浅析汽车电器的控制网络系统的构建原则
浅析汽车电器的控制网络系统的构建原则
摘要] 按照区域自治原则,将汽车电器划分为十个子区,每个子区拥有一个ECU。所有ECU经双绞线联接成网络,论文代写从而构成了汽车电器低速网络系统。对这一系统拓扑形式、通讯协议、系统控制等进行了较为深入的探讨。
叙词:汽车电器 低速网络 控制系统
[Abstract] According to the rule of self-government, the electric equipment of a vehicle is divided into tenareas,each of which has an ECU·All these ECUs are connected by twisted-pair lines to form a low-speed net-work·The topology,communication protocol and control of the system are also discussed in detail·
Keyword汽车论文s:Automotive electric equipment,Low-speed network,Control syste
1 前言
汽车电器与电控系统已成为汽车上继发动机、底盘、车身后的第四大重要组成部分。它包括电源设备(发电机、蓄电池)、起动机、点火系统、直流电动机(雨刮电动机、暖风电动机、油泵、电动门窗电机、后视镜电机等)、照明与信号装置、汽车仪表、汽车音响系统、空调装置等。在一些高档汽车中,还装有ESA、EFI、ABS、ASR、ECAT、EMS、保安与报警系统、交通导向系统以及一些舒适性、便利性设备。据统计,为了达到集中控制的目的,控制线路在设备安装点与驾驶室之间往返好几次,按传统布线方式其电线长度约为2000m,电气节点数高达1500之多,而且上述数字大约每10年增长一倍。这会带来诸多弊端:①占据了宝贵的汽车空间;②众多的电气接点常因接触不良而发生故障,工作可靠性下降;③给维护、维修工作带来了极大不利;④许多资源,特别是传感器资源未得到充分利用。解决这些问题最佳途径是采用网络技术[1]。在国外,已研制开发了多种汽车电器网络,如ABDS、CAN、CCD、VAN等。采用网络技术,据测算电气接线可减少80%以上,便于实现自动化与智能化,在汽车整体性能优化控制方面蕴藏有巨大的潜力,是汽车电子技术未来发展走向的重中之重。汽车电器网络按功能可分为面向控制的网络(CON)和面向信息传输的网络(ION)。按照美国汽车工程师协会(SAE)的分类,网络速度分为A、B、C类。A类为低速网,波特率在9600bps以下,进而波特率在125kbps以下为中速网B类,125kbps以上为高速网C类[2]。文中即为运用网络技术构建的汽车电器面向控制的低速系统。
2 拓扑结构网络汽车电器在技术上有两个依托。一是电器单元或区域电器微机化;另一是网络技术。电器单元是指具有单一独立功能、可单独安装的最小电器元件或器件,如开关、接触器、继电器、信号灯等。区域电器是指安装地点互相靠近、功能互相联系依存,或有一定逻辑关系的电器集合,如前组合灯,后组合灯等。对它(它们)配备单片微机形成ECU。由该ECU接受上位机的指挥并控制所辖区域的电器工作,这一过程称单元电器或区域电器微机化。而用 通讯线、电源线将这些已经微机化的单元电器或区域电器连成网络,这个过程称为网络化。在汽车电器低速网络控制系统的研制过程中,首先进行了整车电器分析。按照区域自治原则,即根据几何位置靠近、功能相似、性能要求基本一致、并以前者为重的原则,划定自治区。
据此,将汽车电器划分为如下几个区域:左前(右前)区主要负责车辆左前(右前)照明车灯、信号灯控制;左后(右后)区主要负责车辆左后(右后)照明车灯、信号灯控制;左侧(右侧)区主要负责车辆左侧(右侧)电动门窗、电动后视镜、示宽灯等电器工作;前围区主要负责前侧雨刮、喷水器、空调等电器工作;尾区主要负责车辆尾侧牌照灯、后雾灯等电器工作;顶区主要负责车辆顶部电器如顶灯、天窗开关等。同时,将原驾驶员各操纵控键变成控制区,负责检验和执行驾驶员各种控制动作,将原仪表区变为显示区,负责显示各种功能执行情况以及故障显示。其次,进行区域微机化,除控制区与显示区共用一个ECU外,其它每个区域各应用一个ECU进行分别控制。根据以上划分方法,每个区域运用一个ECU分别对辖区内各电器进行控制,ECU以8051单片机为核心。由于划分区域时考虑到了功能上的相似性,事实上左前区、右前区、左后区、右后区这四个区的ECU结构与功能基本一致,左侧区与右侧区的ECU结构与功能基本一致,同时由于各个区域之间控制功能的相似性,其ECU结构也大同小异。这样可以大大减少开发工作量。用电源线及双绞线将各个ECU联接起来就形成了汽车电器低速网络系统。代写毕业论文考虑到所控制电器低速的特性,此汽车电器低速控制网络采用总线型全双工串行异步通讯方式。总线采用屏蔽双绞线,其数据传输上限为10Mbit/s。汽车电器低速网络系统其拓扑结构如图1所示。
