汽车上的电气线束(1)

汽车上的电气线束随着人们对汽车安全性、舒适性、经济性以及排放清洁性等要求的日益严格，汽车的功能越来越多，汽车上的电气线束也越来越复杂，例如，一辆轿车的线束中会有几百个线束插件，导线总长度能达到１千多米。由于汽车上控制单元的数量不断增加，线束正在向网络化的方向发展，而且线束由传递普通信号的功能扩展到大量数据信息的传递。汽车制造技术的发展也促进了汽车线束的发展，各种先进材料不断被引入到线束的制造中，例如光纤以其传输速度快、体积小以及抗干扰能力强等优点，已经被宝马公司等一些汽车制造商作为传统线束的替代品。传统电气线束电气线束是汽车电路的主体，传统的汽车线束是由金属线、绝缘外皮、连接插件以及包裹胶带等组成。汽车线束内的导线有不同的截面积，它们允许负载的电流值不同，分别用于不同功率的用电设备。一般来讲，0.50mm2导线多用于仪表灯，0.75mm2导线多用于前后小灯，1.0mm2导线多用于转向灯，1.5mm2导线多用于前大灯，主电源线多为2.5~4.0mm2导线。整车线束分为主线束和分支线束。主线束按照汽车各大系统或总成分类，分为发动机线束、照明线束和仪表线束等。主线束又有多条分支线束，例如发动机线束可以分为点火系统线束和喷油系统线束等，照明线束可以分为前大灯线束和后尾灯线束等，线束与线束之间以及线束与电气元件之间一般采用塑料插件连接。整车主线束大多以仪表板为中心，向车身前后延伸，这样线束又可以按照布置位置分为车头线束（发动机、前大灯等）、车尾线束（后尾灯、牌照灯等）、顶棚线束（车门、顶灯等）以及地板线束（座椅电脑、燃油箱传感器等）。线束多孔连接插头上大多有数字或字母，以标明导线连接的对象，单根导线也有不同的颜色，维修人员可以根据这些标志并参考电路图进行检修。导线根据绝缘外皮的颜色分为单色线和双色线，双色线上的颜色分为主色和辅色，不同颜色的导线用于不同的用途，例如单黑色导线多用于搭铁，单红色导线多用于电源线。ＣＡＮ总线数据传输系统随着汽车上电气元件越来越多，线束也越来越复杂，线束出现故障的几率也随之提高。为了解决这个问题，汽车设计人员在不断进行线束简化，很多汽车引入了ＣＡＮ总线数据传输系统。（１）ＣＡＮ总线汽车行驶时，各系统控制单元之间需要不断进行数据交换（图３），这就需要一个良好的数据传递方式。目前ＣＡＮ总线系统广泛用于控制单元之间的数据传输，例如发动机控制单元、变速器控制单元以及巡航系统控制单元之间的数据传输。按照传统线束设计，２个控制单元之间有几个信号传递就需要几条信号传输线，这样就会使控制单元针脚数增加和线路复杂。ＣＡＮ总线是控制单元区域网络（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）系统，属于多路传输系统。与传统线束相比，多路传输系统大大减少了导线和插件数目，使线束布置更加简化。使用了ＣＡＮ总线的汽车，无论各控制单元之间传递的信息量有多大，每个控制单元都只需要引出２条双向数据线共同接在２个节点上，这２条双向数据线就称为ＣＡＮ总线。（２）ＣＡＮ协议为了使各控制单元能够从ＣＡＮ总线中识别出自己需要的信息，并提供信息到ＣＡＮ总线，各控制单元必须遵守相同的通讯协议，这就是ＣＡＮ协议。在ＣＡＮ协议的规范下，大量的信息在双绞线、同轴电缆或光导纤维等介质的ＣＡＮ总线内高速传递。（３）ＣＡＮ总线的特点数据总线与其他部件组合在一起就成了数据传输系统，ＣＡＮ总线的特点如下。①ＣＡＮ总线符合国际标准，便于不同的控制单元间进行数据高速传输，即使控制单元是不同厂家生产。②利用最少的传感器信号线来传递多用途的传感器信号。