网络技术在汽车中的应用

网络技术在汽车中的应用1，巨永锋2(1100044；2西安710064)摘要：论述了网络技术在汽车内部和外部的应用情况，介绍了汽车内部网络的特点和汽车内部网络的标准，重点叙述了控制局域网络CAN的主要特性及其应用。关键词网络技术及应用概述个计算机在物理上互相连接，按照网络协议相互通信，以共享硬件、软件和资料等资源为目的的计算机系统。接，达到共享资源的目的，所以，有的人也称计算机网络为计算机通信网。3个阶段，即具有通信功能的单机系统、具有通信功能的多机系统以及计算机网络系统。为信息和资源共享开辟了道路，形成新型的“网络信息服务”工业。例如，提供远程商品购置、新闻需求、电子邮政、远程医疗诊所、远程教育和训练以及电子金融等等各种服务。对每个人来说，可以坐在家里看电影、玩游戏、听音乐、网上购物、查资料(如查北京大学或世界上任何有名大学的学术资料)提供方便快捷的方式，更方便更便宜的是在几分钟内甚至几秒内就可以把信(Email)送到世界任何角落中去，还可以通可视电话等等。22.1网络技术在汽车内部的应用概况络应用提供了条件，而且解决了汽车一直存在集中控制和分散控制的矛盾。所谓分散控制就是汽车上的一个部件如点火或喷油，用一个微控制器进行控制，这是微机在汽车上应用的起始。后来又发展到汽车集中控制系统，他又分为：(1) 完全集中控制系统如美国的通用汽车公司采用一个微机系统分别控制汽车防滑制动、牵引力控制、优化点火、超速报警、自动门锁和防盗等。(2) 分级控制系统如日产公司的分级控制系统，他用1台中央控制计算器指挥4台微机，分别控制防滑制动、优化点火、燃油喷射、数据传输等。分布集中控制是根据汽车的各大部分而进行分块集中控制，如发动机、底盘、信息、显示和报警等几大件控制系统，如日本五十铃生产的汽车ITEC系统，他对发动机的点火、燃油喷射、怠速及废气再循环进行集中控制。上述各种类型的控制都有优缺点，但网络在汽车上应用后，就可发挥各型控制的优点，克服了他们的缺点。例如集中控制和分散控制的最大问题是可靠性问题，如完全集中控制，一旦微机出现故障全车瘫痪。采用网络技术后，不但共用所有传感器，还可以共用其他设备，如进行了环形网控制，几十个微机，即使个别出现问题，由于是环形结构网络，整车还可以正常运行。所以网络在汽车上的应用不但增加许多功能，而且增强了可靠性，这是汽车控制中的最重要的问题之一。汽车内部网络除具有一般网络优点外，还应具有以下特点：针对不同的汽车电子设备配置，无需对整个系统进行重新设计就可以使用，扩展容易。本系统所用软硬件均是普遍流行的器件，设计人员易于进行开发和升级。所有子系统均使用同一资料，不仅减少了传感器的使用，而且还由于资料的同一性提高了子系统的控制精度，解除了子系统采集、转换资料所带来的负担，提高了工作效率。由于所需传感器、导线束及接插件的减少，导致生产成本降低和安装工作减轻。的功能成为现实。网络控制的需要，更好地在各控制系统之间完成交流信息、协调控制、共享资源及标准化与通用化，世界各国都正在积极合作，进行统一标准，共同研制。国外在网络标准的制定以及符合网络通信标准的微处理器、通信协议等方面都已经有了成果。网络标准方面的代表作有Bosch公司制定的控制器局域网络（CAN协议和Intel推出的SAEJ18065网络标准。又如Philips，Intel，Motorola等公司推出了符合网络相关协议的微处理器产品。同时，为整合各种标准，一份有关汽车网络的国际标准正在国际标准化组织起草。2.2汽车内部网络标准应用，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A,B,C三类。类面向传感器/执行器控制的低速网络、数据传输位元速率通常只有110kb/s。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。类面向独立模块间资料共享的中速网络，位元速率一般为10100kb/s。主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其他电子部件。类面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位元速率可达1Mb/s,主要用于悬架控制、牵引控制、发动机控制、ABS等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。到目前为止，满足C类网要求的汽车控制局域网只有CAN协议。类网络功能均向下涵盖，即B类支持A类网的功能；C类网能同时实现B类和A类网功能。2.3控制局域网络CAN的主要特性及其应用CAN的C类网将逐步普及，并占据主导地位。