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汽车总线设计及测试宝典之一“汽车总线技术的发展”

2019-10-08 09:01:39


随着车用电气设备越来越多,从发动机控制到传动系统控制,从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统,从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力,使汽车电气系统形成一个复杂的大系统,并且都集中在驾驶室控制。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。

从布线角度分析,传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式,相互之间少有联系,这样必然造成庞大的布线系统。据统计,一辆采用传统布线方法的高档汽车中,其导线长度可达2000 米,电气节点达1500个,而且,根据统计,该数字大约每十年增长1倍,从而加剧了粗大的线束与汽车有限的可用空间之间的矛盾。无论从材料成本还是工作效率看,传统布线方法都将不能适应汽车的发展。下图1、图2分别为相同节点的传统点对点通讯方式和使用CAN总线的通讯方式,从图可以直观地比较线束的变化(图中节点之间的连线仅表示节点间存在的信息交换,并不代表线束的多少)。

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电控燃油喷射系统、电控传动系统、防抱死制动系统(ABS)、防滑控制系统(ASR)、废气再循环控制、巡航系统和空调系统。为了满足各子系统的实时性要求,有必要对汽车公共数据实行共享,如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。但每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。这就要求其数据交换网是基于优先劝竞争的模式,且本身具有较高的通信速率,CAN总线正是为满足这些要求而设计的。 

美国汽车工程师协会(SAE)车辆网络委员会根据标准SAE J2057将汽车数据传输网划分为A、B、C 三类,为了直观地说明其网络划分,这里图3表示。

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从通讯速度角度分析,随着车载多媒体和办公设备在车辆应用方面的快速发展,一种新型总线——IDB已经出现,世界各大汽车生产商对此非常关注,纷纷出台相应的研究计划。现在已经存在能够对导航、GPS、电话、音响、电视、DVD等进行信息综合的双总线(OEM总线+IDB)样车,这些装置之间需要频繁地通讯,而且信息量巨大, 原有的CAN 总线或J1850 总线无法满足这些装置间的通讯要求, 因为传输地理信息 (GI) 、数字音频信息或车辆位置信息至少需要5Mbit/s的网络速度,IDB-1394可以支持100、200、400Mbit/s 的通讯速度,完全可以满足高速通讯的网络需求。

CAN总线是控制策略驱动的总线,主要实现对车辆本身的控制,而IDB总线则以信息交互、共享为目的。为实现CAN总线和IDB总线间的信息流动以及防止后者对前者产生影响,在两总线间增加网关已经成为共识。图4为一典型的双总线结构示意图。 

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早在80年代,众多国际知名的汽车公司就积极致力于汽车总线技术的研究及应用,如博世的CAN、SAE的J1850、马自达的PALMNET、德国大众的ABUS、美国商用机器的AUTOCAN、ISO的VAN等。目前,国外的汽车总线技术已经成熟,采用总线系统的车辆有BENZ、BMW、RORSCHE、ROLLSROYCE、JAGUAR、VOLVO等。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 

PALIO和SIENA等车型也都不同程度地使用了总线技术。此外,部分高档客车、工程机械也都开始应用总线技术。