③控制单元和控制单元插脚最小化应用，从而节省更多的有限空间。④如果系统需要增加新的功能，仅需升级软件即可。⑤通过控制单元和辅助安全措施对传递信息的持续检查，可以达到最低的故障率。⑥各控制单元对所连接的ＣＡＮ总线进行实时监测，如出现故障该控制单元会存储故障码。（４）ＣＡＮ总线传输系统的构成在ＣＡＮ总线传输系统中，每个控制单元内部都增加了一个ＣＡＮ控制器，一个ＣＡＮ收发器，每个控制单元外部都连接了２条ＣＡＮ总线，在系统中还有２个控制单元分别附加有１个数据传输终端。①ＣＡＮ控制器。接收控制单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给ＣＡＮ收发器。同时ＣＡＮ控制器也接收收发器的数据，处理并传给微处理器。②ＣＡＮ收发器。是一个发送器和接收器的组合，它将ＣＡＮ控制器提供的数据转化为电信号并通过数据总线发送出去，同时它也接收总线数据，并将数据传到ＣＡＮ控制器。③数据传输终端。它是一个电阻器，作用是避免数据传输终了被反射回来并产生反射波，这将使数据遭到破坏。④ＣＡＮ数据总线。用以传输数据的双向数据线，分为ＣＡＮ高位（ＣＡＮ－ｈｉｇｈ）和ＣＡＮ低位（ＣＡＮ－ｌｏｗ）数据线。任何产生电磁波的物体均可干扰数据传输，例如点火高压电、电磁线圈开关、移动电话以及电视信号发射塔等。为了防止外界电磁波干扰，ＣＡＮ总线采用２条数据线缠绕在一起，２条线上的电压是相反的，即如果一条线的电压是０Ｖ，则另一条线就是５Ｖ，这样２条线的电压和总保持常值，而且数据线自身产生的电磁效应也会由于极性相反而互相抵消。（５）数据传输过程数据没有指定的接收器，数据通过数据总线发送并由各控制单元接收和计算。例如，发动机控制单元将其他控制单元需要的数据传输到ＣＡＮ总线中，ＣＡＮ总线传输系统中的其他控制单元收发器均可以接收到此数据，需要这些数据的控制单元的ＣＡＮ收发器从ＣＡＮ总线中接收这些数据，转换信号并发给本控制单元的控制器，不需要这些数据的控制单元会将数据判断为无用，并将这些数据忽略掉。ＣＡＮ总线数据传输系统分类目前汽车上的ＣＡＮ总线的连接方式主要有２种。一条ＣＡＮ总线用于动力系统的高速传输，另一条ＣＡＮ总线用于车身系统的低速传输（图６）。动力系统和车身系统ＣＡＮ总线之间有“网关”连接，以实现各个系统之间的信息共享。下面以大众公司ＣＡＮ系统为例简要说明。（１）动力ＣＡＮ数据传输系统动力ＣＡＮ数据总线上主要连接发动机控制单元、自动变速器控制单元以及ＡＢＳ控制单元，控制单元之间的优先权顺序为ＡＢＳ／ＥＤＬ控制单元→发动机控制单元→自动变速器控制单元。在动力ＣＡＮ数据传输系统中，数据传递应尽可能快速，以便及时利用数据，所以需要一个高性能的发送器。发送器会促进点火系统间的数据传递，这样就使接收到的数据可以应用到下一个点火脉冲中。ＣＡＮ数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中，在特殊情况下，连接点也可能设在发动机电控单元内部。（２）舒适ＣＡＮ数据传输系统舒适ＣＡＮ数据总线上主要连接中央门锁控制单元、空调控制单元以及其他辅助电器等，控制单元之间的优先权顺序为中央控制单元→驾驶员侧车门控制单元→前排乘客侧车门控制单元→左后车门控制单元→右后车门控制单元→空调控制单元。控制单元的各条传输线采用星形连接，如果一个控制单元发生了故障，其他控制单元仍可发送各自的数据。如果线路中某处出现对地短路，对正极短路或线路间短路，ＣＡＮ系统会立即转为应急模式运行或转为单线模式运行。由于舒适系统中的数据可以用较低的速率传递，所以该发送器性能比动力传动系统发送器的性能低。