CAN是20世纪80年代初BOSCI公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而开发的一种串行通信协议，经多次修订，于1991年9月形成技术规范2版本。CAN具有如下特性：ISO11898规范，CAN总线规范2.0PART90,PARTBCAN可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。CAN网络上的节点（信息）可分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。CAN采用非破坏性总线裁决技术，当2个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，大大节省了总线冲突裁决时间；最重要的是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。（5）CAN可以点对点，一点对多点（成组）及全局广播几种方式传送接收数据。CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kb/s以下）。CAN的通信速率最高可达1Mb/s（此时距离最长40m）。CAN的节点数实际可达110个。CAN采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，这样传输时间短，受干扰的概率低，且具有极好的检错效果。CAN每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断他与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。（13）NRZ编码/解码方式，并采用位填充技术。车各电子控制单元之间的互联通讯，而且也越来越受到其他业界的欢迎。在国外，尤其是在美国和欧洲，CANS被广泛应用于汽车（如BENZBMWORSCHJAGUAR等）、火车、船舶、机器人、楼宇自动化、机械制造、数控机床、医疗器械、液压传动、自动化仪表等领域。目前，支持CAh协议的有INTEL,MOTOROLAHILIPS,SIEMENSNECHONEYWE等百余家国际著名公司，其中CAN应用器件也琳琅满目、层出不穷，已经逐步形成产品系列。目前市场上最常见的CAN总线产品PHILIPS的PCA82C200SJA100QP8XC591P8XC592PCA82C25等，其中SJA1000和PCA82C20为独立的CANS制器，P8XC591和P8XC592各微控制器和CANS讯控制器集成为一体，82C250是CAN总线收发器，用于CAN器件与物理总线的连接。CAN组成汽车网络系统资料信息量非常大，有快速变化信号和渐变信号。为保证总线上交通畅通，重要信息在发生总线访问冲突时优先发送，合理地安排资料信息总线访问优先级显得尤为重要。各电子控制单元正常工作所能容许的最大时间延迟是决定资料访问总线优先级的最主要因素。对转矩、车速及发动机转速等快速变化的信号必须进行高速采样，并以相应的速率在总线上传输，数据的总线访问优先级也高。对进气温度、冷却液温度、燃油温度等变化较慢的信号每隔100ms或1min采样一次就完全足够，数据的总线访问优先级相应地就很低。同样如果一个参数信号对控制系统的正常工作显得非常重要，也可获得较高的优先级。值得注意的是，数据的总线访问优先级的设定不是固定不变的，而是随着各种外部参数和汽车的驾驶情况变化而不断变化的。如发动机控制，无论是点火时间控制，还是燃油喷射控制，都必须和发动机的转速同步，发动机转速较高时，控制信号的总线访问优先权提高，发动机转速较低时，控制信号的总线访问优先3网络技术在汽车外部的应用面的工作。如IBM公司和Motorola公司已合作开发车用无线Internet技术，这项技术将使驾驶员和乘客能够在车上发送电子邮件以及从事网上各种活动，如电子商务和网上购物、查看股市行情和天气预报等。另外Microsoft公司新推出了专门为“车上网”设计的AutoPC软件，采用WindowsCE操作系统，他具有交互式语言识别等各种多媒体功能。这种功能能够有效地保障汽车行车安全，因为他可以让汽车驾驶员在手不离方向盘、眼不离行驶前方的情况下，与PC机系统交换各种信息，例如行车前方的交通状况有无塞车、最短时间导航等；也可以通过他在车上收发Email、打网络电话和其他上网活动。革新通用公司不但开发了“车上网”系统，而且还装有车载自动化办公系统。由于该系统采用了超高速光纤串行数据通道（MM）L，因此具有多路的数字式影音能力，可以有效地调控多信道大容量的输入、输出信号，例如CDDVD显示器、电视接收天线、音响和全球卫星定位导航系统都可以和该系统交换信息。