汽車總線技術(shù)設計開題報告

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開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)設計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫 2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述1.1 課題研究背景目前，汽車工業(yè)快速發(fā)展，相關的汽車技術(shù)不斷進步，尤其是汽車電子技術(shù)正越來越成為其發(fā)展的主導，汽車上的電子控制單元越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS） 、安全氣囊裝置、電控門窗裝置和主動懸架等等。傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然需要龐大的布線系統(tǒng) [1]。隨著國家“限小”禁令的逐步放開，我國迎來了經(jīng)濟型轎車的春天，國內(nèi)汽車企業(yè)陸續(xù)推出了不同款式的經(jīng)濟型轎車，經(jīng)濟型轎車市場競爭也日益激烈。有效控制成本，增加新功能，體現(xiàn)人性化設計成為經(jīng)濟型轎車的設計理念之一。因此，無論從材料成本還是工作效率看，傳統(tǒng)布線方法都將不能適應汽車的發(fā)展 [2]。當傳統(tǒng)的線束控制方式已達到極限時，網(wǎng)絡的概念便被引入到汽車設計和應用中。在借鑒計算機網(wǎng)絡技術(shù)和現(xiàn)場總線控制技術(shù)的基礎上，便出現(xiàn)了適用于汽車環(huán)境的汽車總線技術(shù)。目前總線的總類有很多，如 CAN 總線、LIN 總線 IDB-M 總線、MOST 總線、USB 總線和 IEEE1394 總線。這些車用總線由于在應用對象和網(wǎng)絡性能上各有特色，將會在競爭中共存相當一段時間。其中，CAN/LIN 總線在成本控制、可靠性角度考慮被普遍認為是車載網(wǎng)絡領域最有發(fā)展前途的總線規(guī)范之一 [3]。CAN 總線是德國 BOSCH 公司在 20 世紀 80 年代初為解決汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種通信協(xié)議。以 CAN 為代表的總線技術(shù)在汽車上的應用不但減少了車身線束，也提高了汽車的可靠性 [4]。為降低系統(tǒng)的成本，根據(jù)系統(tǒng)功能，可以采用 CAN 網(wǎng)絡為主體，LIN 網(wǎng)絡為補充的CAN/LIN 混合網(wǎng)絡。由于在實際應用 CAN 的過程中感受到低端網(wǎng)絡的重要性，一些知名的汽車制造廠和半導體設備供應商才聯(lián)手開放出 LIN 網(wǎng)絡。LIN 是低成本網(wǎng)絡中的汽車通訊協(xié)議標準，它恰好覆蓋了汽車電子系統(tǒng)為 CAN 的帶寬和功能所不要求的那些范圍，所以極具開發(fā)潛力 [5]。以 CAN/LIN 為代表的總線技術(shù)在汽車上的應用不但減少了車身線束，也提高了汽車的可靠性。在國外現(xiàn)代轎車的設計中，CAN/LIN 已經(jīng)成為必須采用的技術(shù)，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃及雷諾等汽車都已將 CAN/LIN 作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段 [6]。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀在國外，特別是歐洲，CAN 技術(shù)應用已經(jīng)非常普及，大部分的轎車均不同程度地使用了該技術(shù)。而在美洲，汽車使用 J1850 的居多，代表的有福特的 41.6kbps 的 J1850和通用、克萊斯勒使用的 10.4kbps 的 J1850，現(xiàn)在逐步往 CAN 技術(shù)轉(zhuǎn)移 [7]。在國內(nèi)，目前生產(chǎn)的車型裝備 CAN 的有奧迪 A6、奧迪 A4、寶來、帕薩特 B5, Polo, Fiat Palio, Fiat Siena, BMW 等，主要應用在動力系統(tǒng)(發(fā)動機、變速箱及儀表)、安全系統(tǒng)(ABS, EBD, BAV, ASR, ESP 等)和車身系統(tǒng)(門、窗、空調(diào)、燈光、鎖、座椅等)。在客車領域，高級的客車國家強制要求采用歐 III 發(fā)動機并配置動力 CAN 總線技術(shù)。在卡車領域，重型卡車生產(chǎn)企業(yè)由于市場競爭的需要，逐步使用 CAN 構(gòu)架動力和車身系統(tǒng)。