關於汽車網路技術的論文

　　以下是小編為大家整理到的，歡迎大家前來閱讀。

　　

　　一、引言

　　隨著汽車工業日新月異的發展，現代汽車上使用了大量的電子控制裝置，許多中高檔轎車上採用了十幾個甚至二十幾個電控單元，而每一個電控單元都需要與相關的多個感測器和執行器發生通訊，並且各控制單元間也需要進行資訊交換，如果每項資訊都通過各自獨立的資料線進行傳輸，這樣會導致電控單元針腳數增加，整個電控系統的線束和插接件也會增加，故障率也會增加等諸多問題。

　　為了簡化線路，提高各電控單元之間的通訊速度，降低故障頻率，一種新型的資料網路CAN資料匯流排應運而生。CAN匯流排具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強;在自動化電子領域的汽車發動機控制部件、感測器、抗滑系統等應用中，CAN的位速率可高達1Mbps。同時，它可以廉價地用於交通運載工具電氣系統中。

　　二、CAN匯流排簡介

　　CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器區域網，是由ISO定義的序列通訊匯流排，主要用來實現車載各電控單元之間的資訊交換，形成車載網路系統， CAN資料匯流排又稱為CAN—BUS匯流排。它具有資訊共享，減少了導線數量，大大減輕配線束的重量，控制單元和控制單元插腳最小化，提高可靠性和可維修性等優點。

　　CAN被設計作為汽車環境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換資訊，形成汽車電子控制網路。其工作採用微控制器作為直接控制單元，用於對感測器和執行部件的直接控制。每個微控制器都是控制網路上的一個節點，一輛汽車不管有多少塊電控單元，不管資訊容量有多大，每塊電控單元都只需引出兩條導線共同接在節點上，這兩條導線就稱作資料匯流排Bus。CAN資料匯流排中資料傳遞就像一個電話會議，一個電話使用者就相當於控制單元，它將資料“講入”網路中，其他使用者通過網路“接聽”資料，對這組資料感興趣的使用者就會利用資料，不感興趣的使用者可以忽略該資料。

　　一個由CAN匯流排構成的單一網路中，理論上可以掛接無數個節點，但實際應用中，所掛接的節點數目會受到網路硬體的電氣特性或延遲時間的限制。使用計算機網路進行通訊的前提是，各電控單元必須使用和解讀相同的“電子語言”，這種語言稱“協議”。汽車電腦網路常見的傳輸協議有多種，為了並實現與眾多的控制與測試儀器之間的資料交換，就必須制定標準的通訊協議。隨著CAN在各種領域的應用和推廣，1991年9月Philips Semiconductors制定併發布了CAN技術規範Version 2.0。該技術包括A和B兩部分。2.0A給出了CAN報文標準格式，而2.0B給出了標準的和擴充套件的兩種格式。1993年11月ISO頒佈了道路交通運輸工具—資料資訊交換—高速通訊區域網國際標準ISO 11898，為控制區域網的標準化和規範化鋪平了道路。美國的汽車工程學會SAE 2000年提出的J 1939，成為貨車和客車中控制器區域網的通用標準。

　　三、CAN-BUS資料匯流排的組成與結構

　　CAN-BUS系統主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發器、CAN-BUS資料傳輸線和CAN-BUS終端電阻。：

　　1.CAN控制器，CAN收發器

　　CAN-BUS上的每個控制單元中均設有一個CAN控制器和一個CAN收發器。CAN控制器主要用來接收微處理器傳來的資訊，對這些資訊進行處理並傳給CAN收發器，同時CAN控制器也接收來自CAN收發器傳來的資料，對這些資料進行處理，並傳給控制單元的微處理器。

　　CAN收發器用來接收CAN控制器送來的資料，並將其傳送到CAN資料傳輸總線上，同時CAN收發器也接收CAN資料匯流排上的資料，並將其傳給CAN控制器。

　　2.資料匯流排終端電阻

　　CAN-BUS資料匯流排兩端通過終端電阻連線，終端電阻可以防止資料在到達線路終端後象回聲一樣返回，並因此而干擾原始資料，從而保證了資料的正確傳送，終端電阻裝在控制單元內。

　　3.資料傳輸匯流排

　　資料傳輸匯流排大部分車型用的是兩條雙向資料線，分為高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞資料線。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，兩條資料線纏繞在一起，要求至少每2.5cm就要扭絞一次，兩條線上的電位是相反的，電壓的和總等於常值。

　　四、車載網路的應用分類

　　車載網路按照應用加以劃分，大致可以分為4個系統：車身系統、動力傳動系統、安全系統、資訊系統。

　　1.動力傳動系統

　　在動力傳動系統內，動力傳動系統模組的位置比較集中，可固定在一處，利用網路將發動機艙內設定的模組連線起來。在將汽車的主要因素—跑、停止與拐彎這些功能用網路連線起來時，就需要高速網路。

