概述: 汽车自发明以来就一直在不断地被改进,以期持续提高动力性、舒适性、安全性和环境相容性。目前汽车具有非常复杂的电子控制系统以及大量的执行器和传感器。传感器测量车辆中的相关状态,例如发动机温度、车内温度、车轮转速、油位和燃油箱油量等。执行器执行车辆中的规定动作。执行器包括刮水器、座椅调整装置、车窗升降机、冷却器风扇的电动机或制动缸、自动变速器的切换装置、中控锁操控装置、安全气囊触发装置等,而这仅仅是列举了大量执行器中的几个例子为了协调传感器和执行器的工作,长期以来汽车厂家不断开发各种专用电子控制系统。 车辆中装有若干个控制模块,每个控制模块都是车辆中的一个独立的计算机系统并负责规定的任务,例如负责发动机管理的控制模块。在每个控制模块上都连接有传感器和执行器,控制模块收集和分析由传感器测得的实际值,执行器由控制模块根据实际状态进行控制并执行相应的动作,如发动机控制模块根据发动机温度调节冷却液流量。
传统的电子技术是指车辆中每个电气部件至少在电线束中敷设一根相应横断面的导线。例如控制尾灯时,就敷设一根从灯开关到灯泡的导线,如图1-1所示。
故障诊断可通过测量相应导线上的信号变化过程来进行。当电子装置进入车辆中时,一开始也保留了这种信号传输方式。为每个必须在控制模块之间交换的信息在电线束中敷设了一根附加导线。很多车辆包含大量的电子控制系统。
车辆中电子装置的增加,一方面由客户对更高行驶安全性和更高行驶舒适性的要求决定;另一方面是为了满足立法部门对改进排气状态和减小耗油量的要求。能够胜任这些要求的控制模块已在发动机控制、变速器控制和节气门控制以及防抱死系统(ABS)或加速防滑控制(ASR)系统中使用较长时间。采用常规导线连接的控制模块如图1-2所示。
承担复杂控制任务的控制模块应互相协作,为实现功能的复杂性,控制模块之间需要进行大量数据交换。然而由于控制模块功能的复杂性不断增加,如果每个信息都需要一根新导线,那么这会使得导线束无限膨胀。此外对每个信息来说,在发送控制模块上需要一个输出端,在接收控制模块上需要一个输入端。于是需要非常多的插头连接,随之而来的是受干扰性增大。
为了实现控制模块之间复杂性的数据交换功能,开发人员采用计算机的联网技术,并在此基础上开发了总线系统,通过它能够在控制模块之间进行数据交换。
总线可由一根或多根导线构成,通常由两根导线构成,如CAN总线。通过双线总线导线连接的控制模块如图1-3所示。
在总线系统上可并行连接多个控制模块。为了避免通过导线传输数据时发生故障,在总线导线的末端连接终端电阻。在双线总线系统中使用双绞线,并以推挽方式传输信号,这样就能够显著降低外部干扰汽车中装有多种总线系统。下面介绍最重要的几种总线系统,并以CAN总线为例解释控制模块和传输距离的共同作用,以及数据传输的工作原理。这些工作原理在所有总线系统中都适用。