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第 10章 车载网络系统控制 教学提示：随着汽车技术的飞速发展，以及人们对汽车性能要求越来越高，汽车电子 所占的比例越来越大。这就要求大批的数据信息能够在不同的子系统中共享，汽车综合控 制系统中大量的控制信号也需要实时交换，以提高信号的利用率，传统的线束已远远不能 满足这种需要，为实现汽车内部的数据通信，开发和组建了以CAN 总线为代表的车载网络 系统。 教学要求：本章要求学生掌握车用多路传输技术和车载网络的基本概念，熟悉CAN 技 术规范、车载网络系统结构与控制，了解车载网络系统设计。 10.1 车载网络技术概述 10.1.1 车用多路传输技术 20 世纪 90 年代以来，汽车上的控制单元越来越多，例如发动机控制单元、防抱死制 动控制单元(ABS)、自动变速器控制单元、安全气囊控制单元、电动门窗控制单元和主动悬 架控制单元等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上的线路越来越复杂。 如果仍采用常规的线束布线方式，将导致汽车上电线数目急剧增加。有报道指出，车用电 路网络的容量和复杂性每 10 年就会翻倍，在某些轿车上，仅在仪表板区域，就有 100 多条 导线和接插件被用于设备和开关的连接。目前，一根线束包裹着几十根电线的现象很普通。 在一些高级轿车上，电线的质量占到整车质量的 4%左右甚至更高，汽车新技术的发展应用 与汽车线束根数及线径急剧增加的矛盾日益突出。 控制单元的增加虽然提高了汽车的动力性、经济性和舒适性，但是汽车控制单元之间 进行信息传递时，有几个信号就要有几条信号传输线。例如，宝来轿车发动机控制单元与 自动变速器控制单元之间就需要有五条信号传输线。如果传递信号个数多还需要更多的信 号传输线。在追求汽车小型化及实用化的今天，粗大的线束不但占用了汽车上宝贵的空间 资源，而且也越来越难以将它安装到隐蔽位置。最终的结果就是控制单元端子数增加、线 路复杂、故障率增多，汽车工作的可靠性降低，电磁兼容性变差。 因此，汽车制造厂商开始考虑其他获取信息的方式(即传感器共享的概念) ，以及另一 种方式的执行器控制系统(即资源共享的概念) 。于是，一种全新的理念被提到人们的面前： 重新设计和组织车载控制单元。首先，将控制单元的功能更加集成化。例如，发动机控制 单元就集成了喷油、点火、尾气排放和冷却管理等功能。ESP 计算机更是集成了 ABS 、ASR 、 ACC 等众多功能；其次，实际早已应用于日常电话通信的多路传输技术，把众多的电控单 元连成网路，其信号通过总线的形式传输，就可以达到信息资源共享的目的。这样联成网 络的控制单元就可以“协同工作”，从而获得最佳的工作状态，并使汽车具备实现许多复 ·266 · 现代汽车系统控制技术 杂功能的能力。 随着车载控制单元以及车用电子装置的不断增多，采用串行总线实现多路传输，组成 汽车电子网络，是一种既可靠又经济的做法。同时现代汽车基于安全性和可靠性的要求， 正越来越多地考虑使用电控系统代替原有的机械和液压系统。 所谓多路传输，即指在局域网内，多种信息通过一个通信信道传送的方式。基于多路 传输的车载网络系统控制是分布式控制的一种形式，采用这种控制方式有如下优点： (1) 提高了系统的可靠性。通过总线将复杂的控制任务分配到每个控制单元中，由于 控制功能的分散，软件和硬件的复杂性也被降低，系统具有很高的可靠性； (2) 降低了系统接线的复杂程度和接线费用，同时降低了信号的干扰和失真； (3) 提高了效率。彻底的分布式系统，摆脱了集中控制的局限，同时其信息传递快速， 实时处理能力加强，工作效率提高； (4) 系统配置灵活，易于扩充和修改。 从 1980 年起，汽车内开始装用网络。在 1983 年，丰田公司在世纪牌汽车上最早采用 了应用光缆的车门控制系统，实现了多个节点的连接通信。但此系统采用的是集中控制方 法，车身控制单元对各车门的门锁、电动玻璃窗进行控制，这是早期在汽车上采用的光缆 系统，此后，在较长的一段时间里，其他公司并没有跟进采用光缆系统。 1986～1989 年间，在车身系统上装用了利用铜线的网络，代表产品为日产公司的车门 控制系统、GM 公司的车灯控制系统，并且这些系统在当时已经处于批量生产的阶段。但 是，这个时期出现了更为重要的事情，对现