網絡技術畢業(yè)論文--網絡技術在汽車中的運用

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　論文題目：網絡技術在汽車中的運用</p><p>　　年 級：09級 </p><p>　　專 業(yè)：汽車制造與裝配技術 </p><p>　　姓 名： </p&

2、gt;<p>　　指導老師： </p><p>　　時 間：2012.5.15 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要......................................... 3</p><p

3、>　　關鍵詞....................................... 3</p><p>　　引言............................................ 5</p><p>　　一、計算機網絡技術在汽車上應用的基本原理. . . 6</p><p>　　二、計算機網絡系統(tǒng)在汽車上應用的優(yōu)越. . . .

4、 . .7</p><p>　　三. 網絡技術汽車內部應用. . . . . . . . . . . .12</p><p>　　四、網絡技術汽車外部應用. . . . . . . . . . . 16</p><p>　　五、結束語.......................... . . . . .16</p><p>　　參考文獻 .

5、................................... 17</p><p>　　摘要：在近十年里，用戶對于汽車的舒適性、安全性以及環(huán)保等各種性能的要求不斷提高。為了滿足這些日益增加的需求，汽車上計算機控制的電子電器設備急劇增加，使得汽車（特別是轎車）設計中電器線路的布置越來越困難。此外，由于汽車上各種電子電器的接插點的數(shù)量隨之劇增，汽車行駛過程中因為接插點的故障造成汽車上電子電器設備的功能失效

6、的問題越來越突出。為了解決上述問題，很多新車型（特別是高檔車型）的開發(fā)中開始廣泛地應用計算機網絡技術。本文介紹了計算機網絡技術在汽車中應用的基本原理，并介紹了該技術在神龍公司的薩拉-畢加索車上的應用。</p><p>　　關鍵詞：汽車 計算機控制 網絡技術</p><p>　　引言：在近十年里，隨著人們對于汽車的舒適性的要求不斷提高，各種計算機控制的設備越來越多的應用在汽車上。例如：計算機

7、控制的自動變速系統(tǒng)、主動懸架系統(tǒng)、自動空氣調節(jié)系統(tǒng)、駕駛員座椅自動調節(jié)系統(tǒng)、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、帶換碟機的多碟CD 音響系統(tǒng)、密碼防盜系統(tǒng)等。 此外，由于人們對于汽車安全性要求的提高，汽車制動防抱（ABS）及防滑系統(tǒng)，多安全氣囊以及汽車前后防撞雷達報警系統(tǒng)在轎車上也廣泛應用。 隨著人們對于環(huán)境保護的日益重視，汽車排放法規(guī)的限值要求越來越嚴格，車載排氣污染物監(jiān)測系統(tǒng)也隨之開始在汽車上應用。 到2000 年，汽車上所裝的各種電子電器設

8、備的成本大約為整車成本的30%，而且這種趨勢仍然在繼續(xù)發(fā)展。 表1 和表2 分別給出了從20 世紀60 年代到90 年代轎車上電線束的長度以及接插點數(shù)量的增長情況。 進入21 世紀，隨著計算機技術的發(fā)展和普及，汽車上各種運用計算機、傳感器以及執(zhí)行器組成的控制系統(tǒng)得到了更加廣泛的應用。而在傳統(tǒng)的汽車設計中，每一個自動控制系統(tǒng)就需要一個專用的計算機單元。 如此多的控制計算機、傳感器、執(zhí)行器，以及為實現(xiàn)各種控制需要的各計算機單元之

9、間的數(shù)</p><p>　　表1 電線束長度的變化 表2 接插點數(shù)量的變化汽車上電線束的長度以及接插點數(shù)量的急劇增加，使得汽車設計中電器線路的布置越來越困難。第一，由于空間的限制，汽車（特別是轎車）上有限的空間內難以布置下更長的電線束和更多的接插點。例如，在20 世紀90 年代末，僅僅在駕駛員座椅前儀表板內的電線束數(shù)量就達到300 多根；第二，隨著電線束數(shù)量的增加，電線束的設計越來越復雜。其復雜性在于除了需要考慮

