汽車電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)及車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)研究

雷少君 霍明濤

摘要：隨著電子設(shè)備不斷作用到汽車生產(chǎn)中，車身電氣布線日漸復(fù)雜化，對汽車電氣系統(tǒng)等可靠性運(yùn)行與故障檢修維護(hù)難度增加，需要綜合應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，優(yōu)化完善汽車電氣系統(tǒng)與車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，提高汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體性能與質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：汽車電氣系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)；車身系統(tǒng)；總線結(jié)構(gòu)；研究

在新形勢下，汽車電子部件、電氣控制設(shè)備等計(jì)算與通訊要求持續(xù)提高，汽車綜合性能、運(yùn)行效率等都提升到新的階段，但隨著電子化程度持續(xù)提高，車身布線、電磁干擾等問題不斷顯現(xiàn)，要借助網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、總線技術(shù)等，優(yōu)化完善車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)以及汽車電氣系統(tǒng)，確保投入使用的汽車具有較高安全度、舒適度等，實(shí)現(xiàn)汽車運(yùn)行效益目標(biāo)。

一、汽車電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

在溫度變化、電磁干擾、電子噪聲等影響下，網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)在提升汽車電氣系統(tǒng)穩(wěn)定性方面起到關(guān)鍵性作用，包括對車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化完善，主要是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)化技術(shù)具有高容錯(cuò)、抗干擾性等能力，在信號編碼、信號傳輸方面也極具優(yōu)勢。在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)過程中，同步串行傳輸方法等作用到汽車電氣系統(tǒng)。其中的數(shù)據(jù)信號可利用PWM以及NRZ編碼，應(yīng)用PWM編碼方法，位速率不能超過100kb/s，而應(yīng)用NRZ編碼方法，位速率不能小于100kb/s。在二十世紀(jì)八十年的時(shí)候，國際知名汽車公司紛紛關(guān)注汽車電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)研究和具體化應(yīng)用。最早，汽車網(wǎng)絡(luò)只是兩個(gè)處理器間的UART連接，能夠?qū)崿F(xiàn)信息數(shù)據(jù)間的共享，但節(jié)點(diǎn)增加難度系數(shù)較大，隨后，開發(fā)的J1850這一汽車網(wǎng)絡(luò)化專用規(guī)程成為車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的重要標(biāo)準(zhǔn)，UART串行通訊被取代。同時(shí)，德國博世公司研發(fā)的CAN總線技術(shù)屬于實(shí)時(shí)控制總線技術(shù)，數(shù)據(jù)速率高達(dá)1Mb/s，多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在同一時(shí)間傳輸信息數(shù)據(jù)，德國大眾ABUS、馬自達(dá)PALMNET等標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。在此過程中，汽車工程師協(xié)會對三類汽車數(shù)據(jù)連網(wǎng)進(jìn)行了相關(guān)定義。A類汽車：在汽車電氣系統(tǒng)運(yùn)行中，節(jié)點(diǎn)之間相同總線可以在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)作用下傳輸、接收多路信號，但只能作用于數(shù)據(jù)率不高的汽車車體布線。B類汽車：多主總線系統(tǒng)可以在將多余組件取消，便于汽車電氣系統(tǒng)運(yùn)行中信息數(shù)據(jù)能夠更好地在不同節(jié)點(diǎn)之間傳輸，也可以在短時(shí)間內(nèi)將多方面功能集中到同一系統(tǒng)模塊中。C類汽車：和B類汽車數(shù)據(jù)連網(wǎng)大致相同，但主要作用到汽車高數(shù)據(jù)率信號發(fā)送方面，可以有效應(yīng)用到實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。當(dāng)下，J1850已成為美國汽車標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用到福特、通用兩類汽車公司中，而CAN總線技術(shù)不斷應(yīng)用到歐洲，頻繁出現(xiàn)在國外高檔汽車身上，比如，保時(shí)捷、奔馳、勞斯萊斯。部分汽車公司針對在汽車總線傳輸具體化情況，制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，比如，美國的J1708、J1939，各類型汽車公司持續(xù)探究并推出新型汽車總線技術(shù)形式，包括一系列相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，為網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)更好地應(yīng)用到汽車電氣系統(tǒng)中以及汽車網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展提供了重要保障。

二、車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)

