汽车总线技术

2009年10月15日 11:10    诸葛孔明
关键词: 技术 , 汽车 , 总线
从发动机电喷到自动变速器,从ABS到制动力分配,从GPS到自动导航,从电源管理到线传操纵以及为提高舒适性而做的各种改进,使汽车电气形成一个日益庞大、复杂的系统。另外,随着近年来ITS的发展,以3G(GPS、GIS和GSM)为代表的新型电子通讯产品的出现,它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求,汽车总线技术的优势便越来越突出。

  1. 汽车总线技术的介绍

  1) 概念

  汽车总线系统实质上是通过某种通讯协议(如CAN),将汽车内部的各个ECU节点联结起来,从而形成一个汽车内部的局域网络。节点根据自身的传感器信息以及总线上的信息,完成预定的控制功能和动作,如灯光的开闭、电机启停等,节点之间的通讯通过总线来实现。每个节点一般由MCU(或DSP等)、接口电路、总路线控制器、总线驱动器等构成。

  2) 现状

  迄今为止,在汽车上已经出现了多种总线标准,从总线所实现的功能角度分,可分为两类,一类是控制策略驱动的总线,如SAE的J1850、德国大众的ABUS、博世的CAN、ISO11898和ISO11519、美国商用机器的AutoCAN、ISO的VAN、马自达的PALMNET、以及用于低速场合的LIN等。另一类是以大量数据传输为目的的多媒体总线,如,IDB-C、IDB-1394、MOST、AMIC-C等。

  下表汇总了汽车上的几个主要网络和总线的应用范围及特点。

网络  应用范围 通讯速率 主要总线类型
动力总线网络  发动机、ABS、自动变速箱等 500kbps 高速CAN  
车身总线网络  电动车窗、中控锁、座椅、空调等 <125 kbps  低速CAN(欧)J1850(美)
多媒体总线网络  导航、视频等 5~100Mbps MOSTIDB-1394

  由于欧美汽车有各自的总线标准,选用哪种总线成了总线开发时的第一个问题。亚洲汽车界尚在CAN和J1850之间犹豫,但倾向于CAN的趋势已经越来越明显。我国的汽车以欧洲车型为主,因此CAN总线和LIN总线应该是我国汽车总线发展的趋热。

  CAN总线是德国BOSCH公司在20世纪80年代初开发的一种串行数据通讯协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通讯方式使CAN总线具有很高的可靠性和抗干扰性,满足了汽车对总线的实时性和可靠性的要求。

  CAN遵循ISO/OSI的标准模型,但只规定了7层协议中的数据链路层,而应用层则留给用户自己定义。到目前为止,在CAN的基础上定义的高层协议有很多,其中影响较大的有:CAN Kingdom/ J1939/OSEK/ DeviceNet(AB)/ SDS(Honeywell)/ CAL/CAN Open(CiA)。

  CAN总线的特点:

  a) 如果数据扩展以增加新的信息,只需升级软件即可。
  b) 控制单元对所传输的信息进行实时检测,检测到故障后存储故障码。
  c) 使用小型控制单元及小型控制单元插孔可节省空间。
  d) 使传感器信号线减至最少,控制单元可做到高速数据传输。
  e) CAN总线符合国际标准,因此可应用不同型号控制单元间的数据传输。

  3) CAN在国内的应用情况

  目前,国外的汽车总线技术已经成熟,且已在汽车上推广。国内完全引进技术生产的奥迪A6车型已于2000年起采用总线替代原有线束,帕萨特B5、BORA、POLO、FIAT的Palio、Siena、哈飞赛马等车型都不同程度地使用了CAN总线技术。此外,部分高档客车、工程机械也都开始应用总线技术。

  在客车行业,不少企业对总线技术非常感兴趣,有些企业正在与高校或科研院所联合开发,有些企业甚至已经搞出样车,可以说,总线技术在客车上的应用会在近几年内迅速展开。

  4) 国内研发情况

  国内在汽车总线技术上的研发刚刚起步,而且大都集中在高校和科研单位,尚没有形成专业的技术开发公司,整体实力有待加强。汽车企业与相关研究单位联合开展具有针对性的总线开发,以满足国内汽车生产企业对总线技术的需求,同时培养自己的总线研发人才,是一种促进总线技术广泛应用的双赢策略。

  2. 客车对总线技术的要求(含技术优势、成本分析等)

  轿车对总线技术的应用已较为普遍,使用总线技术的轿车是一般有2~4条总线系统,其是动力总线(发动机、自动变速箱、ABS)和舒适总线(中央控制器、四个门模块)最为普遍,以下简要介绍客车总线技术。

  1) 客车总线系统要解决的问题

  a) 由于客车车身长的特点,前后灯光线束问题是CAN总线系统首先要解决的问题;
  b) 大型客车中发动机后置情况较多,发动机与仪表板之间的信息传递造成了线束的大幅增加,因此实现仪表板节点与发动机节点之间的CAN通讯非常必要;
  c) 客车作为载客工具,智能化的空调管理功能非常重要;
  d) 电源管理和故障诊断也是客车CAN研究的重要内容。

  2) 根据客车车身特点和急需解决的问题,将客车CAN系统分成以下几个节点:

  前灯光节点、后灯光节点、发动机节点、空调管理节点、仪表板节点。

  结束语

  汽车总线技术的推广与应用,记录仪标准的颁布与实施,必将促进我国汽车电子技术的发展,汽车生产企业应抓住这次机会,通过自主研发或与科研单位合作等方式,尽快掌握这两项技术,提升产品的技术含量。随着技术不断成熟和成本不断降低,它们的应用范围将会越来越广。
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