论汽车车载网络技术的发展前景(1).doc

论汽车车载网络技术的发展前景赵尊章（郑州交通职业学院 机电工程系， 郑州 450062）摘要: 随着电子、程控技术、集成电路及单片机在汽车上的应用，汽车的大多数部件控制由传统的机械控制逐步转变为现在的电子、程控控制，如电控燃油喷射发动机、自动变速器、电子转向和防盗系统等的控制。技术的进步，控制精度的提高，这就使得汽车上的控制单元数目增加，控制单元数目增加后导致线束增多、电路复杂、质量大、成本高、故障多、维修困难，为解决这些困难，因而，一种新型的信息传递技术CAN总线技术产生了。因而，车载网络系统作为现代轿车基本配备，为监控汽车电子系统的工作状况、满足排放法规要求，解决信息共享，减少布线引起的麻烦，开发出模块合理、系统完善的车载局域网系统也就成为了必然。文章就是围绕着车载网络系统展开讨论，首先简单介绍了汽车网络系统的发展；然后谈到了汽车网络系统的工作原理及其构成；其次提出了汽车网络互联标准以及汽车网络常用的传输介质；最后阐述了汽车网络的开发语言和并通过实例说明了车载网络系统的运用操作系统。关键词: 车载网络，现代汽车，CAN标准 On vehicle network technology development prospectsZHAO zun-zhang（ Zhengzhou Transportation Vocational Colleges, Zhengzhou 450062,China ）Abstract : With the development of electronic technology, integrated circuit, program control and SCM application in automobile, car most parts controlled by the traditional mechanical control is gradually changing now electronic, programmable control, such as electronic control fuel injection engine, automatic transmission, electronic steering and and other anti-theft system control. Advances in technology, control precision is improved, which makes the car control unit control unit increase in number, to increase the number of leads to the increase of wiring harness, complex circuits, quality, high cost, failure, repair difficulties, in order to solve these difficulties, therefore, a new information transmission technology of CAN bus technology has produced. Thus, a vehicle network system as a modern car equipped with, for the control of automobile electronic system working status, to meet emissions regulations, to solve the information sharing, reduce the wiring to cause trouble, develop a reasonable modules, systems to improve the vehicle LAN system becomes inevitable. This article is about a vehicle network system is discussed, first introduces the development of vehicle network system; then talked about the vehicle network system working principle and composition; secondly put forward car network interconnection standards as well as the automobile network common transmission medium; finally elaborated car network development language and and through an example of network system the use of the operating systemKey Words ：On-board network, modern car, CAN standards 1引言汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，现在数据CAN总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。“汽车电子业最大的热点就是网络化。”一位业内人士如此描述汽车网络的应用前景。而控制器局域网(CAN)拥有的多主节点、开放式架构，以及错误检测及自恢复能力等优势，成为汽车网络应用的热门。从以下一组数字中也印证了这一趋势，02年数据，全球市场上大约有一亿只CAN收发器，平均一辆车上有12个到15个低速CAN收发器,4到5个高速CAN收发器。