【检修知识】把持器局域网技巧在汽车中的利用研讨！

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控制器局域网技术在汽车上的应用研究1 .引言随着计算机技术、通信技术和集成电路技术的飞速发展，以全数字现场总线为代表的现场控制仪表。 繁琐的现场连接被简单的现场总线网络所取代。系统设计灵活，设备维护简单，信号传输质量大大提高，给工业现场控制用户带来了极大的好处。 经过长时间的发展，已经形成了hart、lonworks、profibus、bitbus和can等多种现场总线协议。 随着电子技术的快速发展及其在汽车上的广泛应用，汽车的电子化程度越来越高。尤其是微控制器进入汽车控制领域后，给汽车的发展带来了划时代的变化，大大提高了汽车的动力性、操作稳定性、安全性、燃油经济性和环保性。 电子设备的广泛应用，必然导致车体布线更长、更复杂，运行可靠性更低，故障维修难度更大。 特别是随着大量电子控制单元的引入，为了提高信号的利用率，要求大量的数据信息能够在不同的电子单元之间共享，汽车集成控制系统中的大量控制信号也需要实时交换，这是传统线束远远不能满足的。 为了解决上述问题，选择了网络技术，在计算机网络技术和现场控制技术的基础上，开发了各种适合汽车环境的汽车网络技术。 与其他控制场所相比，车内温度范围宽(-45-100℃)，电磁干扰等电子噪声强，环境恶劣。网络在车内运行的可靠性尤为重要，这不仅体现在网络结构本身的容错和抗干扰能力上，还体现在信号的编码和传输方式上。 汽车局域网无一例外地采用同步串行传输方式。数据信号主要由pwm和nrz编码。通常100kbps以上的码率用nrz编码，100kbps以下的码率用pwm编码。 早在20世纪80年代，许多国际知名汽车公司就积极致力于汽车网络技术的研究和应用。 到目前为止，网络标准有很多种，如sae的j1850，德国大众的abus，Bosch的can，美国商用机器的autocan，iso的van，马自达的palmnet等。 根据我国汽车电子技术发展规划，进入21世纪后，汽车电子技术可达到国外90年代水平，届时将大量引进智能电子控制单元。 为了缩短与国外的汽车技术水平，提高自身竞争力，单纯依靠技术引进不利于长远发展，因此消化、吸收、研发自己的汽车网络应用系统势在必行。 2.汽车中的多路信息传输与控制器局域网汽车网络标准有很多种，侧重于不同的功能。为了便于研究、设计和应用，sae车联网委员会将汽车数据传输网络分为A、B、c三类。 A类面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输比特率通常只有1-10kbps。 主要用于电动门窗、座椅调节、照明等控制。 B类是独立模块间数据共享的中速网络，比特率一般为10-100kbps。 主要应用于电子汽车信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统中，减少多余的传感器等电子元件。 C类是高速实时闭环控制的复用传输网络，最大比特率1mbps。主要用于悬架控制、牵引力控制、advanced/きだよよ0/控制、abs等系统，简化分布式控制，进一步减少车身线束。 到目前为止，只有can协议能够满足C类网络的要求。 三类网络的功能都是向下覆盖的，即B类支持A类网络的功能，C类网络可以同时实现B类和A类网络的功能。 以can为例介绍三种汽车局域网的典型应用方案。 典型的A类网络应用于汽车防盗报警系统，如图1所示。 由于门开关、后备箱开关等信号只在特定条件下产生，正常情况下没有信号，数据传输速率极低，低速A类网络完全可以满足系统要求。与传统的系统设计相比，车身线束大大减少，设计更加简单方便。 当车辆的智能模块之间需要交换大量的共享数据时，A类网络已经不能胜任，可以采用B类网络系统。 由控制器局域网can组成的典型B类网络系统如图2所示。 车载信息中心和组合仪表单元无需单独挂接液位、温度、灯光、车门、安全带等信号传感器，即可从总线上获取上述信息，大大减少了传感器等电子元器件的数量，有效节省了安装空间和系统成本。 通常A类网络系统不是单独使用，而是与B类网络系统结合使用。 本文介绍的组合网络系统如图3所示。不是抛弃A类网络，而是通过车身计算机连接到由can总线组成的B类网络，使A类网络系统成为can总线的一个节点，这样就可以在can总线上传输信号，而不需要在每个传感器/执行器组件中安装can控制器件，有效利用了A类网络成本低的优势。 在上述应用中，can总线高速大容量的特点没有得到充分利用。 为了进一步减少车身线束，方便故障诊断，满足主要电子单元或系统之间大量数据信息的实时交换需求，使汽车各方面性能趋于最佳状态，有必要建立基于can总线的C类网络系统。 在图4所示的c类网络系统方案中，can总线有效地将connects/きだよよ0/控制系统、行驶加速滑移调节和自动巡航系统整合成一个综合控制系统，整车的性能大大提高。 目前B类汽车局域网应用最为广泛，A类网络趋于淘汰，C类网络应用日益广泛。 