汽車電氣系統網絡化技術及車身系統總線結構研究

雷少君 霍明濤

摘要：隨著電子設備不斷作用到汽車生產中，車身電氣布線日漸復雜化，對汽車電氣系統等可靠性運行與故障檢修維護難度增加，需要綜合應用網絡化技術，優化完善汽車電氣系統與車身系統總線結構，提高汽車系統結構整體性能與質量。

關鍵詞：汽車電氣系統；網絡化技術；車身系統；總線結構；研究

在新形勢下，汽車電子部件、電氣控制設備等計算與通訊要求持續提高，汽車綜合性能、運行效率等都提升到新的階段，但隨著電子化程度持續提高，車身布線、電磁干擾等問題不斷顯現，要借助網絡化技術、總線技術等，優化完善車身系統總線結構以及汽車電氣系統，確保投入使用的汽車具有較高安全度、舒適度等，實現汽車運行效益目標。

一、汽車電氣系統網絡化技術

在溫度變化、電磁干擾、電子噪聲等影響下，網絡化技術在提升汽車電氣系統穩定性方面起到關鍵性作用，包括對車身結構的優化完善，主要是因為網絡化技術具有高容錯、抗干擾性等能力，在信號編碼、信號傳輸方面也極具優勢。在應用網絡化技術過程中，同步串行傳輸方法等作用到汽車電氣系統。其中的數據信號可利用PWM以及NRZ編碼，應用PWM編碼方法，位速率不能超過100kb/s，而應用NRZ編碼方法，位速率不能小于100kb/s。在二十世紀八十年的時候，國際知名汽車公司紛紛關注汽車電氣系統網絡化技術研究和具體化應用。最早，汽車網絡只是兩個處理器間的UART連接，能夠實現信息數據間的共享，但節點增加難度系數較大，隨后，開發的J1850這一汽車網絡化專用規程成為車內聯網的重要標準，UART串行通訊被取代。同時，德國博世公司研發的CAN總線技術屬于實時控制總線技術，數據速率高達1Mb/s，多個節點可以在同一時間傳輸信息數據，德國大眾ABUS、馬自達PALMNET等標準應運而生。在此過程中，汽車工程師協會對三類汽車數據連網進行了相關定義。A類汽車：在汽車電氣系統運行中，節點之間相同總線可以在網絡化技術作用下傳輸、接收多路信號，但只能作用于數據率不高的汽車車體布線。B類汽車：多主總線系統可以在將多余組件取消，便于汽車電氣系統運行中信息數據能夠更好地在不同節點之間傳輸，也可以在短時間內將多方面功能集中到同一系統模塊中。C類汽車：和B類汽車數據連網大致相同，但主要作用到汽車高數據率信號發送方面，可以有效應用到實時控制系統中。當下，J1850已成為美國汽車標準，應用到福特、通用兩類汽車公司中，而CAN總線技術不斷應用到歐洲，頻繁出現在國外高檔汽車身上，比如，保時捷、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，制定了相關的標準，比如，美國的J1708、J1939，各類型汽車公司持續探究并推出新型汽車總線技術形式，包括一系列相關的標準，為網絡化技術更好地應用到汽車電氣系統中以及汽車網絡化發展提供了重要保障。

二、車身系統總線結構

1、CAN總線

最初，CAN總線作用到車身系統結構中要求與之聯系的各端口的通訊處理能力要高，但這在汽車電氣系統方面很難實現。在二十世紀九十年代，電子器件控制技術、集成電路技術發展速度持續加快，在低成本單片機作用下，總線接口電路得以實現，為汽車總線技術布線注入了新的活力，隨著科技深層次發展，基于汽車總線的各類接口芯片層出不窮。同時，CAN總線利用的是雙線串行通訊形式，在CAN接口作用下，汽車系統結構不同控制模塊可以實時和總線連接，而汽車各電子系統會形成與之對應的總線段，以網關為基點，電子系統各個總線段有機聯系，汽車網絡化系統形成。

2、汽車動力和傳動系統、車身系統總線結構

SAB控制器、ASR控制器等都是汽車動力和傳動系統的組成要素，可以動態化控制和汽車行駛相關的一系列系統，實現同步轉速的同時對應的控制器作用到CAN總線，可以順利提高汽車運行中信息數據傳輸效率，能夠不間斷傳輸產生的各類信息數據，在網絡化作用下，對汽車系統結構進行不同層次動態化控制，有效降低故障問題發生率。此外，最初，作用到汽車電氣系統結構中的CAN總線屬于低速度B類CAN總線，頻繁出現汽車儀表盤、蓄電池中，大都以J1850標準為出發點，實現CAN總線連接，也可以應用到車身系統結構連接方面，但需要將容錯類型的CAN總線應用其中，在車身系統運行中實時發揮容錯功能，這樣在兩條CAN總線運行中，如果其中一條出現短接、開路等故障問題，對應一條會在網絡化技術作用下自動化切換，確保車身系統正常運行。在此過程中，LIN這類串行通訊總線也應用到車身系統結構中，可以實時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CAN總線缺陷。以車內各設備分布情況為基點，科學設置LIN總線，動態化連接車身系統結構設備、控制單元，再以CAN次級總線形式應用到車身系統結構CAN-B總線中，減少CAN接口成本，實時補充汽車總線傳輸協議，在不改動車身節點軟硬件的基礎上合理增加對應的節點，提高信息數據傳輸速率等。相應地，下面是基于LIN與CAN總線的車身系統結構示意圖。

3、車身通訊與多媒體總線結構

通訊技術、多媒體技術日漸完善，滿足了汽車系統結構網絡化要求，持續應用到車身系統總線結構中，發揮著關鍵性作用，1394b、IEEE1394-1995等通訊與多媒體總線標準應運而生，IDB-1394優勢更加鮮明，汽車車身系統結構數據傳輸速率、運行效率等明顯提高，可長距離傳輸數據，自行增加或者減少汽車設備，自動連接計算機、CD播放機等。相應地，下面是車身多媒體總線結構示意圖。

三、結語

總而言之，在汽車設計與研究中，要綜合把握汽車運行情況，巧用網絡化技術，有機聯系汽車內部電子系統，構建通訊網絡體系，在發揮總線技術具體作用中深化車身系統總線結構，縮短新車型研發時間的同時確保車身系統結構有著較高標準化程度，生產高質量網絡化汽車，實時呈現測試、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汽車行業可持續發展。

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