图1 汽车电器低速网络系统拓扑结构
上位机有控制与显示两部分功能。一是控制,接受驾驶员的各种控制指令,通过机电转换装置变化为8051单片机能够识别的电信号,并且将这些命令通过上位机编译后经串行通讯接口传至总线;二是显示,显示各区域电器工作状态,并对设备的完好状态进行显示。
3 网络特性通过屏蔽双绞线将各区域ECU相联就形成了汽车电器的低速网络。所谓低速是指该网络的波特率为9600bps以下,且控制的电器均为汽车常用电器,如车灯、电动玻璃升降器、空调、雨刮等,而不是速度要求较高的电子控制系统设备,这些电器的实时性要求不是太高。
3·1 网络工作过程上位机不断检查各控制键的状态,如有变化即通过软件编译形成相应控制指令,送往串口,并通过通讯接口传给总线,以广播形式在网络上传播。由于控制指令中含有地址信息,各区域ECU接到总线上信息后,首先判断是否为本机指令。如果是则接受该指令,并经软件处理后控制辖区某电器执行相关动作,然后将执行情况通过总线返回上位机,与发出指令相比较,如有错误或故障,则在显示区显示错误信息代码;如果总线上指令不是本机指令,则不予理采。下位机在适当时机进行自检,如发现故障,则向上位机发送信息,将故障码及其本机代码通过串行口经总线送给上位机,经上位机处理后在显示器上显示有关故障信息。其工作过程如图3所示。
3·2 网络通信协议所谓协议是指局部系统之间相互作用的规则以及它们与外部环境和通道系统相互作用的规则的总和。在通信协议方面,汽车电器低速网络采用的是类似BITBUS协议。由于采取的是串行口异步通 讯,其发送
数据位为11位,其协议格式如图4所示 数据起始位为0,占据1bit位。紧接着8位数据D0~D7为指令,其中D7~D4为指令代码,代表下位机所必须执行的由上位机传输来的命令代码,D3~D0为下位机代码,亦即地址码,代表上位机所传输指令必须传付的对象。第10位为奇偶校验位,为保证数据传递的正确性所约定的一种判别方法,第11位为停止位,表示数据的终止。在介质访问协议中,没有采用总线型网络中介质访问常用的争用协议,如载波监听多路访问/冲突检测协议(CSMA/CD)等,而是采用了类似令牌协议的方式。主要规定如下:①各下位机在接受到上位机针对本机的指令后,执行指令并随后进行一次自检,将结果通过总线返回给上位机;②如果下位机未接到上位机针对本机的指令,不自检,也不得向上位机发送任何信息;③上位机按一定规律向各下位机发送自检命令,以避免一些下位机由于无上位机命令而无法自检。这样,避免了各下位机对总线的争用,而按照一定的顺序占用总线,同时也降低了成本。
4 优点与不足采用网络技术对汽车电器进行综合控制是对现有接线汽车论文与控制方式的挑战,有不少优点,同时也存在着一些缺点。
4·1 优点(1)大大减少了接线长度,整个汽车电器电路简洁明了。整个系统主干线只有一条接蓄电池正极的电源线和一条传递信息充当总线的屏蔽双绞线。各自治区通过各自的ECU分别与电源线和双绞线相联接,电源负极采用的是就近搭铁,ECU电源也取自蓄电池。(2)电缆长度短,布线容易,且可以优化布置。这正是汽车电器网络所追求的目标。(3)易于扩充,增加新的节点只需要在总线的某点 无忧论文网 将其接入,如需增加长度,可通过中继器加入一个附加段即可。(4)由于线路清晰,节点减少,且采用了自检技术,可靠性提高,给维护、维修工作带来了便利。(5)减少了导线所占用空间。
4·2 缺点(1)成本略有增加;(2)由于硬件的限制,所分区域不能无限增加,目前最多只能为24=16个;(3)由于硬件的限制,各区域指令形式也不能无限增加,目前最多也只能为24=16种;(4)由于波特率、误码率的限制,这一技术对实时性要求较高的电子设备进行控制有待进一步研究。当然,可以采用二次指令法使以上第二、第三条缺点消除。所谓二次指令法是研创的一种方法,即上位机第一次向总线发送的是地址码,第二次发送的才是指令码。这样做,所分区域可以增加到28=256个,所发指令形式也可以增加到28=256条,但会增加反应时间,对实时性不利,尽管并不那么明显。
5 结束语
网络汽车电器体现了汽车电器的发展方向,它是一种新概念的汽车电器。它的出现将使汽车电器发生革命性的变化,论文代写最终它必将取代传统的汽车电器[4]。对现有汽车电器控制方式以及布线方式进行变革,以适应于汽车发展形势的需要,缩短我国在这一领域与国外的差距。
参考文献
1 刘新亮 等.汽车电器网络设计研究.汽车电器,1998,(5)
2 王练 等.控制器局域网络在大众汽车中的运用.汽车电器,2000,(2)
3 丁元杰.单片微机原理及应用.北京:机械工业出版社,1996
4 钟勇 等.世界汽车电子控制技术发展态势.世界汽车,2000,(12)