总线类型
控制器局域网CAN(Controller Area Network) 20世纪80年代末,德国博世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了一种串行通信协议CAN[1],并使其成为国际标准(ISO11898)。到目前为止,世界上已拥有20多家CAN总线控制器芯片生产商,110多种CAN总线协议控制器芯片和集成CAN总线协议控制器的微控制器芯片。 CAN总线由于采用了独特的设计和新的技术,与一般的通信总线相比,它具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN采用多主工作方式,成本低,且具有极高的总线利用率;CAN总线具有可靠的错误处理和检错机制,采用短帧结构,传输时间短,受干扰的概率低;采用非破坏性总线仲裁技术,节点在错误严重的情况下具有自动退出功能。 汽车CAN总线系统架构 现代汽车典型的控制单元有电控燃油喷射系统,电控传动系统,防抱死制动系统(ABS),防滑控制系统(ASR),废气再循环系统,巡航系统和空调系统,车身电子控制系统(包括照明指示和车窗,刮雨器等)。 局域互联网LIN(Local Interconnect Network) 1998年,Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler 、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司联合提出了新型A类总线[3-5]——LIN(Local Interconnect Network)。LIN是一种低成本短距离的低速网络,它旨在传送开关设置和传感器输入等状态的变化,并对这种变化做出响应,因此它只适用于对传送时间要求不高的低速事件,并不适用于发动机控制等高速事件。 LIN总线有其独特的特点,它成本低,基于通用的UART/SCI接口;LIN的传输速率可高达20Kb/s,总线长度最大可以达到40m;采用单主多从模式,不需要总线仲裁;在从节点中不需要晶体振荡器和陶瓷振荡器时钟就能实现自同步:可预先计算确定性信号的传播时间;无需改变LIN从节点的硬件和软件就可以在网络上增加或删除节点等。 FlexRay FlexRay 是一种用于汽车的高速可确定性的,具备故障容错的总线系统,它的基础源于戴姆勒·克莱斯勒公司(奔驰公司)的典型应用以及BMW公司(宝马公司)byteflignt通信系统开发的成功经验。Byteflight是BMW公司专门为被动安全系统(气囊)而开发的,为了同时能够满足主动安全系统的需要,在Byteflight协议基础之上,被FlexRay协会进一步开发成了一个与确定性和故障容错有密切关系的,更可靠的高速汽车网络系统。今天,BMW,Daimler· Chrysler,General Motors,Ford,Volkswagen和一些半导体公司如Bosch,freescale,Philips等组成了FlexRay联盟。2006年应用FlexRay技术的汽车将进入市场。 如今,大多数汽车中的控制器件、传感器和执行器之间的数据交换,主要是通过CAN网络进行的。然而新的x-by-wire系统设计思想的出现,导致了车辆系统对信息传送速度尤其是故障容错与时间确定性的需求的不断增加。FlexRay通过在确定的时间槽中传递信息,以及在两个通道上的故障容错和冗余信息的传送,满足了这些新增加的要求。 Most CAN和LIN构成目前汽车上最广泛的总线形式。 电子控制单元ECU(Electronic Control Unit) ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元,又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器,也叫汽车
专用单片机。它和普通的单片机一样,由微处理器(CPU)、存储器(ROM、、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。电控单元的功用是根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断,然后输出指令,向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号以控制喷油量。电控单元由微型计算机、输入、输出及控制电路等组成。
微控制器MCU
车用微控器涵盖8位、16位、32位等低、中、高阶产品等级,各有其适合的应用系统,大致如下:
1. 8位MCU:主要应用于车体的各个次系统,包括风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等较低阶的控制功能。
2. 16位MCU:主要应用为动力传动系统,如引擎控制、齿轮与离合器控制,和电子式涡轮系统等;也适合用于底盘机构上,如悬吊系统、电子式动力方向盘、扭力分散控制,和电子帮浦、电子剎车等。
