网络技术在汽车中的应用.docx
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网络技术在汽车中的应用
宜宾职业技术学院
毕业论文
题目：
网络技术在汽车中的应用
系部现代制造工程系
专业名称汽车运用技术专业
班级\
姓名***
学号\
指导教师 \
网络技术在汽车中的应用
摘要
在近十年里，用户对于汽车的舒适性、安全性以及环保等各种性能的要求不断提高。
为了满足这些日益增加的需求，汽车上计算机控制的电子电器设备急剧增加，使得汽车（特别是轿车）设计中电器线路的布置越来越困难。
此外，由于汽车上各种电子电器的接插点的数量随之剧增，汽车行驶过程中因为接插点的故障造成汽车上电子电器设备的功能失效的问题越来越突出。
为了解决上述问题，很多新车型（特别是高档车型）的开发中开始广泛地应用计算机网络技术。
本文介绍了计算机网络技术在汽车中应用的基本原理，并介绍了该技术在汽车上的运用。
关键词：
汽车计算机控制网络技术
目录
1前言1
2网络技术概述2
3网络技术汽车应用情况分析3
3.1网络技术汽车内部分析3
3.2网络技术汽车外部分析6
4计算机网络系统在汽车上应用的分析8
4.1减少布置空间、降低成本8
4.2管理更多的信息9
4.3提高汽车电器系统的可靠性10
5汽车网络技术发展前景13
结论15
致谢16
参考文献17
1前言
目前汽车电子技术中最活跃的领域包括网络化、线控技术和42V技术，其中网络技术是关键部分。
它已不仅是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加间题的技术，其通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在车上应用的一个基础，它是车上信息与控制系统的支撑。
目前较高档轿车上的电子系统成本已达20%强，而且增长很快。
新技术的生长点几乎无一不与电子技术相关随着电子部件价格的降低，电子技术向低档车延伸的速度也很快。
汽车上电子装置都将连接到车上网络系统中，所以网络相关软硬件必然要成为每一个控制单元软件中的一部分。
网络使车上电子装置成为一个整体。
网络技术也为通过通信传输操纵信息的“线控CBW（Control-By-Wire）”技术提供了有力的支撑。
它将改变汽车和一些机械系统的构造，提高整体驾驶操作水平，降低事故率，提高经济效益。
虽然车上网络技术已经得到较广泛的应用，但对于进一步的需求来看还有很多工作要做。
目前尚没有满足成本低、可靠并具有容错能力、时间特性好（包括实时性和事件响应时间设计时可确定性等）和可扩展性好的网络系统汽车上网络应用的层次和目的变化很大。
由于汽车对成本价格的敏感，用性能高的系统覆盖低层应用，成本上无法接受。
因此，汽车上将是多种层次网络的互连网结构。
2网络技术概述
要在汽车上运用计算机网络技术实现不同控制系统的计算机的控制功能，以及运用计算机网络技术实现不同控制系统的计算机之间的信息通信，其基本原理是运用计算机总线技术，将汽车上各个控制系统的计算机控制单元组成汽车上的局域网络，通过计算机网络传递数据流，实现不同控制系统之间的信息传递和共享，同时减少传统汽车电器系统设计中的线束和接插件。
在将计算机网络技术应用于汽车上的研究开发过程的初始阶段，由于不同国家的各个汽车公司，对于开发过程的信息和技术都相对独立和相对保密。
一般仅仅是一个国家的几个汽车公司共同开发，技术分享，因此，到目前为止，形成了多种互不相同的汽车计算机局域网络总线：
J1850：
美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司联合开发和共用的总线。
尽管美国的三大汽车公司共用一种汽车计算机网络总线，但是，由于每个公司汽车产品中所用的计算机通信协议是不相同，因此，其汽车计算机网络控制系统是不尽相同的。
A总线：
德国大众公司专用的汽车计算机网络总线。
CAN总线：
德国标准化的总线。
开始是由德国博世（BOSCH）公司开发，主要用于机器人控制。
由于CAN总线的数据传输速率较高，现在许多汽车公司都将CAN总线用于汽车计算机网络系统。
VAN总线：
