汽车多路总线传输系统的实验研究o

汽车多路总线传输系统的实验研究1引言随着科技的飞速发展，汽车装备日趋完善，车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽车电气系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。如果按照常规的点到点间的布线法，则整个汽车的布线将十分复杂，显得很凌乱。尤其是在高档客车中，传统布线不仅增加了布线的复杂程度，而且布线所需的铜线也成倍增加。据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其电线长度可达2km，电气节点高达1500个，而且，据经验，该数字大约每10年增长1倍，从而加剧了粗大的线束与汽车有限的可用空间之间的矛盾。一般情况下，线束都装在纵梁下等看不到的地方，一旦线束中出了问题，不仅查找相当麻烦，而且维修也很困难。另外，每个车型的线束都不一样，每种车都要单独设计，从而增加了设计和试制的难度。有时需替代某个落后的电器配件，要增加几根线，因无法加到原线束中，只能从外面加线，从而使线路更凌乱。所以，无论从材料成本还是工作效率看，传统布线法都将不适应汽车的发展。将电子技术用于汽车布线的多路总线传输技术将能够很好地解决上述矛盾。2国内外多路总线传输系统现状早在1968年，艾塞库斯就提出了利用单线多路传输信号的构想。80年代末，博世公司和英特尔公司研制了专门用于汽车电气系统的总线CAN规范，但因CAN总线要求每个端口都有单独的通讯处理能力，这在汽车电气系统一直很难办到。进入90年代，由于集成电路技术和电子器件制造技术的迅速发展，用廉价的单片机作为总线的接口端，采用总线技术布线的价格也逐渐进入了实用化阶段。目前，多路总线传输技术在国外已成功地运用到一些名牌高档汽车上，如奔驰、宝马、保时捷、劳斯莱斯、美洲豹等。一些厂家和公司也对汽车多路总线传输制订了进一步的标准，如美国的SAEJ1708、J1787、J1792以及最新的J1939，各大公司还不断推出新的总线形式及相关标准。飞利浦半导体公司根据CAN规范已开发出P8XC590系统微控制系统，SGM托马森公司也开发出一种以ST9单片机为基础的传输率为41.6kbit/s的总线系统。3汽车多路总线传输系统的研究与设计3.1汽车传统供电系统存在的问题汽车传统供电系统如图1所示，是所谓的并行结构，即一个用电器配一根电力线和一个开关。开关置于驾驶员旁，由驾驶员控制开关通断，控制灯(或其他用电器)的工作。这种结构的缺点是电力线与用电器数目成正比。用电器较多时，电力线的数量与长度都成正比地增加。图1传统供电系统示意图3.2研究的目的设计多路总线传输系统是针对传统供电方式不足而设计的新型供电系统。它变传统的并行供电方式为串行供电方式，见图2。图2多路总线传输系统示意图多路总线传输技术的核心是采用串行总线。本系统采用主从式多机通讯方式，系统只有一台主机，但从机可以有多台，每台从机都有自己唯一的编号。主机发送的信息可以传送到各个指定的从机，即主机向1号从机发送命令时，只有1号从机作出回答，其他从机只接收不回答。从机发送的信号只能为主机所接收，即各从机之间不能直接通讯。它用一根动力线给L1、L2、L3、L4供电，用S1、S2、S3、S4分别控制L1、L2、L3、L4的工作。其中，A、B1、B2都为微处理器，A为主机，B1、B2为从机。主机置于驾驶员旁，驾驶员通过开关S5向主机发布命令，每一个开关对应一个灯或用电器。计算机定时读取开关状态，并通过串行口向从机B1发送命令，从机B1接收到命令后执行开关控制任务。当需要增加用电器时(例如再增加4个灯)，只要将原来的动力线延长至新增加的用电器(L6、L7、L8、L9)旁即可，不必另行增加动力线数量，信号线也不必增加，只要将原来的信号线延长至从机B2旁即可，这将有利于汽车电器的扩充。3.3模拟设计鉴于在设计初期，主要目的是要证明该系统的可行性，以及体现该系统的智能化功能，所以在不改变汽车上现有电器设备和线路的基础上，以最简单的灯光控制为例进行设计。用一根动线给4只灯供电；控制制动灯、示宽灯各一只；控制左、右闪光灯各一只，不用闪光器，直接用计算机模拟。3.4设计原则3.4.1微机的选择微机是该系统的核心，其指标决定了整个系统的性能。另外，还要考虑到价格便宜，体积小，功耗省。经过分析选用了89C2051作为多路总线传输系统的微机，此具有体积小、用CMOS工艺制作、功耗小、供电电压范围宽、价格便宜等特点。3.4.2稳压电源稳压电源至关重要。因为蓄电池与汽车交流发电机、起动机、点火线圈并联，不仅电压波动大，而且含有尖峰脉冲，对微机干扰很大，必须精心设计滤波电路才能保证微机正常工作。本电路采用了电感、电容联合滤波电路，用7805给89C2051提供稳定的5V电压。3.4.3看门狗电路设计为了保证微机的正常工作，除软件上采取措施外，硬件上必须要设计看门狗电路，它能使跑飞的程序恢复正常工作。3.4.4电流环技术的运用考虑到汽车工作时的电磁干扰以及信号传递的可靠性，采用双绞线作为传输介质，设计了串行接口的电流环输入/输出电路，用电流代替电压传输信号。在下一步研究中，将采用光纤传输，以提高传输通道的抗干扰能力。3.5试验结果在试验室对样机进行了测试，确实达到了用一根动力线给4个用电器供电的目的。闪光器用微机模拟，工作正常。为了考察系统的抗干扰能力，曾把该系统装在东风牌140型汽车上，用蓄电池供电，在交流发电机、点火装置正常工作的情况下，考察该系统能否正常工作，结果表明系统一切正常。当然，在可靠性方面，还必须作进一步的试验，使系统更完善。4使用前景汽车多路总线传输系统较传统的供电系统有明显的优越性。a.节省大量的有色金属。原先要用多根动力线控制的用电器，改用多路总线传输系统以后，仅用一根动力线即可，动力线长度至少节省50％以上。b.线束生产省时省工。传统供电系统因为有多根动力线，且每种车型电线长度不一样，其制造安装相对复杂。改用多路总线传输系统以后，包括动力线和信号线只有3根线，极大地简化了生产工艺，降低了成本，节省了工时。c.扩展方便。传统供电系统线束品种多，给组织生产和仓库管理带来了不便。改用多路总线传输系统以后，线束只有长度的区别和控制软件的差别，对硬件的生产带来了极大的方便。增加用电器不必增加动力线、重新设计线束，只要把线束延长即可，即方便，又经济。d.降低了组合开关的成本，延长了寿命。传统供电系统通过组合开关的电流为用电器本身的供电电流，可达几安培至几十安培，改用多路总线传输系统以后仅有几毫安，是原有电流的千分之一，这样，不仅延长了寿命，还降低了成本。e.增加了智能化功能。可直接模拟闪光器、时间继电器等硬件的工作。通过以上的分析可见，汽车多路总线传输系统具有很大的经济效益和广泛的社会效益，这将是以后汽车线束的必然发展趋势。