3. 32位MCU:主要应用包括仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统(Telematics)、引擎控制,以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统,如预碰撞(Pre-crash)、自适应巡航控制(ACC)、驾驶辅助系统、电子稳定程序等安全功能,以及复杂的X-by-wire等传动功能。
车用MCU常见接口:CAN & LIN
随着今日汽车对应用功能的要求愈来愈高,需整合的系统也愈来愈复杂,使得汽车电子系统对于高阶32位MCU的需求不断提升。这类车用MCU往往被置放在高热、多尘、剧震、电子干扰严重的运作环境,因此对耐受性的要求远高于一般用途的MCU。此外,在汽车的应用环境中,车用MCU必须与多个车用电子控制装置(ECU)相连结,其中最常见的传输接口为CAN和LIN。
CAN又分为高速CAN和低速CAN,高速CAN的传输率可以达到1 Mbps,适用于ABS、EMS等强调实时反应的应用;低速CAN则可达到125 Kbps,适合较低速的车体零件控制。
LIN则是较CAN更为低速且低成本的通讯方案,采用一个主节点、多个从节点的概念(最多支持16个节点),可达 20 kbps数据传输率,总线电缆的长度最多可以扩展到40公尺。它很适合做为空调控制(Climate Control)、后照镜(Mirrors)、车门模块(Door Modules)、座椅(Seats)、智能性交换器(Smart Switches)、低成本传感器(Low-cost Sensors)等较单纯系统的分布式通讯解决方案。
车身控制模块(Body Control Module,简称BCM) 与其相关的还有ABM(Air Bag Module)与熟识的ABS模块系统,BCM主要涉及车体中灯,门,窗及车身防盗部分,与其他模块共同承担整车的性能与安全的实现,为驾驶带来更多的智能与舒适。
BCM控制技术的方式
BCM控制技术有三种方式:分散式、集中式和分布式(总线式)。
目前国内采用分散式 bcm的车型主要是经济型轿车,如桑塔纳3000、旗云、自由舰、伊兰特、爱丽舍、捷达等;用集中式bcm的车型较少,代表车型有御翔、天籁、颐达、骐达、尊驰、骏捷等;中高档轿车多采用分布式bcm,如帕萨特、途安、雅阁、凯旋、奥迪、速腾、蒙迪欧、皇冠、君威、派朗等。
发展趋势
BCM具有以下发展趋势:越来越多的车身电子设备在车身得到应用,使得BCM控制对象更多;各电子设备的功能越来越多,各种功能都需要通过BCM来实现,使得BCM功能更加强大;各电子设备之间的信息共享越来越多,一个信息可同时供许多部件使用,要求BCM的数据通信功能越来越强;单一集中式BCM很难完成越来越庞大的功能,使得总线式、网络化BCM成为发展趋势。
HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) refers to technology of indoor or automotive environmental comfort.
暖通空调(Heating, Ventilation and Air Conditioning,简称HVAC)是指室内或车内负责暖气、通风及空气调节的系统或相关设备。
总线 Buses 总线(BUS)是指计算机组件间规范化的交换数据(data)的方式,即以一种通用的方式为各组件提供数据传送和控制逻辑。从另一个角度来看,如果说主板(Mother Board)是一座城市,那么总线就像是城市里的公共汽车(bus),能按照固定行车路线,传输来回不停运作的位(bit)。
运动控制 motion control
自适应前照灯系统(AFS)汽车夜视系统(N VS)碰撞警示和预防系统(CWAS)轮胎压力监测系统(TPWS) 自动调节座椅系统(AA S)
整车系统通信网络设计
整车系统通信网络以CAN总线为主,LIN总线为辅,CAN和LIN在汽车通信网络中相互结合应用共同构架汽车整车系统通信网络。汽车上各个控制系统对网络信息的传输延迟比较敏感,如发动机控制、变速箱控制、安全气囊控制、ASR/ABS/ESP控制、牵引力控制等对网络信息传输的实时性要求较高,需要采用高速CAN总线,其传输速率高达500kbps~1Mbps;空调控制、仪表控制、雨刷控制、照明控制、门窗控制等需要采用低速LIN总线,
其传输速率为20kbps。低速LIN总线对信息传输的实时性要求不高,但子系统数量较多,将这些低速子系统与高速子系统分开,有利于保证高速子系统的实时性,同时还可以降低成本。基于上述考虑,汽车整车CAN/LIN总线网络拓扑结构图如图1所示。
CAN和LIN总线相互独立,通过主控制器(CAN/LIN网关)进行数据共享和数据交换。主控制器也是整车管理系统的核心,它的主要功能就是分析处理各种信息并发出指令,还起到协调汽车各个控制单元及电器设备工作的作用。