计算机网络技术在汽车中的应用
在近十年里,随着人们对于汽车的舒适性的要求不断提高,各种计算机控制的设备越来越多的应用在汽车上。例如:计算机控制的自动变速系统、主动悬架系统、自动空气调节系统、驾驶员座椅自动调节系统、卫星导航系统、带换碟机的多碟CD 音响系统、密码防盗系统等。
此外,由于人们对于汽车安全性要求的提高,汽车制动防抱(ABS)及防滑系统,多安全气囊以及汽车前后防撞雷达报警系统在轿车上也广泛应用。
随着人们对于环境保护的日益重视,汽车排放法规的限值要求越来越严格,车载排气污染物监测系统也随之开始在汽车上应用。
到2000 年,汽车上所装的各种电子电器设备的成本大约为整车成本的30%,而且这种趋势仍然在继续发展。
表1 和表2 分别给出了从20 世纪60 年代到90 年代轿车上电线束的长度以及接插点数量的增长情况。
进入21 世纪,随着计算机技术的发展和普及,汽车上各种运用计算机、传感器以及执行器组成的控制系统得到了更加广泛的应用。而在传统的汽车设计中,每一个自动控制系统就需要一个专用的计算机单元。
如此多的控制计算机、传感器、执行器,以及为实现各种控制需要的各计算机单元之间的数据通信,使得汽车(特别是轿车)上的线束长度和接插点的数量急剧增加,对汽车的设计提出了挑战。
表1 电线束长度的变化 表2 接插点数量的变化
1 计算机网络技术在汽车上应用的基本原理
要在汽车上运用计算机网络技术实现不同控制系统的计算机的控制功能,以及运用计算机网络技术实现不同控制系统的计算机之间的信息通信,其基本原理是运用计算机总线技术,将汽车上各个控制系统的计算机控制单元组成汽车上的局域网络,通过计算机网络传递数据流,实现不同控制系统之间的信息传递和共享,同时减少传统汽车电器系统设计中的线束和接插件。
在将计算机网络技术应用于汽车上的研究开发过程的初始阶段,由于不同国家的各个汽车公司,对于开发过程的信息和技术都相对独立和相对保密。一般仅仅是一个国家的几个汽车公司共同开发,技术分享,因此,到目前为止,形成了多种互不相同的汽车计算机局域网络总线:
(1) J1850:美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司联合开发和共用的总线。尽管美国的三大汽车公司共用一种汽车计算机网络总线,但是,由于每个公司汽车产品中所用的计算机通信协议是不相同,因此,其汽车计算机网络控制系统是不尽相同的。
(2) A 总线:德国大众公司专用的汽车计算机网络总线。
(3) CAN 总线:德国标准化的总线。开始是由德国博世(BOSCH)公司开发,主要用于机器人控制。由于CAN 总线的数据传输速率较高,现在许多汽车公司都将CAN 总线用于汽车计算机网络系统。
(4) VAN 总线:法国汽车标准化总线。由法国的雷诺汽车公司和标致集团联合开发的汽车计算机网络总线。同样,法国的雷诺公司和法国标致集团共用VAN 汽车计算机网络总线,但是二个公司计算机网络所用的通信协议不相同,使得它们的汽车计算机网络控制系统也不相同。
(5) 专门的解决方案:德国的宝马(BMW)和日本的一些汽车公司采用了自己专门的解决方案,等等。
2 计算机网络系统在汽车上应用的优越性
2.1 计算机网络系统运用在汽车上可以减少布置空间、降低成本在传统的汽车计算机控制系统设计中,仅仅为了实现各个系统(如发动机燃油电子喷射控制系统与自动变速器控制系统等)控制计算机之间的信息通信,就需要很多的线束和接插件,再加上系统控制计算机与提供信息的传感器、执行计算机指令实现控制过程的执行器之间联接的线束和接插件,线束的长度和接插件的数量达到了惊人的数量,本文的前言中已经予以介绍。以下仅以四个计算机控制系统为例说明。
图3 传统的设计方案
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