10、計算機單元、傳感器以及執(zhí)行器之間的聯(lián)接外，還要考慮不同系統(tǒng)之間如何通信，系統(tǒng)之間如何共用接地點，才不會產生電位差，以及如何抗干擾，保證信號不失真；第三，數(shù)量巨大的電線束和接插件使得汽車成本不斷上升；第四，由于電線束接插點的數(shù)量的增加，造成汽車行駛時由于接插點故障導致的汽車上某個甚至整個控制系統(tǒng)的功能失效問題增多。因此，將計算機網絡技術應用到汽車上十分必要。 </p><p>　　1 計算機網絡技術在汽車上應用的基

11、本原理 要在汽車上運用計算機網絡技術實現(xiàn)不同控制系統(tǒng)的計算機的控制功能，以及運用計算機網絡技術實現(xiàn)不同控制系統(tǒng)的計算機之間的信息通信，其基本原理是運用計算機總線技術，將汽車上各個控制系統(tǒng)的計算機控制單元組成汽車上的局域網絡，通過計算機網絡傳遞數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)不同控制系統(tǒng)之間的信息傳遞和共享，同時減少傳統(tǒng)汽車電器系統(tǒng)設計中的線束和接插件。 在將計算機網絡技術應用于汽車上的研究開發(fā)過程的初始階段，由于不同國家的各個汽車公司，對于開發(fā)過程

12、的信息和技術都相對獨立和相對保密。一般僅僅是一個國家的幾個汽車公司共同開發(fā)，技術分享，因此，到目前為止，形成了多種互不相同的汽車計算機局域網絡總線： （1） J1850：美國通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司聯(lián)合開發(fā)和共用的總線。盡管美國的三大汽車公司共用一種汽車計算機網絡總線，但是，由于每個公司汽車產品中所用的計算機通信協(xié)議是不相同，因此，其汽車計算機網絡控制系統(tǒng)是不盡相同的。 （2） A 總線：德國大眾公司專用的汽車計算機網絡總

13、線。 （3） CAN 總線：德國標準化的總線。開始是由德國博世（BOSCH）公司開發(fā)</p><p>　　2 計算機網絡系統(tǒng)在汽車上應用的優(yōu)越</p><p>　　2.1 計算機網絡系統(tǒng)運用在汽車上可以減少布置空間、降低成本 在傳統(tǒng)的汽車計算機控制系統(tǒng)設計中，僅僅為了實現(xiàn)各個系統(tǒng)（如發(fā)動機燃油電子噴射控制系統(tǒng)與自動變速器控制系統(tǒng)等）控制計算機之間的信息通信，就需要很多的線束

14、和接插件，再加上系統(tǒng)控制計算機與提供信息的傳感器、執(zhí)行計算機指令實現(xiàn)控制過程的執(zhí)行器之間聯(lián)接的線束和接插件，線束的長度和接插件的數(shù)量達到了驚人的數(shù)量，本文的前言中已經予以介紹。以下僅以四個計算機控制系統(tǒng)為例說明。 </p><p>　　圖3 傳統(tǒng)的設計方案圖3 為四個計算機控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)汽車控制系統(tǒng)設計中，僅僅為了實現(xiàn)各個系統(tǒng)控制計算機之間的一種信息通信功能，至少需要6 對線束。而在圖4 的計算機網絡系統(tǒng)中，只需

15、要1 根總線（2 根線）， 就能夠實現(xiàn)傳統(tǒng)設計中至少6 對線束才能完成的系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信功能。僅僅傳遞一種信息，運用計算機網絡系統(tǒng)就可以減少2 對線束和4 對接插件。隨著計算機控制系統(tǒng)之間傳遞信息量的增加，傳統(tǒng)汽車控制系統(tǒng)設計中的線束和接插件急劇增加，而運用計算機網絡系統(tǒng)則可以在1 根總線中傳遞多路信息，因此簡化了汽車的線束和接插件，即減少汽車的線束長度和接插件的數(shù)量。與此同時，運用計算機網絡系統(tǒng)可以減少線束和接插件布置時需要的空間，

