汽车总线技术设计开题报告

开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 课题研究背景目前，汽车工业快速发展，相关的汽车技术不断进步，尤其是汽车电子技术正越来越成为其发展的主导，汽车上的电子控制单元越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS） 、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等等。传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然需要庞大的布线系统 1。随着国家“限小”禁令的逐步放开，我国迎来了经济型轿车的春天，国内汽车企业陆续推出了不同款式的经济型轿车，经济型轿车市场竞争也日益激烈。有效控制成本，增加新功能，体现人性化设计成为经济型轿车的设计理念之一。因此，无论从材料成本还是工作效率看，传统布线方法都将不能适应汽车的发展 2。当传统的线束控制方式已达到极限时，网络的概念便被引入到汽车设计和应用中。在借鉴计算机网络技术和现场总线控制技术的基础上，便出现了适用于汽车环境的汽车总线技术。目前总线的总类有很多，如 CAN 总线、LIN 总线 IDB-M 总线、MOST 总线、USB 总线和 IEEE1394 总线。这些车用总线由于在应用对象和网络性能上各有特色，将会在竞争中共存相当一段时间。其中，CAN/LIN 总线在成本控制、可靠性角度考虑被普遍认为是车载网络领域最有发展前途的总线规范之一 3。CAN 总线是德国 BOSCH 公司在 20 世纪 80 年代初为解决汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种通信协议。以 CAN 为代表的总线技术在汽车上的应用不但减少了车身线束，也提高了汽车的可靠性 4。为降低系统的成本，根据系统功能，可以采用 CAN 网络为主体，LIN 网络为补充的CAN/LIN 混合网络。由于在实际应用 CAN 的过程中感受到低端网络的重要性，一些知名的汽车制造厂和半导体设备供应商才联手开放出 LIN 网络。LIN 是低成本网络中的汽车通讯协议标准，它恰好覆盖了汽车电子系统为 CAN 的带宽和功能所不要求的那些范围，所以极具开发潜力 5。以 CAN/LIN 为代表的总线技术在汽车上的应用不但减少了车身线束，也提高了汽车的可靠性。在国外现代轿车的设计中，CAN/LIN 已经成为必须采用的技术，奔驰、宝马、大众、沃尔沃及雷诺等汽车都已将 CAN/LIN 作为控制器联网的手段 6。1.2 国内外现状在国外，特别是欧洲，CAN 技术应用已经非常普及，大部分的轿车均不同程度地使用了该技术。而在美洲，汽车使用 J1850 的居多，代表的有福特的 41.6kbps 的 J1850和通用、克莱斯勒使用的 10.4kbps 的 J1850，现在逐步往 CAN 技术转移 7。在国内，目前生产的车型装备 CAN 的有奥迪 A6、奥迪 A4、宝来、帕萨特 B5, Polo, Fiat Palio, Fiat Siena, BMW 等，主要应用在动力系统(发动机、变速箱及仪表)、安全系统(ABS, EBD, BAV, ASR, ESP 等)和车身系统(门、窗、空调、灯光、锁、座椅等)。在客车领域，高级的客车国家强制要求采用欧 III 发动机并配置动力 CAN 总线技术。在卡车领域，重型卡车生产企业由于市场竞争的需要，逐步使用 CAN 构架动力和车身系统。典型的一汽大众新车速腾，全车使用了 34 个基于 CAN 技术的 ECU。目前，该技术产品的主要供应商是博世、西门子和 Temic 公司等 8910。总之，目前国际汽车业界所流行的总线还是 CAN 总线居多，并有普及之势，同时F1exRay 和 MOST 也有适当的应用。就发展趋势来看，在未来 10 年内，CAN 总线会普及到多数汽车上的动力及车身系统，F1exRay 将逐步普及于汽车的安全系统(高级动力总成、底盘、线控系统)，MOST 将应用于高级豪华型车辆的多媒体系统之中 11。在国外，总线的协议种类繁多，各汽车厂使用的总线标准都局限在数据链路层以下，在应用层上各不相同。就轿 CAN 总线来讲，不同车厂、同一车厂不同车型的应用层均不相同，很难使世界上各车厂采用同一标准，即使 ISO/IEC,SAE,JASO 等国际标准化组织，也难完成应用层协议的统一，可以说轿车在未来的 10 年内很难有统一的应用层协议标准被大家所接受和采用。其原因在于不同的轿车生产企业有着自己独立的技术标准、设计理念和完整的零部件生产体系，汽车的制造技术有保密性 12。在国内，全国汽车标准化技术委员会成立的汽车电子标准化工作组，正在积极推进汽车电子标准化的制定工作，并将以 ISO, SAE 中的汽车电子标准作为中国汽车电子标准体系制定及标准研究制定的主要依据。目前(截止 2006 年 3 月 9)正在采用SAE1939 制定我国的车载网络通信标准，但是合资企业及引进车型不可能完全遵循该标准，对于国内有自主产权的汽车生产厂，这个标准也将只是指导性的标准 13。我国汽车工业发展较晚，与国外汽车发达国家相比差距较大，发展新一代电动汽车产业，可以促进我国汽车工业实现跨越式发展。