　　動力CAN資料匯流排一般連線3塊電腦，它們是發動機、ABS/EDL及自動變速器電腦動力CAN資料匯流排實際可以連線安全氣囊、四輪驅動與組合儀表等電腦。匯流排可以同時傳遞10組資料，發動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦2組。資料匯流排以500Kbit/s速率傳遞資料，每一資料組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7~20ms傳送一次資料。優先權順序為ABS/EDL電控單元→發動機電控單元→自動變速器電控單元。

　　在動力傳動系統中，資料傳遞應儘可能快速，以便及時利用資料，所以需要一個高效能的傳送器，高速傳送器會加快點火系統間的資料傳遞，這樣使接收到的資料立即應用到下一個點火脈衝中去。CAN資料匯流排連線點通常置於控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連線點也可能設在發動機電控單元內部。

　　2.車身系統

　　與動力傳動系統相比，汽車上的各處都配置有車身系統的部件。因此，線束變長，容易受到干擾的影響。為了防干擾應儘量降低通訊速度。在車身系統中，因為人機介面的模組、節點的數量增加，通訊速度控制將不是問題，但成本相對增加，對此，人們正在摸索更廉價的解決方案，目前常常採用直連匯流排及輔助匯流排。

　　舒適CAN資料匯流排連線一般連線七個控制單元，包括中央控制單元、車前車後各一個受控單元及四個車門的控制單元。舒適CAN資料傳遞有七大功能：中控門鎖、電動窗、照明開關、空調、組合儀表、後視境加熱及自診斷功能。控制單元的各條傳輸線以星狀形式匯聚一點。這樣做的好處是：如果一個控制單元發生故障，其他控制單元仍可傳送各自的資料。該系統使經過車門的導線數量減少，線路變得簡單。如果線路中某處出現對地短路，對正極短路或線路間短路，CAN系統會立即轉為應急模式執行或轉為單線模式執行。

　　資料匯流排以62.5Kbit/s速率傳遞資料，每一組資料傳遞大約需要1ms，每個電控單元20ms傳送一次資料。優先權順序為：中央控制單元→駕駛員側車門控制單元→前排乘客側車門控制單元→左後車門控制單元→右後車門控制單元。由於舒適系統中的資料可以用較低的速率傳遞，所以傳送器效能比動力傳動系統傳送器的效能低。

　　整個汽車車身系統電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門控單元電路。

　　主控單元按收開關訊號之後，先進行分析處理，然後通過CAN匯流排把控制指令傳送給各受控端，各受控端響應後作出相應的動作。車前、車後控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執行，並把執行的結果反饋給主控端。門控單元不但通過CAN總接收主控端的指令，還接收車門上的開關訊號輸入。根據指令和開關訊號，門控單元會做出相應動作，然後把執行結果發往主控單元。

　　1安全系統

　　這是指根據多個感測器的資訊使安全氣囊啟動的系統，由於安全系統涉及到人的生命安全，加之在汽車中氣囊數目很多，碰撞感測器多等原因，要求安全系統必須具備通訊速度快、通訊可靠性高等特點。

　　2資訊系統

　　資訊系統在車上的應用很廣泛，例如車載電話、音響等系統的應用。對資訊系統通訊匯流排的要求是：容量大、通訊速度非常高。通訊媒體一般採用光纖或銅線，因為此兩種介質傳輸的速度非常快，能滿足資訊系統的高速化需求。

　　五、CAN匯流排技術在汽車中應用的關鍵技術

　　利用CAN匯流排構建一個車內網路，需要解決的關鍵技術問題有：

　　1匯流排傳輸資訊的速率、容量、優先等級、節點容量等技術問題

　　2高電磁干擾環境下的可靠資料傳輸

　　3確定最大傳輸時的延時大小

　　4網路的容錯技術

　　5網路的監控和故障診斷功能

　　6實時控制網路的時間特性

　　7安裝與維護中的佈線

　　8網路節點的增加與軟硬體更新可擴充套件性

　　六、結束語

　　CAN匯流排作為一種可靠的汽車計算機網路匯流排，現已開始在先進的汽車上得到應用，從而使得各汽車計算機控制單元能夠通過CAN匯流排共享所有的資訊和資源，以達到簡化佈線、減少感測器數量、避免控制功能重複、提高系統可靠性和可維護性、降低成本、更好地匹配和協調各個控制系統之目的，隨著汽車電子技術的發展，具有高度靈活性、簡單的擴充套件性、優良的抗干擾性和糾錯能力的CAN匯流排通訊協議必將在汽車電控系統中得到更廣泛的應用。