16、降低成本。隨著汽車上的計算機控制系統(tǒng)的不斷增加，如圖5 中給出的某車型上的復雜的控制系統(tǒng)，運用計算機網絡系統(tǒng)這種優(yōu)越性就顯得更為突出。減少的線束和接插件的布置空間可以使得汽車設計過程中的布置更加容易，同時可以用來增加新的功能，以滿足用戶的需求。 </p><p>　　圖4 計算機網絡通信設計方案 </p><p>　　圖5 某車型計算機網絡系統(tǒng)</p><p>　　

17、2.2 計算機網絡系統(tǒng)運用在汽車上可以管理更多的信息 傳統(tǒng)的汽車計算機控制系統(tǒng)之間的信息是通過線束傳遞，傳遞的是模擬量的信息，如代表發(fā)動機轉速、車速、溫度或壓力等物理量變化的電壓、電流等（圖6）。由于傳遞的信息的是模擬量，加上線束與接插件的布置空間、以及顯示儀表的布置空間的限制，各個控制系統(tǒng)之間的信息傳遞極其有限，各種信息一般是局限在本控制系統(tǒng)內部進行管理，不能提供給其它控制系統(tǒng)共享，提供給駕駛員的信息則更少。 </p>

18、<p>　　圖6 傳統(tǒng)的模擬量信息傳遞 圖7 計算機網絡數(shù)字化信息傳遞汽車計算機網絡系統(tǒng)采用了計算機總線控制技術，通過計算機總線傳遞的信息是數(shù)字化的信息流，發(fā)出信息的計算機根據(jù)通信協(xié)議對本控制系統(tǒng)中的各種信息進行編碼后將信息發(fā)出，其他需要利用該信息的計算機根據(jù)通信協(xié)議對信息進行解碼后即可獲得信息（圖7）。因此，計算機網絡系統(tǒng)運用在汽車上可以使得汽車上的各個控制計算機單元通過汽車上的局域計算機網絡，從網絡上獲取所需的信息，或

19、者將本控制系統(tǒng)中的各種信息發(fā)送給其它需要該信息的控制系統(tǒng)。汽車的中央控制計算機可以對所有控制系統(tǒng)的各種信息進行管理，并通過多功能顯示屏向駕駛員提供盡可能多的信息，例如汽車的百公里燃油油耗、瞬時燃油消耗、續(xù)航里程、平均車速等，此外，還可以對汽車局域計算機網絡內的各個計算機控制系統(tǒng)的工作狀況進行監(jiān)測，記錄各個控制系統(tǒng)所發(fā)生的故障等。</p><p>　　2.3 計算機網絡系統(tǒng)運用在汽車上可以提高汽車電器系統(tǒng)的可靠性

20、由于傳統(tǒng)的汽車計算機控制系統(tǒng)之間的信息傳遞是通過線束，傳遞的是模擬量的信息。而模擬量信號在傳遞過程中容易受到外界的干擾。例如，汽車行駛時由于汽車的振動引起的接插件接觸不良、線束屏蔽不良受到外界電磁輻射、接地不良以及不同控制系統(tǒng)的接地電壓存在電壓差等，都會引起所傳遞的信息失真，導致接收信息的計算機控制系統(tǒng)發(fā)出錯誤的執(zhí)行指令。 汽車計算機網絡系統(tǒng)傳遞信息的網絡總線一般為雙線，二根線上傳遞的是大小相等、相位相反的數(shù)字化信號（圖8）。當

21、信息在傳遞過程中受到外界干擾時，二根線上感受到的干擾信號的強度是基本相同的，接受信息的控制計算機只需要對所接收到的受到外界干擾的信號進行濾波，即可將外界的干擾降低到最低。因此，計算機網絡系統(tǒng)運用在汽車上除了可以減少布置空間、降低成本外，另外一個最大的優(yōu)越性就是，可以最大限度的降低外界電磁輻射的影響，抗干擾能力強，而且可以補償接地不良等問題，從而保證所傳遞的信息具有較高的可信度。此外，由于汽車計算機網絡系統(tǒng)傳遞信息的總線為雙線，當傳遞信息

