汽車車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)及電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)研究

唐映全

貴州省林業(yè)學(xué)校 貴州省貴陽(yáng)市 550201

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，社會(huì)大眾生活水平持續(xù)提高，對(duì)汽車品質(zhì)要求、功能需求有了全新的變化，如何高效發(fā)揮汽車電氣系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)作用至關(guān)重要，這就需要多層次、系統(tǒng)化巧用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)與總線技術(shù)手段，在優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上提升汽車電氣系統(tǒng)運(yùn)行安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等，實(shí)時(shí)滿足社會(huì)大眾對(duì)汽車的多元化功能需求。

1 汽車電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

汽車內(nèi)部有著溫度變化范圍比較大，即-45—100攝氏度之間，電子噪聲、電磁干擾二者較強(qiáng)，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜化，急需要在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)手段作用下促使汽車內(nèi)部電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，而這和車身網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系的抗干擾能力、容錯(cuò)能力聯(lián)系密切，包括電氣系統(tǒng)信號(hào)編碼以及傳輸形式。同步串行傳輸方法被應(yīng)用其中，汽車電氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)大都為PWM編碼方式、NRZ編碼方式，前者作用于位速率不高于100kb/s，后者作用于位速率不低于100kb/s。早在20世紀(jì)80年代，國(guó)際上無(wú)數(shù)知名汽車公司高度重視汽車電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的研究進(jìn)展以及實(shí)際應(yīng)用情況，最初汽車電氣系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)應(yīng)用僅僅是處理器間的UART連接，汽車運(yùn)行中信息共享難度降低，但節(jié)點(diǎn)增加難度增大，急需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)進(jìn)行深層次研究。隨之，在研究與實(shí)踐層次化、集中化作用下，汽車電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)手段持續(xù)完善。

汽車工程師協(xié)會(huì)對(duì)汽車電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分類，即A、B、C三類。

A類：汽車電氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間相同總線在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)作用下可以隨時(shí)發(fā)送、接收多路信號(hào)，主要作用到數(shù)據(jù)量不高的汽車車身布線中。

B類：可以實(shí)現(xiàn)汽車電氣系統(tǒng)不同節(jié)點(diǎn)之間多個(gè)主總線系統(tǒng)運(yùn)行中信息數(shù)據(jù)傳輸，能夠在一定程度上簡(jiǎn)化汽車電氣系統(tǒng)組件，也可以將電氣系統(tǒng)多項(xiàng)功能作用集中到同一模塊中，順利提升電氣系統(tǒng)綜合運(yùn)行性能。

C類：和B類定義一致，但其主要應(yīng)用到汽車電氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)率較高的信號(hào)傳輸方面，在ABS控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)等方面應(yīng)用比較多。當(dāng)下，在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)持續(xù)發(fā)展中，J1850已成為美國(guó)汽車電氣系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，通用、福特兩類汽車公司同樣采用了這種標(biāo)準(zhǔn)，CAN標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用到歐洲國(guó)家，且不斷應(yīng)用到國(guó)際高端汽車中，比如，寶馬、勞斯萊斯、保時(shí)捷、奔馳，信息數(shù)據(jù)傳輸率最高達(dá)到1Mb/s。部分公司在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段作用下深化了汽車總線傳輸標(biāo)準(zhǔn)、總線形式，比如，美國(guó)的SAE、J1792、J1939，利于網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)手段更好地在汽車電氣系統(tǒng)優(yōu)化完善中發(fā)揮多層次優(yōu)勢(shì)作用。

此外，在應(yīng)用過(guò)程中，可以借助網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)作用，科學(xué)連接汽車各個(gè)電氣系統(tǒng)的同時(shí)順利實(shí)現(xiàn)通訊，以網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)為基點(diǎn)，動(dòng)態(tài)把控應(yīng)用到汽車電氣系統(tǒng)中的線束、零部件等，在保證汽車車身系統(tǒng)質(zhì)量的基礎(chǔ)上減輕汽車自重，促使汽車運(yùn)行過(guò)程中多方面功能作用在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)應(yīng)用中順利實(shí)現(xiàn)，比如，故障診斷、零部件測(cè)試、查詢歷史記錄，提升汽車系統(tǒng)穩(wěn)定性、擴(kuò)展性、信號(hào)傳輸率等。