1、CAN總線

最初，CAN總線作用到車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中要求與之聯(lián)系的各端口的通訊處理能力要高，但這在汽車電氣系統(tǒng)方面很難實(shí)現(xiàn)。在二十世紀(jì)九十年代，電子器件控制技術(shù)、集成電路技術(shù)發(fā)展速度持續(xù)加快，在低成本單片機(jī)作用下，總線接口電路得以實(shí)現(xiàn)，為汽車總線技術(shù)布線注入了新的活力，隨著科技深層次發(fā)展，基于汽車總線的各類接口芯片層出不窮。同時(shí)，CAN總線利用的是雙線串行通訊形式，在CAN接口作用下，汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同控制模塊可以實(shí)時(shí)和總線連接，而汽車各電子系統(tǒng)會形成與之對應(yīng)的總線段，以網(wǎng)關(guān)為基點(diǎn)，電子系統(tǒng)各個(gè)總線段有機(jī)聯(lián)系，汽車網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)形成。

2、汽車動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)、車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)

SAB控制器、ASR控制器等都是汽車動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的組成要素，可以動(dòng)態(tài)化控制和汽車行駛相關(guān)的一系列系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)速的同時(shí)對應(yīng)的控制器作用到CAN總線，可以順利提高汽車運(yùn)行中信息數(shù)據(jù)傳輸效率，能夠不間斷傳輸產(chǎn)生的各類信息數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)化作用下，對汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同層次動(dòng)態(tài)化控制，有效降低故障問題發(fā)生率。此外，最初，作用到汽車電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的CAN總線屬于低速度B類CAN總線，頻繁出現(xiàn)汽車儀表盤、蓄電池中，大都以J1850標(biāo)準(zhǔn)為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)CAN總線連接，也可以應(yīng)用到車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接方面，但需要將容錯(cuò)類型的CAN總線應(yīng)用其中，在車身系統(tǒng)運(yùn)行中實(shí)時(shí)發(fā)揮容錯(cuò)功能，這樣在兩條CAN總線運(yùn)行中，如果其中一條出現(xiàn)短接、開路等故障問題，對應(yīng)一條會在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)作用下自動(dòng)化切換，確保車身系統(tǒng)正常運(yùn)行。在此過程中，LIN這類串行通訊總線也應(yīng)用到車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，可以實(shí)時(shí)連接車身的分布式電子單元，還能有效降低作用到總線接口方面的成本，有效彌補(bǔ)CAN總線缺陷。以車內(nèi)各設(shè)備分布情況為基點(diǎn)，科學(xué)設(shè)置LIN總線，動(dòng)態(tài)化連接車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)備、控制單元，再以CAN次級總線形式應(yīng)用到車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CAN-B總線中，減少CAN接口成本，實(shí)時(shí)補(bǔ)充汽車總線傳輸協(xié)議，在不改動(dòng)車身節(jié)點(diǎn)軟硬件的基礎(chǔ)上合理增加對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，提高信息數(shù)據(jù)傳輸速率等。相應(yīng)地，下面是基于LIN與CAN總線的車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

3、車身通訊與多媒體總線結(jié)構(gòu)

通訊技術(shù)、多媒體技術(shù)日漸完善，滿足了汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化要求，持續(xù)應(yīng)用到車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)中，發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，1394b、IEEE1394-1995等通訊與多媒體總線標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生，IDB-1394優(yōu)勢更加鮮明，汽車車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸速率、運(yùn)行效率等明顯提高，可長距離傳輸數(shù)據(jù)，自行增加或者減少汽車設(shè)備，自動(dòng)連接計(jì)算機(jī)、CD播放機(jī)等。相應(yīng)地，下面是車身多媒體總線結(jié)構(gòu)示意圖。

三、結(jié)語

總而言之，在汽車設(shè)計(jì)與研究中，要綜合把握汽車運(yùn)行情況，巧用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，有機(jī)聯(lián)系汽車內(nèi)部電子系統(tǒng)，構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)體系，在發(fā)揮總線技術(shù)具體作用中深化車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，縮短新車型研發(fā)時(shí)間的同時(shí)確保車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有著較高標(biāo)準(zhǔn)化程度，生產(chǎn)高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)化汽車，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)測試、集中顯示、診斷等功能，在滿足人們汽車客觀需求的過程中全面推動(dòng)汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉長英，喬宇，王天皓等.基于RM的車身網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，42（5）：66-70.

[2]劉寧，高巍，盧文明等.基于虛擬儀器的汽車部件測試技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)化研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018，（6）：171-172.

[3]王毅.淺談CAD/CAM技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（下半月），2016，35（3）：41-42.

[4]鄭子健，張殿明，丁光林等.淺析基于車載以太網(wǎng)的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[J].汽車電器，2016，（12）：66-68.