22、的總線中的一根線出現(xiàn)故障（如斷路、短路）時，信息仍然可以</p><p>　　圖8 汽車計算機網絡系統(tǒng)中的信息傳遞2.4 計算機網絡系統(tǒng)在薩拉-畢加索汽車上的應用神龍公司的薩拉-畢加索車以其獨特的外型設計和舒適的內部駕乘空間獲得過歐洲汽車設計獎。然而，該車的最大的特點是在電路系統(tǒng)設計中應用了計算機網絡系統(tǒng)。 薩拉-畢加索車的計算機網絡系統(tǒng)主要用于舒適性方面，如自動空氣調節(jié)系統(tǒng)、衛(wèi)星導航系統(tǒng)等。該車的計算機網絡

23、系統(tǒng)（VAN 總線）示意圖如圖9 所示。在該車的計算機網絡系統(tǒng)中，中央控制計算機與圖9所示的各子系統(tǒng)的控制計算機單元之間的信息通信是通過VAN 總線實現(xiàn)，中央控制計算機與其他子系統(tǒng)的控制計算機單元（如發(fā)動機控制系統(tǒng)、ABS 控制系統(tǒng)等）之間的通信，仍然是用普通的線束實現(xiàn)。 </p><p>　　圖9 薩拉-畢加索車的計算機網絡系統(tǒng)示意圖薩拉-畢加索汽車的中央控制計算機可以通過計算機網絡實時管理41 個主要的系統(tǒng)信

24、息，例如，鑰匙防盜密碼、車門是否開啟、前雨刮在停車時降低工作檔位、后雨刮在倒車時自動工作、燃油量、燃油消耗量、續(xù)航里程、超速報警、低溫行車時提示以及到達保養(yǎng)里程提示等等，并且還可以監(jiān)測和記錄各個控制系統(tǒng)工作中的故障，對于重要的故障，如發(fā)動機控制系統(tǒng)、ABS、安全氣囊系統(tǒng)等故障，可以用報警燈提示駕駛員注意，同時便于在車輛維修時維修人員利用故障診斷儀讀取車輛所發(fā)生的故障，在盡可能短的時間內排除故障。 </p><p>

25、;　　3網絡技術汽車內部應用 </p><p>　　3.1網絡技術汽車內部應用概況  比較高級汽車上裝有幾十個微控制器，上百個傳感器，這就給汽車進行網絡應用提供了條件，解決了汽車一直存集中控制和分散控制矛盾。所謂分散控制就是汽車上一個部件如點火或噴油，用一個微控制器進行控制，這是微機汽車上應用起始。后來又發(fā)展到汽車集中控制系統(tǒng)，他又分為：    (

26、1)完全集中控制系統(tǒng)如美國通用汽車公司采用一個微機系統(tǒng)分別控制汽車防滑制動、牽引力控制、優(yōu)化點火、超速報警、自動門鎖和防盜等。    (2)分級控制系統(tǒng)如日產公司分級控制系統(tǒng)，他用1臺中央控制計算器指揮4臺微機，分別控制防滑制動、優(yōu)化點火、燃油噴射、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?#160;   (3)分布集中控制是汽車各大部分而進行分塊集中控制，如發(fā)動機、底盤、信息、顯示和報警等

27、幾大件控制系統(tǒng)，如日本五十鈴生產汽車ITEC系統(tǒng)，他對發(fā)動機點火、燃油噴射、怠速及廢氣再循環(huán)進行集中控制。    上述各種類型控制都有優(yōu)缺點，但網絡汽車上應用后，就可發(fā)揮各型控制優(yōu)點，克服了他們缺點。例如集中控制和分散控制最大問題是可靠性問題，如完全集中控制，一旦微機出現(xiàn)故障全車癱瘓。采用網絡技術后，共用所有傳感器，還可以共用其他設</p><p>　　3.2汽車內部網絡

28、標準  目前存多種汽車網絡標準，其側重功能有所不同，為方便研究和設計應用，SAE車輛網絡委員會將汽車數(shù)據(jù)傳輸網劃分為A，B，C三類。  A類面向傳感器/執(zhí)行器控制低速網絡、數(shù)據(jù)傳輸位元速率通常1～10 kb/s。主要應用于電動門窗、座椅調節(jié)、燈光照明等控制。  B類面向獨立模塊間資料共享中速網絡，位元速率一般為10～100 kb/s。主要應用于電