典型的一汽大眾新車速騰，全車使用了 34 個基于 CAN 技術(shù)的 ECU。目前，該技術(shù)產(chǎn)品的主要供應商是博世、西門子和 Temic 公司等 [8][9][10]?？傊壳皣H汽車業(yè)界所流行的總線還是 CAN 總線居多，并有普及之勢，同時F1exRay 和 MOST 也有適當?shù)膽?。就發(fā)展趨勢來看，在未來 10 年內(nèi)，CAN 總線會普及到多數(shù)汽車上的動力及車身系統(tǒng)，F(xiàn)1exRay 將逐步普及于汽車的安全系統(tǒng)(高級動力總成、底盤、線控系統(tǒng))，MOST 將應用于高級豪華型車輛的多媒體系統(tǒng)之中 [11]。在國外，總線的協(xié)議種類繁多，各汽車廠使用的總線標準都局限在數(shù)據(jù)鏈路層以下，在應用層上各不相同。就轎 CAN 總線來講，不同車廠、同一車廠不同車型的應用層均不相同，很難使世界上各車廠采用同一標準，即使 ISO/IEC,SAE,JASO 等國際標準化組織，也難完成應用層協(xié)議的統(tǒng)一，可以說轎車在未來的 10 年內(nèi)很難有統(tǒng)一的應用層協(xié)議標準被大家所接受和采用。其原因在于不同的轎車生產(chǎn)企業(yè)有著自己獨立的技術(shù)標準、設計理念和完整的零部件生產(chǎn)體系，汽車的制造技術(shù)有保密性 [12]。在國內(nèi)，全國汽車標準化技術(shù)委員會成立的汽車電子標準化工作組，正在積極推進汽車電子標準化的制定工作，并將以 ISO, SAE 中的汽車電子標準作為中國汽車電子標準體系制定及標準研究制定的主要依據(jù)。目前(截止 2006 年 3 月 9)正在采用SAE1939 制定我國的車載網(wǎng)絡通信標準，但是合資企業(yè)及引進車型不可能完全遵循該標準，對于國內(nèi)有自主產(chǎn)權(quán)的汽車生產(chǎn)廠，這個標準也將只是指導性的標準 [13]。我國汽車工業(yè)發(fā)展較晚，與國外汽車發(fā)達國家相比差距較大，發(fā)展新一代電動汽車產(chǎn)業(yè)，可以促進我國汽車工業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。目前我國與各國電動汽車研發(fā)水平差距不大，基本處在同一起跑線上。因此，發(fā)展電動汽車有利于調(diào)整我國汽車產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)，提高國內(nèi)汽車的國際綜合競爭力，縮小與汽車發(fā)達國家的差距。目前 CAN/LIN 總線技術(shù)在我國汽車的應用存在著很大的空白，在經(jīng)濟型轎車上應用 CAN/LIN 總線技術(shù)研究尚處于起步階段。因此，在“十一五”期間，天津一汽夏利股份有限公司本著“全面提升產(chǎn)品的競爭力”和“持續(xù)改善成本的競爭優(yōu)勢” ，成立了 CAN/LIN 項目組，重點攻關 CAN/LIN 總線系統(tǒng)在汽車上的應用研究 [14][15]。參考文獻：[1]曹珊等，CAN 總線在混合動力電動公共汽車中的應用，汽車技術(shù)，200（6）：13-17. [2]陳清泉等， 現(xiàn)代電動汽車技術(shù)，北京：北京理工大學出版社, 2002 [3]鄔寬明，CAN 總線原理和應用系統(tǒng)設計，北京航空航天大學出版社，1996 [4]黎一兵等，基于 CAN 的車身控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，沈陽工業(yè)大學學報，2006， [5]相鐵武，基于 CAN/LIN 總線的汽車電子網(wǎng)絡化研究和應用，南京：南京理工大學碩士學位論文，2007. [6]饒運濤等，現(xiàn)場總線 CAN 原理與應用技術(shù)，北京：北京航空航天大學出版社，2003. [7]陳楊楊等，CAN 總線和 Device Net 通信協(xié)議在單片機系統(tǒng)中的應用，儀器儀表學報，2005，26（8-Z2）：299-301. [8]張申科;CAN, LIN 總線在汽車車身網(wǎng)絡控制中的研究與應用;同濟大學碩士學位論文;2003 年 3 月[9]周明;現(xiàn)場總線控制;北京:中國電力出版社，2002.1[10]秦明華;汽車電器與電子技術(shù);北京:北京理工大學出版社，2003.6[11]史久根等;CAN 現(xiàn)場總線系統(tǒng)設計技術(shù);北京:國防工業(yè)出版社，2004.10[12]甘永梅;現(xiàn)場總線技術(shù)及其應用;北京:機械工業(yè)出版社，2004.5[13]饒運濤等;現(xiàn)場總線 CAN 原理與應用技術(shù);北京:北京航空航天大學出版社，2003.6[14]寬明等;CAN 總線原理和應用系統(tǒng)設計;北京:北京航空航天大學出版社，1996[15]凌永成；汽車網(wǎng)絡技術(shù)；北京：清華大學出版社，2012.3開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：2.1 研究的內(nèi)容1.