2 汽車車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)

2.1 總線技術(shù)

CAN、LIN是當(dāng)下汽車車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化中常采用的總線技術(shù)，包括MOST總線技術(shù)、新型專用總線技術(shù)，二者常作用到汽車多媒體以及導(dǎo)航兩大層面。CAN總線技術(shù)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一，又可以稱之為控制器局域網(wǎng)技術(shù)，可以從根本上保證多方面信息數(shù)據(jù)在汽車電氣系統(tǒng)控制功能模塊中實(shí)時(shí)高效傳輸，能夠優(yōu)化車身系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，盡可能縮短電氣系統(tǒng)通信線路具體長(zhǎng)度，車載系統(tǒng)多余插件減少，電氣系統(tǒng)運(yùn)行以及信號(hào)傳輸安全性、穩(wěn)定性明顯提高，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)總線技術(shù)在汽車應(yīng)用中的缺陷，汽車車身內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建成本得到高效控制，可以從源頭上降低汽車電氣車身系統(tǒng)運(yùn)行中故障發(fā)生率。與此同時(shí)，CAN總線技術(shù)可以分為兩大類，即低速CAN、高速CAN，前者傳輸速率為125kbps，主要進(jìn)行防盜、儀表等方面的控制，后者傳輸速率可以達(dá)到500kbps，可以動(dòng)態(tài)化控制ECU等信號(hào)傳輸情況。

在此基礎(chǔ)上，LIN總線技術(shù)是一種串行通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，運(yùn)行成本并不高，在一個(gè)主控制器作用下，動(dòng)態(tài)化控制汽車車身系統(tǒng)多各傳感器信息數(shù)據(jù)采集情況，包括對(duì)執(zhí)行器的控制，各功能模塊在信號(hào)線下有機(jī)連接，節(jié)點(diǎn)增加簡(jiǎn)單化，數(shù)據(jù)與信號(hào)傳輸速率每秒可以達(dá)到20Kbit，在汽車車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用較多，比如，方向盤部件、車載傳感器、汽車座椅控制系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，LIN總線技術(shù)可以順利應(yīng)用到汽車網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)作用下的制動(dòng)器、智能化傳感器等中，能夠提高日常汽車車身系統(tǒng)檢修維護(hù)等便捷性。同時(shí)，LIN總線技術(shù)的應(yīng)用中可以借助數(shù)字信號(hào)量替代模擬信號(hào)量，提升車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體性能。相應(yīng)地，面1是汽車車身系統(tǒng)CAN總線結(jié)構(gòu)圖。

2.2 汽車車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)

2.2.1 汽車車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化

在早期，低速的B類總線技術(shù)常應(yīng)用到汽車車身的電氣系統(tǒng)中，包括儀表盤、蓄電池，常以JI850標(biāo)準(zhǔn)為基點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)總線之間的有效連接。在應(yīng)用CAN總線技術(shù)中，需要有效發(fā)揮總線內(nèi)置的容錯(cuò)功能作用，確保車身系統(tǒng)兩條總線運(yùn)行中某一條發(fā)生短路、開(kāi)路等故障問(wèn)題之后，在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、總線技術(shù)協(xié)調(diào)作用下，可以自動(dòng)化切斷故障總線，促使車身系統(tǒng)仍然處于正常運(yùn)行中，但必須保證總線動(dòng)態(tài)化切換中數(shù)據(jù)位不丟失，汽車車身系統(tǒng)物理層芯片復(fù)雜程度提高，傳輸速率大都為125kb/s。針對(duì)這種情況，低速B類總線技術(shù)逐漸被LIN總線技術(shù)代替。同時(shí)，LIN總線技術(shù)研究以及應(yīng)用持續(xù)深化，可以用來(lái)連接汽車車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分布式電子單元，電子技術(shù)也巧妙應(yīng)用其中，在相互作用過(guò)程中最大化減少汽車車身系統(tǒng)總線運(yùn)行中結(jié)構(gòu)成本，汽車車身系統(tǒng)運(yùn)行中舒適程度順利提高，實(shí)時(shí)為駕駛?cè)藛T提供汽車車身系統(tǒng)運(yùn)行中多層面信息。

