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汽车光纤多路传输控制系统
1 前言
随着近年来电子技术的进步,为提高汽车可靠性、降低油耗和空气污染,车用电子控制系统、传感器和执行机构数量、电线数量不断上升,同时因电子控制系统功能的加强、控制要求的精确化,多采用集成电路,其复杂性增加,数据传输速率也在不断上升。所需汽车线束也就更多更复杂,一辆充满电子学装备的现代汽车上约计需1 200根单独导线,因此,线束已成为必需解决的问题。
多路传输是解决汽车布线问题的主要方法。多路传输系统与通常方式对用电设备的控制比较见图1。
图1多路传输系统(串行分时通信)方式对用电设备的控制比较
可见,多路传输系统可以大量减少电线数量、减小面线体积和质量、缩短导线长度、增加使用功能并使配件统一化、标准化,采用这种多路传输系统较易对电气系统进行安装、调试、检修和进行故障诊断。与光纤多路复用传输系统相比,电线多路传输系统具有电磁兼容性和保密性差,对地环问题和有缺陷的地回路敏感,抗电磁干扰能力较差等缺点。光纤在多路选通应用方面的主要优点是:频带宽度较大和多路、尺寸小、质量轻;通过效率大、信号功率损失小、与频率的关系减弱;超高绝缘、不存在短路和接地问题;耐腐蚀、灵敏度高;能够双工传输信息、抗干扰性高(特别是对汽车车上电路的脉冲干扰);光纤允许有较高的数据传输速率和较高的信噪比——带宽积,可适用于发动机实时控制、车辆状态监测和通-断负载的开关控制等要求。两种光纤(塑料的和玻璃的)中,塑料光纤较为便宜和便于使用,在汽车中应用较广。光纤多路传输系统目前费用已与电路系统不相上下,并可望更低,因此光纤多路传输系统是汽车多路传输系统的发展方向,是汽车线束的发展方向。
按系统的复杂程度、信息量、必要的动作响应速度、可靠性要求等将多路传输系统分为低速(A)、中速(B)、高速(C)三类。表1示出了美国SAE委员会优先推荐的多路传输系统的等级分类。
表1 SAE推荐的汽车多路通信系统分类
系统等级
信号种类
响应速度,ms
A
车身控制系统:灯具、继电器、电动门窗、电动座椅等
20~50(低速)
B
动态信息系统:导航、多信息、电话、故障诊断装置等
5~50(中速)
C
实时控制系统:发动机、传动系统、制动系统、悬架控制系统
1~5(高速)
多路传输系统的通信方式主要有:①美国Essex方法;②联邦德国Bosch公司CAN(Controller work)三线系统;③General Motors方法;④英国GEC方法;⑤日本电装公司的SMN系统,该系统安装在丰田公司的安全实验样车上;⑥日本三菱电气公司与日本东京工业公司协作研制的方法;⑦日本日产公司方法。
为用统一网络连接汽车电动和电子部件,ISO组织批准采用的汽车多路传输系统的标准通信协议有三个:VAN(Vehicle work)、CAN和SCP(J1850标准)。
2 系统工作原理设计及硬件框图
系统设计为主、从式多机通讯,主机和从机的连接方式如图2所示。用一个89C2051系统作为主机,用4个89C2051系统作为从机,以TTL电平(逻辑“1” V~5 V,逻辑“0”是0 V~ V)通信。主机接收4组控制信号,每组控制信号有8位。每组的8位信号通过一个三态逻辑器件74LS244(八缓冲器/驱动器/线接收器),送往主机的P1口