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计算机网络技术在汽车中的应用

作者:时间:2013-02-04来源:网络收藏
前言

在近十年里,随着人们对于汽车的舒适性的要求不断提高,各种的设备越来越多的应用在汽车上。例如: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

汽车上电线束的长度以及接插点数量的急剧增加,使得汽车设计中电器线路的布置越来越困难。第一,由于空间的限制,汽车(特别是轿车)上有限的空间内难以布置下更长的电线束和更多的接插点。例如,在20 世纪90 年代末,仅仅在驾驶员座椅前仪表板内的电线束数量就达到300 多根;第二,随着电线束数量的增加,电线束的设计越来越复杂。其复杂性在于除了需要考虑计算机单元、传感器以及执行器之间的联接外,还要考虑不同系统之间如何通信,系统之间如何共用接地点,才不会产生电位差,以及如何抗干扰,保证信号不失真;第三,数量巨大的电线束和接插件使得汽车成本不断上升;第四,由于电线束接插点的数量的增加,造成汽车行驶时由于接插点故障导致的汽车上某个甚至整个控制系统的功能失效问题增多。因此,将应用到汽车上十分必要。

1 在汽车上应用的基本原理

要在汽车上运用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

图3 为四个计算机控制系统的传统汽车控制系统设计中,仅仅为了实现各个系统控制计算机之间的一种信息通信功能,至少需要6 对线束。而在图4 的计算机网络系统中,只需要1 根总线(2 根线), 就能够实现传统设计中至少6 对线束才能完成的系统之间的数据通信功能。仅仅传递一种信息,运用计算机网络系统就可以减少2 对线束和4 对接插件。随着计算机控制系统之间传递信息量的增加,传统汽车控制系统设计中的线束和接插件急剧增加,而运用计算机网络系统则可以在1 根总线中传递多路信息,因此简化了汽车的线束和接插件,即减少汽车的线束长度和接插件的数量。与此同时,运用计算机网络系统可以减少线束和接插件布置时需要的空间,降低成本。随着汽车上的计算机控制系统的不断增加,如图5 中给出的某车型上的复杂的控制系统,运用计算机网络系统这种优越性就显得更为突出。减少的线束和接插件的布置空间可以使得汽车设计过程中的布置更加容易,同时可以用来增加新的功能,以满足用户的需求。

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