǎng)，容易受到干擾的影響。為了防干擾應(yīng)盡量降低通信速度。

舒適CAN數(shù)據(jù)總線連接一般連接七個(gè)控制單元，包括中央控制單元、車前車后各一個(gè)受控單元及四個(gè)車門的控制單元。舒適CAN數(shù)據(jù)傳遞有七大功能：中控門鎖、電動(dòng)窗、照明開關(guān)、空調(diào)、組合儀表、后視境加熱及自診斷功能。控制單元的各條傳輸線以星狀形式匯聚一點(diǎn)。這樣做的好處是：如果一個(gè)控制單元發(fā)生故障，其他控制單元仍可發(fā)送各自的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)使經(jīng)過車門的導(dǎo)線數(shù)量減少，線路變得簡(jiǎn)單。如果線路中某處出現(xiàn)對(duì)地短路，對(duì)正極短路或線路間短路，CAN系統(tǒng)會(huì)立即轉(zhuǎn)為應(yīng)急模式運(yùn)行或轉(zhuǎn)為單線模式運(yùn)行。

整個(gè)汽車車身系統(tǒng)電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門控單元電路。

主控單元按收開關(guān)信號(hào)之后，先進(jìn)行分析處理，然后通過CAN總線把控制指令發(fā)送給各受控端，各受控端響應(yīng)后作出相應(yīng)的動(dòng)作。車前、車后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執(zhí)行，并把執(zhí)行的結(jié)果反饋給主控端。門控單元不但通過CAN總接收主控端的指令，還接收車門上的開關(guān)信號(hào)輸入。根據(jù)指令和開關(guān)信號(hào)，門控單元會(huì)做出相應(yīng)動(dòng)作，然后把執(zhí)行結(jié)果發(fā)往主控單元。

三、CAN總線技術(shù)在汽車中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

利用CAN總線構(gòu)建一個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有：（1）總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問題；（2）高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸；（3）確定最大傳輸時(shí)的延時(shí)大??；（4）網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)技術(shù)；（5）網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能；（6）實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特性；（7）安裝與維護(hù)中的布線；（8）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加與軟硬件更新(可擴(kuò)展性)。

四、結(jié)束語(yǔ)

汽車電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在汽車上得到廣泛的應(yīng)用，從而使得各汽車計(jì)算機(jī)控制單元能夠通過CAN總線共享所有的信息和資源，以達(dá)到簡(jiǎn)化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復(fù)、提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個(gè)控制系統(tǒng)之目的，隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，具有高度靈活性、簡(jiǎn)單的擴(kuò)展性、優(yōu)良的抗干擾性和糾錯(cuò)能力的CAN總線通信協(xié)議必將在汽車電控系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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