淺談電子網(wǎng)絡技術在汽車通信中的應用

摘 要：隨著電子技術、計算機技術、通訊技術的飛速發(fā)展，以數(shù)字現(xiàn)場總線為代表的現(xiàn)場儀表、設備大量應用，使得傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制技術及現(xiàn)場控制設備發(fā)生了巨大的變化。繁瑣的現(xiàn)場連線被單一簡潔的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡所代替，信號傳輸質(zhì)量也大大提高，汽車也開始步入電子網(wǎng)絡時代。

關鍵詞：電子技術；汽車電子網(wǎng)絡；CAN總線；傳感器

中圖分類號：U463．6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2011）9-130-001

汽車電子網(wǎng)絡技術是指解決汽車電路中出現(xiàn)的線路復雜和線束增加問題的技術。其通訊和共享能力成為新的電子與計算機在車上應用的一個基礎，它是車上信息與控制系統(tǒng)的支撐。目前電子技術發(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傳感器，微處理器幾十個，某些高端汽車上單臺車使用的CPU個數(shù)已達到幾十甚至百個。在汽車更加舒適的基礎上，如何使汽車更加自動化、智能化、安全化，使得網(wǎng)絡在汽車電子系統(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網(wǎng)絡，通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送和接收信息。所以網(wǎng)絡在汽車應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)總線的組成與結構

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上的每個控制單元中均設有一個CAN控制器和一個CAN收發(fā)器。CAN控制器主要用來接收微處理器傳來的信息，對這些信息進行處理并傳給CAN收發(fā)器，同時CAN控制器也接收來自CAN收發(fā)器傳來的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行處理，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．數(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．數(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)絡的應用分類

汽車電子網(wǎng)絡按照應用加以劃分，大致可以分為4個系統(tǒng)：車身系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、信息系統(tǒng)。

1．動力傳動系統(tǒng)

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

動力CAN數(shù)據(jù)總線一般連接3塊電腦，它們是發(fā)動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數(shù)據(jù)總線實際可以連接安全氣囊、四輪驅(qū)動與組合儀表等電腦）。總線可以同時傳遞10組數(shù)據(jù)，發(fā)動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦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)先權順序為ABS/EDL電控單元→發(fā)動機電控單元→自動變速器電控單元。

在動力傳動系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞應盡可能快速，以便及時利用數(shù)據(jù)，所以需要一個高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會加快點火系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，這樣使接收到的數(shù)據(jù)立即應用到下一個點火脈沖中去。CAN數(shù)據(jù)總線連接點通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點也可能設在發(fā)動機電控單元內(nèi)部。

2．車身系統(tǒng)

與動力傳動系統(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，容易受到干擾的影響。為了防干擾應盡量降低通信速度。

舒適CAN數(shù)據(jù)總線連接一般連接七個控制單元，包括中央控制單元、車前車后各一個受控單元及四個車門的控制單元。舒適CAN數(shù)據(jù)傳遞有七大功能：中控門鎖、電動窗、照明開關、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。這樣做的好處是：如果一個控制單元發(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)過車門的導線數(shù)量減少，線路變得簡單。如果線路中某處出現(xiàn)對地短路，對正極短路或線路間短路，CAN系統(tǒng)會立即轉(zhuǎn)為應急模式運行或轉(zhuǎn)為單線模式運行。

整個汽車車身系統(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。

主控單元按收開關信號之后，先進行分析處理，然后通過CAN總線把控制指令發(fā)送給各受控端，各受控端響應后作出相應的動作。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信號輸入。根據(jù)指令和開關信號，門控單元會做出相應動作，然后把執(zhí)行結果發(fā)往主控單元。

三、CAN總線技術在汽車中應用的關鍵技術

利用CAN總線構建一個車內(nèi)網(wǎng)絡，需要解決的關鍵技術問題有：（1）總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點容量等技術問題；（2）高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸；（3）確定最大傳輸時的延時大小；（4）網(wǎng)絡的容錯技術；（5）網(wǎng)絡的監(jiān)控和故障診斷功能；（6）實時控制網(wǎng)絡的時間特性；（7）安裝與維護中的布線；（8）網(wǎng)絡節(jié)點的增加與軟硬件更新(可擴展性)。

四、結束語

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

參考文獻：

[1] 李東江，張大成.汽車車載網(wǎng)絡系統(tǒng)原理與檢修，機械工業(yè)出版社.2005

[2]李剛炎，于翔鵬.CAN總線技術及其在汽車中的應用，中國科技論文在線