深入研究當今汽車總線網(wǎng)絡技術(shù)，分析汽車中各電子控制系統(tǒng)的信息傳遞、信息處理、信息需求，再對汽車網(wǎng)絡各種協(xié)議處理信息的能力、成本的高低進行比較，對汽車網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行研究，從而設計出較為優(yōu)化的汽車網(wǎng)絡。2. 對典型的汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)進行設計。3. 對汽車網(wǎng)絡中重要網(wǎng)絡節(jié)點 CAN 進行設計。2.2 總體方案設計（1）奧迪 A6 汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)上世紀 90 年代中期，奧迪車系開始使用 CAN 總線系統(tǒng)。最早使用的 CAN 總線是舒適 適 CAN 總線，傳輸效率是 62.5kb/s，隨后是動力 CAN 總線，傳輸效率是500kb/s。從2000 年的車型起，奧斯車系的車載網(wǎng)絡系統(tǒng)不斷改進和擴充，現(xiàn)在的奧迪車系在已有的 的 CAN 總線基礎上又增加了 LIN 總線、MOST 總線等。奧迪 A6 轎車驅(qū)動系統(tǒng) CAN 總線連接發(fā)動機控制單元、變速器控制單元、帶 EDS（電子差速制動）的 ABS 控制單元、安全氣囊控制單元、電子駐車制動控制單元、大燈照程調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制單元等。點火開關斷開后，CAN 通信一直有效，通信斷路時（如撥下插頭或某一控制單元供電斷路）會產(chǎn)生故障記憶，在重新連接正常后，必須刪除所有控制單元的故障存儲后才可以正常運行。奧迪 A6 轎車驅(qū)動系統(tǒng) CAN 總線特點：高速傳輸，500kbit/s；分類級別為 CAN 總線的C 類；雙膠線傳輸：CAN-H 高電平線為橙色/黑色，CAN-L 低電平線為橙色/棕色；在一根線斷路/短路時，所有功能都會停止。舒適系統(tǒng) CAN 總線系統(tǒng)連接和控制的電控單元比較多，有空調(diào)控制單元、停車輔助控制單元、掛車控制單元、蓄電池能量管理單元、車門控制單元、電子轉(zhuǎn)向柱鎖控制單元、駐車加熱控制單元、輪胎氣壓監(jiān)控控制單元以及多功能方向盤、電子后座椅等控制單元。 奧迪 A6 驅(qū)動系統(tǒng) CAN 總線圖（2）寶馬 745Li 汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)寶馬 745Li 汽車(E65/E66 底盤)采用的車載網(wǎng)絡系統(tǒng)包括 D-BUS 總線和 K-.K-CANP,K-CANS,MOST,Byteflight 與 PT-CAN5 個傳輸網(wǎng)絡,控制單元 ZGM 為網(wǎng)關,共連接55 55 個電控單元,涵蓋了全車的計算機控制系統(tǒng)。如圖所示。（3）CAN 節(jié)點設計CAN 節(jié)點只需對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、點對多點及全局廣播方式發(fā)送 送和接收數(shù)據(jù)，其節(jié)點可分成不同的優(yōu)先級，節(jié)點的優(yōu)先級可通過報文標識符進行設置，優(yōu) 優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在 134μs 內(nèi)傳輸，可以滿足不同的實時要求。CAN 總線節(jié)點包括微控制器、CAN 控制器和CAN 收發(fā)器三部分。其中微控制器負責完成 CAN 控制器的初始化，進行與 CAN 控制器的數(shù)據(jù)傳遞，并按照預定的程序進行處理:CAN 控制器主要負責將數(shù)據(jù)以 CAN 報文的形式傳遞，并進行系統(tǒng)的診斷、測試以及處理 CAN 總線上的錯誤等;CAN 收發(fā)器是 CAN 控制器和 CAN 總線之間的接口，如圖所示為典型的 CAN總線節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖。 開 題 報 告指導教師意見：指導教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日