在具體化應(yīng)用過(guò)程中，汽車車身的儀表板管理系統(tǒng)、車門控制裝置系統(tǒng)、座椅位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)等得以優(yōu)化，信息數(shù)據(jù)以低數(shù)據(jù)率形式得以科學(xué)化傳輸，但汽車車身系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)等要在電流比較大的驅(qū)動(dòng)模塊下才能順利實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，要優(yōu)化汽車車身系統(tǒng)封裝形式，便于系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中各類電子設(shè)備有著較好的散熱效果，將運(yùn)行溫度有效控制在規(guī)定范圍內(nèi)。在此過(guò)程中，要綜合把握汽車車身系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備分布情況，深化應(yīng)用CAN總線技術(shù)、LIN總線技術(shù)，將具備獨(dú)立性的LIN分總線作為CAN次級(jí)總線，在和CAN總線接口相互作用下共同融入到汽車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系中，發(fā)揮LIN總線技術(shù)優(yōu)勢(shì)作用，將車身系統(tǒng)控制單元以及相關(guān)設(shè)備處于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系中，再將其連接到CAN—B總線上，在補(bǔ)充已有總線傳輸協(xié)議的同時(shí)有效控制車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總線接口成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)車窗、車燈、車座、空調(diào)等統(tǒng)一化高效控制，提升汽車車身系統(tǒng)運(yùn)行效率以及效益。

2.2.2 汽車動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)、通訊與多媒體系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在汽車動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)方面，要根據(jù)其組成要素特征、性質(zhì)與功能，比如，ABS控制器、ATM控制器，以汽車車身系統(tǒng)轉(zhuǎn)速為媒介，巧用C類CAN總線技術(shù)，實(shí)時(shí)連接系統(tǒng)各類控制器等且高速傳輸數(shù)據(jù)。在汽車通訊與多媒體系統(tǒng)方面，要根據(jù)具體化需求，明確通訊與多媒體總線二者標(biāo)準(zhǔn)，在整合、深化車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中汽車設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸距離、信號(hào)傳輸率、運(yùn)行成本等得以優(yōu)化，便于插入便攜類電子終端之后，比如，DVD播放技、計(jì)算機(jī)，能夠?qū)崟r(shí)滿足駕駛?cè)藛T、乘客在汽車車身通訊與多媒體功能作用方面的具體化需求。以此，促使汽車電氣系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)中優(yōu)化完善的同時(shí)在CAN、LIN等總線技術(shù)靈活應(yīng)用中汽車車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高效優(yōu)化，具備較高的運(yùn)行性能，促使汽車運(yùn)行過(guò)程中多樣化功能得以順利發(fā)揮。相應(yīng)地，面2是基于C類CAN總線的汽車車身動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在電子設(shè)備頻繁應(yīng)用中汽車車身電氣布線長(zhǎng)度增加的同時(shí)日漸復(fù)雜化，汽車電氣系統(tǒng)故障檢修維護(hù)難度系數(shù)提升，穩(wěn)定性能不斷降低，急需要綜合完善汽車電氣系統(tǒng)，要針對(duì)汽車實(shí)際運(yùn)行中電氣系統(tǒng)故障問(wèn)題，綜合高效應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在深化車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系中保證電氣系統(tǒng)通訊信號(hào)傳輸質(zhì)量，在動(dòng)態(tài)化有效控制運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與故障中促使汽車實(shí)際應(yīng)用中有著較高的性能以及效率、效益，將新時(shí)代下汽車行業(yè)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)推向更高的發(fā)展階段。