目前我国与各国电动汽车研发水平差距不大，基本处在同一起跑线上。因此，发展电动汽车有利于调整我国汽车产业的结构，提高国内汽车的国际综合竞争力，缩小与汽车发达国家的差距。目前 CAN/LIN 总线技术在我国汽车的应用存在着很大的空白，在经济型轿车上应用 CAN/LIN 总线技术研究尚处于起步阶段。因此，在“十一五”期间，天津一汽夏利股份有限公司本着“全面提升产品的竞争力”和“持续改善成本的竞争优势” ，成立了 CAN/LIN 项目组，重点攻关 CAN/LIN 总线系统在汽车上的应用研究 1415。参考文献：1曹珊等，CAN 总线在混合动力电动公共汽车中的应用，汽车技术，200（6）：13-17. 2陈清泉等， 现代电动汽车技术，北京：北京理工大学出版社, 2002 3邬宽明，CAN 总线原理和应用系统设计，北京航空航天大学出版社，1996 4黎一兵等，基于 CAN 的车身控制系统的设计与实现，沈阳工业大学学报，2006， 5相铁武，基于 CAN/LIN 总线的汽车电子网络化研究和应用，南京：南京理工大学硕士学位论文，2007. 6饶运涛等，现场总线 CAN 原理与应用技术，北京：北京航空航天大学出版社，2003. 7陈杨杨等，CAN 总线和 Device Net 通信协议在单片机系统中的应用，仪器仪表学报，2005，26（8-Z2）：299-301. 8张申科;CAN, LIN 总线在汽车车身网络控制中的研究与应用;同济大学硕士学位论文;2003 年 3 月9周明;现场总线控制;北京:中国电力出版社，2002.110秦明华;汽车电器与电子技术;北京:北京理工大学出版社，2003.611史久根等;CAN 现场总线系统设计技术;北京:国防工业出版社，2004.1012甘永梅;现场总线技术及其应用;北京:机械工业出版社，2004.513饶运涛等;现场总线 CAN 原理与应用技术;北京:北京航空航天大学出版社，2003.614宽明等;CAN 总线原理和应用系统设计;北京:北京航空航天大学出版社，199615凌永成；汽车网络技术；北京：清华大学出版社，2012.3开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 研究的内容1.深入研究当今汽车总线网络技术，分析汽车中各电子控制系统的信息传递、信息处理、信息需求，再对汽车网络各种协议处理信息的能力、成本的高低进行比较，对汽车网络结构进行研究，从而设计出较为优化的汽车网络。2. 对典型的汽车网络系统进行设计。3. 对汽车网络中重要网络节点 CAN 进行设计。2.2 总体方案设计（1）奥迪 A6 汽车网络系统上世纪 90 年代中期，奥迪车系开始使用 CAN 总线系统。最早使用的 CAN 总线是舒适 适 CAN 总线，传输效率是 62.5kb/s，随后是动力 CAN 总线，传输效率是500kb/s。从2000 年的车型起，奥斯车系的车载网络系统不断改进和扩充，现在的奥迪车系在已有的 的 CAN 总线基础上又增加了 LIN 总线、MOST 总线等。奥迪 A6 轿车驱动系统 CAN 总线连接发动机控制单元、变速器控制单元、带 EDS（电子差速制动）的 ABS 控制单元、安全气囊控制单元、电子驻车制动控制单元、大灯照程调节系统控制单元等。点火开关断开后，CAN 通信一直有效，通信断路时（如拨下插头或某一控制单元供电断路）会产生故障记忆，在重新连接正常后，必须删除所有控制单元的故障存储后才可以正常运行。奥迪 A6 轿车驱动系统 CAN 总线特点：高速传输，500kbit/s；分类级别为 CAN 总线的C 类；双胶线传输：CAN-H 高电平线为橙色/黑色，CAN-L 低电平线为橙色/棕色；在一根线断路/短路时，所有功能都会停止。舒适系统 CAN 总线系统连接和控制的电控单元比较多，有空调控制单元、停车辅助控制单元、挂车控制单元、蓄电池能量管理单元、车门控制单元、电子转向柱锁控制单元、驻车加热控制单元、轮胎气压监控控制单元以及多功能方向盘、电子后座椅等控制单元。 奥迪 A6 驱动系统 CAN 总线图（2）宝马 745Li 汽车网络系统宝马 745Li 汽车(E65/E66 底盘)采用的车载网络系统包括 D-BUS 总线和 K-.K-CANP,K-CANS,MOST,Byteflight 与 PT-CAN5 个传输网络,控制单元 ZGM 为网关,共连接55 55 个电控单元,涵盖了全车的计算机控制系统。如图所示。（3）CAN 节点设计CAN 节点只需对报文的标识符滤波即可实现点对点、点对多点及全局广播方式发送 送和接收数据，其节点可分成不同的优先级，节点的优先级可通过报文标识符进行设置，优 优先级高的数据最多可在 134s 内传输，可以满足不同的实时要求。CAN 总线节点包括微控制器、CAN 控制器和CAN 收发器三部分。其中微控制器负责完成 CAN 控制器的初始化，进行与 CAN 控制器的数据传递，并按照预定的程序进行处理:CAN 控制器主要负责将数据以 CAN 报文的形式传递，并进行系统的诊断、测试以及处理 CAN 总线上的错误等;CAN 收发器是 CAN 控制器和 CAN 总线之间的接口，如图所示为典型的 CAN总线节点结构框图。 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日