一些汽车专家认为，就像在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年来数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。 2汽车车载网络技术2.1汽车车载网络系统上的CAN总线技术CAN全称为“Controller Area Network”,即控制器局域网。CAN是国际上应用最广泛的现场总线之一。它将各个单一的控制单元以某种形式(多为星形)连接起来，形成一个完整的系统。在该系统中，各控制单元都以相同的规则进行数据传输交换和共享，称为数据传输协议。CAN总线最早是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块(ECU)之间的数据交换而开发的一种串行通讯协议。在工程实际中CAN总线是对汽车中标准的串行数据传输系统的习惯叫法。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，使汽车电子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，随着近年来智能运输系统(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。CAN总线正是为满足这些要求而设计的。 CAN总线主要有四部分组成：导线、控制器、收发器和终端电阻。其中导线为由两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器的作用是对收到和发送的信号进行翻译。收发器负责接受和发送网络上共享的信息。电阻是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射，当电阻出现故障，控制单元的信号无效。CAN被用来作为汽车环境中微控制器之间的通信，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。一辆汽车不管有多少个电控单元，也不管信息容量有多大，每个电控单元都只需引出两条线共同接在节点上，这两条导线就称为数据总线,简称BUS。CAN总线上的每个节点（ECU）都有自己的地址，数据是由控制单元向CAN总线控制器提供，CAN收发器从CAN控制器处接收到数据，并将此数据转化为电信号发出至数据总线，控制单元从数据总线上接收数据，并将接收到的数据进行检验，看是否是此控制单元所需，如果接收到的数据是此控制单元所需的，则被认可接收，反之将其忽略。从而完成数据传输。一般采用双绞线自身校验的结构，既可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身对外界的干扰。系统中采用高低电平两根数据线，控制器输出的信号同时向两根通讯线发送，高低电平互为镜像。并且每一个控制器都增加了终端电阻，已减少数据传送时的过调效应。由于汽车不同控制器对CAN总线的性能要求不同，目前汽车CAN速率分别为500Kbit/m、100Kbit/m的高低速总线布置形式 。500Kbit/m主要应用于驱动系统、诊断系统等，100Kbit/m主要应用于舒适系统、信息系统、仪表系统等，现在有的轿车除了应用上述两条总线外，还有第三条总线，主要应用在卫星导航及智能通讯系统。由于不同区域总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关来完成。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。2.2 CAN总线进行数据传递是汽车发展的必然趋势由于汽车的很多部分都由独立的电子控制器进行控制，为了将整个电动汽车内各系统统一管理，实现数据共享和相互之间协同工作，利用CAN总线进行数据传递是一个必然的趋势。目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率一般可达到500kb/s，最高可达1000kb/s；另一条用于车身系统低速CAN，速率是100kb/s。驱动系统CAN(CAN-High，也称动力主线)主要连接对象是发动机控制器(ECU)、ABS控制器、安全气囊控制器等，它们的基本特征都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统CAN(CAN-Low，也称舒适总线)主要连接和控制汽车内外部照明、灯光信号、空调、刮水电机、中央门锁与防盗控制开关、故障诊断系统、组合仪表及其它辅助电器等。有些高档车辆还有第3条CAN总线，即信息娱乐总线，主要用于卫星导航及智能通讯系统。当两条CAN总线(CAN-High和CAN-Low)其中一条线断路时，整个动力系统将无法正常工作，即不能进行单线传输，只有CAN-Low线出现对地断路时还能正常工作。而由于舒适和信息娱乐总线都设有位于系统内各个控制单元中不同阻值的终端电阻，因此可实现单线传输。2.3车载网络系统未来的发展技术的先进性是CAN总线在汽车上应用的最大动力，也是汽车生产商竞相应用CAN总线的主要原因。在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据相关报道，中国首辆CAN网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司装配成功，并进行运行。上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引用了CAN总线技术。CAN总线控制技术是提高汽车性能的一条很好途径。但总的来说，目前CAN总线技术在我国汽车工业总的应用尚处于试验和起步阶段，绝大部分的汽车还没有采用汽车总线的设计，因而存在着不少弊端。