按照发展趋势，在不久的将来，C型网络将占主导地位。 3.can协议及其支持设备控制器LAN can是Bosch公司在80年代初开发的一种串行通信协议，用于解决现代汽车中许多控制单元和测试仪器之间的实时数据交换。经过多次修改，技术规范2.0版于1991年9月形成。 该版本包括2.0a和2.0b部分。 其中2.0a给出了消息的标准格式，2.0b给出了消息的标准和扩展格式[哦 2.0b是为了满足美国汽车厂商对C类网络应用的要求而推出的。 随后，sae货车控制和通信网络委员会j1939投票决定将can作为C类数据交换网络应用于公共汽车、货车、农业和工程车辆。 Can是多主竞争总线的一种形式，它摒弃了传统的站地址编码方式，改为对数据信息进行编码，最多可以识别2032个(2.0a)或5亿个(2.0b)数据块。 该协议采用总线拓扑结构，主要利用了总线结构的优点，如电缆长度短、布线容易、可靠性高、易于扩展等。 数据采用nrz编码，最大通信速率可达1mbps(距离40m)，完全可以满足汽车/控制、牵引控制、防抱死制动控制等单元间实时信息交换的需求。 短帧数据结构长8字节，占用总线时间短，保证了通信的实时性。 Can协议采用15位crc校验、位填充技术和完善的错误处理机制，有效保证了数据通信的可靠性。 通信质量可以是价格便宜的双绞线，性价比高的同轴电缆或者高质量的光纤。 由于其良好的运行特性、高可靠性和独特的设计，不仅特别适合现代汽车电子控制单元之间的互联和通信，而且越来越受到其他行业的青睐，被公认为最有前途的现场总线之一。 在国外，尤其是美国和欧洲，can已经广泛应用于汽车领域(奔驰、宝马、劳斯莱斯、捷豹等。)、火车、船舶、机器人、建筑自动化、机械制造、医疗设备、消防管理、电力自动化等等。 目前，支持can协议的国际知名公司有100多家，如intel、摩托罗拉、飞利浦、西门子、nec、霍尼韦尔等。其中，can应用设备也是琳琅满目，层出不穷，并已逐渐形成产品系列。 目前市场上最常见的can总线产品有飞利浦pca82c200、sja1000、p8xc591、p8xc592、pca82c250等。 Sja1000和pca82c200是独立的can控制器，p8xc591和p8xc592集成了微控制器和can通信控制器，82c250是can总线收发器，用于连接can设备和物理总线。 在独立的can控制器中，飞利浦率先推出功能更加完善的新一代sja1000。 Sja1000有两种应用模式:标准模式和peli模式。 标准模式符合can协议2.0a标准，可以实现pca82c200的所有功能，接收缓冲区也增加到64字节。Peli模式符合2.0b标准，可以扩展数据格式，增加仲裁丢失捕获和误码读取功能，设计更加灵活方便。 sja1000的内部逻辑框图和外部接口如图5所示。接口管理罗吉负责can控制器与微控制器之间的通信。can内核模块集成了位流处理、位定时、数据收发器和错误管理功能。 Sja1000的总线驱动能力有限，它不是直接连接到总线上，而是通过can收发器连接到总线上。 图6显示了sja1000通过pca82c250连接到总线的原理图。 在图4所示的控制器局域网中，只要将独立的can控制器和pca82c250总线接口作为外围设备与原微控制器相连，并重置控制命令参数，就可以将网络节点连接到总线上。 与sja1000集成的网络节点的内部逻辑如图7所示。系统中的传输介质是价格低廉、安装方便的双绞线或性能更高的塑料光纤。 这个系统的数据信息量非常大，有快变信号，也有渐变信号。 为了保证总线上的交通畅通，当出现总线访问冲突时，重要信息会被优先发送，因此合理安排数据信息总线访问优先级就显得尤为重要。 每个电子控制单元的最大允许时间延迟是决定数据访问总线优先级的最重要因素。 扭矩、车速and/きだよよよよ 0/speed等快速变化的信号必须高速采样，并以相应的速率在总线上传输，数据的总线访问优先级也较高。 每100ms或1min采样一次进气温度、冷却液温度、燃油温度等变化缓慢的信号完全够用，数据的总线访问优先级相应较低。 同样，如果一个参数信号对于控制系统的正常运行非常重要，它也可以获得较高的优先级。 值得注意的是，数据的总线访问优先级的设置不是固定的，而是随着汽车各种外部参数和行驶条件的变化而不断变化的。 对于example,/きだよよ0/控制，无论是点火正时控制还是喷油控制，都必须同步with/きだよよよよよよよよよよ
4.结论随着电子技术和大规模集成电路的快速发展，网络控制芯片的性能逐渐提高，体积逐渐缩小，价格进一步降低，为汽车局域网的普及创造了有利条件。 随着智能芯片价格的下降，各种汽车局域网成本相差无几，性能成为影响网络选择的最重要因素。 can凭借其优良的品质，优势明显，越来越受到业界的欢迎。 can总线在汽车上的广泛应用，将使汽车的动力性、操纵稳定性、安全性和燃油经济性上升到一个新的高度，为汽车技术的发展注入新的活力。 根据汽车局域网的发展趋势，在不久的将来，基于can的C级网络将逐渐普及并占据主导地位。