汽車是現代化高速發展社會中人們普遍使用的交通工具,也是技術密集和資本密集的工業產品。世界上近乎所有經濟強國都是以汽車產業作為國民經濟支柱產業的,幾乎所有的現代化科學技術都能在汽車技術中體現出來,當今世界上汽車技術是衡量一個國家的科技水平的主要標識。
隨著汽車電子技術的不斷發展,車輛上電控系統的數量不斷增多,而且功能也越來越復雜。很多汽車采用了多個電腦,每個電腦都需要與多個傳感器、執行器之間發生通信,而每一個輸入、輸出信號又可能與多個電腦之間發生通信。如果每一個電控系統都獨立配置一整套相應的傳感器、執行器,那么將有大量的線束、插接件密布于汽車的各個部位,這樣不僅會增添汽車生產車間組裝工人的裝配困難以及車身重量,而且也增加了汽車售后維修人員對故障診斷、維修的難度。另外,為了提高汽車綜合控制的準確性,綜合控制系統也迫切需要輸入、輸出信號、數據共享。
當電控模塊共享輸入信息時,就能對汽車進行更為復雜的控制。過去,汽車通常采用點對點的通信方式,將電子控制單元及負載設備連接起來。隨著電子設備的不斷增加,勢必造成導線數量的不斷增加,從而使得在有限的汽車空間內布線越來越困難,限制了功能的擴展。同時導線質量每增加50kg,油耗會增加0.2L/100km。此外,電控單元并不是僅僅與負載設備簡單地相連,更多的是與外圍設備及其他電控單元進行信息交流,并經過復雜的控制運算,發出控制指令,這些是不能通過簡單地連接所能完成的。而單從線束本身來說,它也是汽車電子系統中成本較高,連接復雜的部件之一。
因此汽車制造商開始考慮其他獲取信息的方式(即傳感器共享的概念),以及另一種方式的執行器控制系統(即資源共享概念)。于是一種全新的理念被放到人們面前:重新設計和組織電控單元。解決這一問題的方法之一是將計算機的功能更加集成化。
例如,多功能發動機計算機就囊括噴油、點火、尾氣排放和冷卻管理等功能。另外,使用早已應用于日常電話通信和電視中的多路傳輸技術,把眾多的電控單元連成網絡,其信號通過總線的形式傳輸,可以達到信息資源共享的目的。
這樣聯成網絡的電控模塊就能使控制器‘協同工作”,從而獲得最佳工作狀態,并使汽車具備實現許多復雜功能的能力。隨著汽車電子控制單元以及汽車電子裝置的不斷增多,采用串行總線實現多路傳輸,組成汽車電子網絡,是一種既可靠又經濟的做法。
同時現代汽車基于安全性和可靠性的要求,正越來越多地考慮電控系統代替原有的機械和液壓系統。所謂多路傳輸,即指在計算機局域網中,將多種信息混合或交叉通過一個通信信道傳送的方式。一個具有多路傳輸功能的網絡允許多個計算機同時對它進行訪問。
如果把這一源于信息網絡中的多路傳輸技術應用于汽車上,可以實現①布線簡化,降低成本。②電控單元之間交流更加簡單和快捷。③傳感器數目減少,實現信息資源共享。④提高汽車總體運行可靠性。
那么如何具體把這一計算機局域網里的技術應用到汽車上來,就需要考慮以下因素:①更快的信息傳輸速度。②更挑剔的用電環境。③更復雜的電磁兼容性。④更嚴格的信息交流安全性。
汽車要求安全、使用方便、操作不能太復雜、價格低、性能可靠:汽車又是應用環境最差的設備,所有可能的道路、電磁以及氣候環境汽車幾乎都可以遇到。
根據汽車的這些使用要求和使用環境,車身網絡系統設計還應當考慮以下這樣一些因素:①節點與總線的連接頭的電氣與力學特性以及連接頭數量。②網絡結構和應用系統的評估與性能檢測方法。③容錯和故障恢復問題。④實時控制網絡的時間特性。⑤安裝與維護中的布線。⑥網上節點的增加與軟硬件更新。
總之車身網絡結構要求可靠、廉價、與應用系統一體化、線路簡單和實時性好。特點是范圍小、節點數少,對應用要求的傳輸速度不高。隨著現場總線技術的不斷發展和其內容的不斷豐富,各種控制、應用功能與功能快、控制網絡的網絡管理、系統管理等內容的不斷擴充,現場總線已經超出了原有的定位范圍,不再只是通信標準和通信技術,而成為網絡系統和控制系統。CAN總線作為現場總線的重要成員,其本身就是作為一種汽車車內串行數據通信總線而提出的,現今CAN總線已經廣泛的應用在眾多國外汽車上。
近年來,作為CAN總線的輔助總線網絡出現的LIN總線是一種低成本的串行通訊總線網絡,用于實現汽車中的分布式電子系統控制。目前在國際上LIN總線技術還處于起步階段,具有很廣闊的應用前景,是國內外汽車電子領域研究的熱點之一。