法国汽车标准化总线。
由法国的雷诺汽车公司和标致集团联合开发的汽车计算机网络总线。
同样，法国的雷诺公司和法国标致集团共用VAN汽车计算机网络总线，但是二个公司计算机网络所用的通信协议不相同，使得它们的汽车计算机网络控制系统也不相同。
专门的解决方案：
德国的宝马（BMW）和日本的一些汽车公司采用了自己专门的解决方案，等等。
3网络技术汽车应用情况分析
3.1网络技术汽车内部分析
（1）内部应用分析
比较高级汽车上装有几十个微控制器，上百个传感器，这就给汽车进行网络应用提供了条件，解决了汽车一直存集中控制和分散控制矛盾。
所谓分散控制就是汽车上一个部件如点火或喷油，用一个微控制器进行控制，这是微机汽车上应用起始。
后来又发展到汽车集中控制系统，它又分为：
1）完全集中控制系统如美国通用汽车公司采用一个微机系统分别控制汽车防滑制动、牵引力控制、优化点火、超速报警、自动门锁和防盗等。
2）分级控制系统如日产公司分级控制系统，他用1台中央控制计算器指挥4台微机，分别控制防滑制动、优化点火、燃油喷射、数据传输等。
3）分布集中控制是汽车各大部分而进行分块集中控制，如发动机、底盘、信息、显示和报警等几大件控制系统，如日本五十铃生产汽车ITEC系统，他对发动机点火、燃油喷射、怠速及废气再循环进行集中控制。
上述各种类型控制都有优缺点，但网络汽车上应用后，就可发挥各型控制优点，克服了他们缺点。
例如集中控制和分散控制最大问题是可靠性问题，如完全集中控制，一旦微机出现故障全车瘫痪。
采用网络技术后，共用所有传感器，还可以共用其他设备，如进行了环形网控制，几十个微机，个别出现问题，是环形结构网络，整车还可以正常运行。
网络汽车上应用增加许多功能，增强了可靠性，这是汽车控制中最重要问题之一。
汽车内部网络除具有一般网络优点外，还应具有以下特点：
①针对不同汽车电子设备配置，无需对整个系统进行重新设计就可以使用，扩展容易。
②系统所用软硬件均是普遍流行器件，设计人员易于进行开发和升级。
资料一致性。
③所有子系统均使用同一资料，减少了传感器使用，还资料同一性提高了子系统控制精度，解子系统采集、转换资料所带来负担，提高了工作效率。
④生产成本降低所需传感器、导线束及接插件减少，导致生产成本降低和安装工作减轻。
⑤大量资料交换流通，使不增加硬件情况下提高、扩充子系统功能成为现实。
使车载电子设备自诊断成为现实。
汽车局域网研究与开发国内外都进行，有已取成效。
为适应汽车网络控制需要，更好各控制系统之间完成交流信息、协调控制、共享资源及标准化与通用化，世界各国都正积极合作，进行统一标准，共同研制。
国外网络标准制定以及符合网络通信标准微处理器、通信协议等方面都已经有了成果。
网络标准方面代表作有Bosch公司制定控制器局域网络（CAN）协议和Intel推出SAEJ18065网络标准。
又如Philips，Intel，Motorola等公司推出了符合网络相关协议微处理器产品。
同时，为整合各种标准，一份有关汽车网络国际标准正国际标准化组织起草。
（2）汽车内部网络标准
目前存多种汽车网络标准，其侧重功能有所不同，为方便研究和设计应用，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A，B，C三类。
A类面向传感器/执行器控制低速网络、数据传输位元速率通常1～10kb/s。
主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。
B类面向独立模块间资料共享中速网络，位元速率一般为10～100kb/s。
主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余传感器和其他电子部件。
C类面向高速、实时闭环控制多路传输网，最高位元速率可达1 Mb/s，主要用于悬架控制、牵引控制、发动机控制、ABS等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。
到目前为止，满足C类网要求汽车控制局域网CAN协议。
3类网络功能均向下涵盖，即B类支持A类网功能；C类网能同时实现B类和A类网功能。