3车载网络的应用车载网络按照应用加以划分，大致可以分为4个系统：车身系统、动力传动系统、安全系统、信息系统。在动力传动系统内，动力传动系统模块的位置比较集中，可固定在一处，利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来。在将汽车的主要因素跑、停止与拐弯这些功能用网络连接起来时，就需要高速网络。动力CAN数据总线一般连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑（动力CAN数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑）。总线可以同时传递10组数据，发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组和自动变速器电脑2组。数据总线以500Kbit/s速率传递数据，每一数据组传递大约需要0.25ms，每一电控单元720ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元发动机电控单元自动变速器电控单元。电阻的检修。舒适CAN数据总线连接一般连接七个控制单元，包括中央控制单元、车前车后各一个受控单元及四个车门的控制单元。舒适CAN数据传递有七大功能：中控门锁、电动窗、照明开关、空调、组合仪表、后视境加热及自诊断功能。控制单元的各条传输线以星状形式汇聚一点。这样做的好处是：如果一个控制单元发生故障，其他控制单元诊断，诊断方式如下：a.拆下蓄电池电压线。b.启动点火开关，使各存电设备充分放电。c.用万用表的表笔，分别接在Can-Low与Can-high上。d.将一带终端电阻的电控单元插头拔下，观察万用表阻值变化，阻值有变化，此总线终端电阻正常，否则损坏。e.依次对比分析，观察有终端电阻的控制单元。4 CAN总线维修技术处理CAN总线为双绞线导线，导线有破损或断路需要接线时，每段长度应小于50mm，每两段接线之间长度应大于100mm，如果需要在中央接点处维修，则严禁打开接点，只允许在距接点100mm以外断开导线。接线点处，要做好屏蔽处理，以免干扰源对传输信号干扰。另外，每条CAN总线导线长度应不超过5m，否则导线所传输的脉冲信号会失真。4.1数据传输总线数据传输总线大部分车型用的是两条双向数据线，分为高位CAN-H和低位CAN-L数据线。为了防止外界电磁波干扰和向外辐射，两条数据线缠绕在一起，要求至少每2.5cm就要扭绞一次，两条线上的电位是相反的，电压的和总等于常值。5车载网络系统的发展展望随着汽车电子技术、计算机技术和通信技术的发展,远程通信和信息系统越来越多地进入汽车,为人们提供通信、远程故障诊断、电子收费、交通信息、路线选择等服务。根据Telmatics研究集团的定义,远程通信与信息化汽车必须具备三种能力,即双向通信能力、定位能力以及具有与其它汽车电子系统通信接口的控制单元。除此之外,远程通信与信息化汽车还可能具有远程监控、远程故障诊断、自动碰撞通知、蓝牙通信、用户语音接口、导航等功能。一.车载远程通信与信息系统的发展动力远程通信与信息系统涉及多个行业,如计算机、半导体、通信、消费电子、汽车以及一些服务性行业(如旅行、天气与交通信息、娱乐、因特网及定位服务等),它的应用程度依赖于相关技术和基础设施的协同发展。虽然现在已经有一些相关基础设施投入使用,但距离实现远程通信与信息系统的长远发展目标还有相当的差距。目前,有三种力量可能推动远程通信与信息系统市场的迅速发展。一是大公司的发展规划;二是相关行业的发展;三是政府法规。大公司是汽车工业发展的主导力量,它们的发展规划对新市场的形成与发展有着举足轻重的影响。随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用与发展，车载网络系统发展趋势往提高控制精度、控制范围、智能化、网络化等方面发展。 5.1集成化 随着嵌入式系统、局域网控制和数据总线技术的成熟，汽车电子控制系统的集成成为汽车技术发展的方向。将发动机管理系统和自动变速器控制系统，集成为动力传动系统的综合控制；将制动防抱死控制系统、牵引力控制系统和驱动防滑控制系统综合在一起进行制动控制；通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接，控制器通过复杂的控制运算，将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控制系统。 5.2智能化 汽车智能化相关的技术问题已受到汽车制造商的高度重视。如依赖于电子技术的“自动驾驶仪”的构想、与电子、卫星定位等多个交叉学科相结合的智能交通系统（ITS）的开发等。根据驾驶员提供的目标资料，向驾驶员提供距离最短而且能绕开车辆密度相对集中处的最佳行驶路线。从全球定位卫星获取沿途天气、车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况，自动筛选 出最佳行车路线。智能化传感技术和计算机技术的发展，加快了汽车的智能化进程。 5.3速度化随着电控器件在汽车上越来越多的应用，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要。以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是十分必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及低成本是对汽车电子网络系统的要求。6总语随着技术和管理的进步及检测设备智能化，人们已能依靠各种先进的仪器设备，对汽车进行不解体检测诊断，而且安全、迅速、准确。今后汽车检测应实现真正的局域网络化，做到信