29、子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統(tǒng)，以減少冗余傳感器和其他電子部件。  C類面向高速、實時閉環(huán)控制多路傳輸網，最高位元速率可達1 Mb/s，主要用于懸架控制、牽引控制、發(fā)動機控制、ABS等系統(tǒng)，以簡化分布式控制和進一步減少車身線束。到目前為止，滿足C類網要求汽車控制局域網CAN協(xié)議。  3類網絡功能均向下涵蓋，即B類支持A類網功能；C類網能同時實現(xiàn)B類和A類網功能

30、。3.3控制局域網絡CAN主要特性及其應用  按汽車局域網發(fā)展趨勢，不久將來CANC類網將逐步普及，并占據(jù)主導位。  控制器局域網CAN是20世紀80年代初BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間實時數(shù)據(jù)交</p><p>　　4網絡技術汽車外部應用  汽車上網系統(tǒng)，是一種無線網絡結構。他，人們駕駛汽車時就可以像家一樣進行上

31、網、發(fā)Email等所有網上操作。目前不少公司進行這方面工作。如IBM公司和Motorola公司已合作開發(fā)車用無線Internet技術，這項技術將使駕駛員和乘客能夠車上發(fā)送電子郵件以及從事網上各種活動，如電子商務和網上購物、查看股市行情和天氣預報等。另外Microsoft公司新推出了專門為“車上網”設計Auto PC軟件，采用Windows CE操作系統(tǒng)，他具有交互式語言識別等各種多媒體功能。這種功能能夠有效保障汽

32、車行車安全，他可以讓汽車駕駛員手不離方向盤、眼不離行駛前方情況下，與PC機系統(tǒng)交換各種信息，例如行車前方交通狀況有無塞車、最短時間導航等；也可以他車上收發(fā)Email、打網絡電話和其他上網活動。革新   通用公司開發(fā)了“車上網”系統(tǒng)，還裝有車載自動化辦公系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了超高速光纖串行數(shù)據(jù)通道（MML），具有多路數(shù)字式影音能力，可以有效調控多信道大容量輸入、輸出信號，例如CD、DVD、顯示器、電視接收天線、

33、音響和全球衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)都可以和該系統(tǒng)交換信息。</p><p>　　5 結束語 本文介紹了計算機網絡技術在汽車上應用的基本原理及其在汽車內外部的應用，并介紹了該技術在神龍公司的薩拉-畢加索車上的應用。 計算機網絡系統(tǒng)在汽車上應用優(yōu)點很多：可以使得汽車設計中線束和接插件的數(shù)量大幅度減少，汽車設計時電線束和接插件的布置更加容易；在同樣數(shù)量電線束的條件下（與傳統(tǒng)的汽車電路系統(tǒng)設計相比）可以增加汽車的功能；可

34、以管理的公用信息以及可以提供給駕駛人員的信息大幅度增加；而且可以提高汽車各種控制系統(tǒng)的可靠性等。 計算機網絡系統(tǒng)在汽車上應用，對于汽車（特別是轎車）的設計無疑會帶來一次汽車設計上的變革，使汽車的設計人員可以開發(fā)出功能更全、更加舒適，并且可靠性更高的令用戶滿意的汽車</p><p>　　參考文獻 1.M. Francois MORIN. Architecture electrique et electroni

35、que des vehicules. Congress international S.I.A. Toulouse 1998 2. M. J.M CLIQUE. Le multiplexage chez PSA. Congres international S.I.A. Toulouse 1998 3. PSA. FORMATION MULTIPLEXAGE-Formation cableurs. Manuel de Formati

36、on Multiplexage PSA 4.李令舉，巨永鋒.汽車電腦控制設備原理與維修［M］.北京：電子工業(yè)出版社，19995.蘇月瓊.世界汽車電子系統(tǒng)發(fā)展前瞻［J］.電子產品世界，2001，（6A）6.陽憲惠.現(xiàn)場總線技術及其應用［M］.北京：清華大學出版社，19997.鄔寬明.CAN總線<