（3）控制局域网络CAN主要特性及其应用
按汽车局域网发展趋势，不久将来CANC类网将逐步普及，并占据主导位。
控制器局域网CAN是20世纪80年代初BOSCH公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间实时数据交换而开发一种串行通信协议，经多次修订，于1991年9月形成技术规范2.0版本。
CAN具有如下特性：
国际标准ISO11898规范，CAN总线规范2.0PART90，PARTB。
CAN可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以任意时刻主动向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。
CAN网络上节点（信息）可分成不同优先级，可以满足不同实时要求。
CAN采用非破坏性总线裁决技术，当2个节点同时向网络上传送信息时，优先级低节点主动停止数据发送，而优先级高节点可不受影响继续传输数据，大大节省了总线冲突裁决时间；最重要是网络负载很重情况下会出现网络瘫痪情况。
CAN可以点对点，一点对多点（成组）及全局广播几种方式传送接收数据。
CAN直接通信距离最远可达10 km（速率5 kb/s以下）。
CAN通信速率最高可达1 Mb/s（此时距离最长40 m）。
CAN上节点数实际可达110个。
CAN采用短帧结构，每一帧有效字节数为8个，这样传输时间短，受干扰概率低，且具有极好检错效果。
CAN每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。
通讯介质采用廉价双绞线即可，无特殊要求。
CAN节点错误严重情况下，具有自动关闭总线功能，切断他与总线联系，以使总线上其他操作不受影响。
NRZ编码/解码方式，并采用位填充技术。
其良好运行特性、极高可靠性和独特设计，特别适合现代汽车各电子控制单元之间互联通讯，也越来越受到其他业界欢迎。
国外，尤其是美国和欧洲，CAN已被广泛应用于汽车（如BENZ，BMW，PORSCHE，JAGUAR等）、火车、船舶、机器人、楼宇自动化、机械制造、数控机床、医疗器械、液压传动、自动化仪表等领域。
目前，支持CAN协议有INTEL，MOTOROLA，PHILIPS，SIEMENS，NEC，HONEYWELL等百余家国际著名公司，其中CAN应用器件也琳琅满目、层出不穷，已经逐步形成产品系列。
目前市场上最常见CAN总线产品PHILIPSPCA82C200，SJA1000，P8XC591，P8XC592，PCA82C250等，其中SJA1000和PCA82C200为独立CAN控制器，P8XC591和P8XC592将微控制器和CAN通讯控制器集成为一体，82C250是CAN总线收发器，用于CAN器件与物理总线连接。
用CAN组成汽车网络系统资料信息量非常大，有快速变化信号和渐变信号。
为保证总线上交通畅通，重要信息发生总线访问冲突时优先发送，合理安排资料信息总线访问优先级显尤为重要。
各电子控制单元正常工作所能容许最大时间延迟是决定资料访问总线优先级最主要因素。
对转矩、车速及发动机转速等快速变化信号必须进行高速采样，并以相应速率总线上传输，数据总线访问优先级也高。
对进气温度、冷却液温度、燃油温度等变化较慢信号每隔100 ms或1 min采样一次就完全足够，数据总线访问优先级相应就很低。
同样一个参数信号对控制系统正常工作显非常重要，也可获较高优先级。
值注意是，数据总线访问优先级设定固定不变，各种外部参数和汽车驾驶情况变化而不断变化。
如发动机控制，是点火时间控制，燃油喷射控制，都必须和发动机转速同步，发动机转速较高时，控制信号总线访问优先权提高，发动机转速较低时，控制信号总线访问优先权相应降低。
3.2网络技术汽车外部分析
汽车上网系统，是一种无线网络结构。
人们驾驶汽车时就可以像家一样进行上网、发Email等所有网上操作。
目前不少公司进行这方面工作。
如IBM公司和Motorola公司已合作开发车用无线Internet技术，
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