汽車總線技術(shù)設(shè)計開題報告

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開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述1.1 課題研究背景目前，汽車工業(yè)快速發(fā)展，相關(guān)的汽車技術(shù)不斷進(jìn)步，尤其是汽車電子技術(shù)正越來越成為其發(fā)展的主導(dǎo)，汽車上的電子控制單元越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS） 、安全氣囊裝置、電控門窗裝置和主動懸架等等。傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然需要龐大的布線系統(tǒng) [1]。隨著國家“限小”禁令的逐步放開，我國迎來了經(jīng)濟(jì)型轎車的春天，國內(nèi)汽車企業(yè)陸續(xù)推出了不同款式的經(jīng)濟(jì)型轎車，經(jīng)濟(jì)型轎車市場競爭也日益激烈。有效控制成本，增加新功能，體現(xiàn)人性化設(shè)計成為經(jīng)濟(jì)型轎車的設(shè)計理念之一。因此，無論從材料成本還是工作效率看，傳統(tǒng)布線方法都將不能適應(yīng)汽車的發(fā)展 [2]。當(dāng)傳統(tǒng)的線束控制方式已達(dá)到極限時，網(wǎng)絡(luò)的概念便被引入到汽車設(shè)計和應(yīng)用中。在借鑒計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，便出現(xiàn)了適用于汽車環(huán)境的汽車總線技術(shù)。目前總線的總類有很多，如 CAN 總線、LIN 總線 IDB-M 總線、MOST 總線、USB 總線和 IEEE1394 總線。這些車用總線由于在應(yīng)用對象和網(wǎng)絡(luò)性能上各有特色，將會在競爭中共存相當(dāng)一段時間。其中，CAN/LIN 總線在成本控制、可靠性角度考慮被普遍認(rèn)為是車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最有發(fā)展前途的總線規(guī)范之一 [3]。CAN 總線是德國 BOSCH 公司在 20 世紀(jì) 80 年代初為解決汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種通信協(xié)議。以 CAN 為代表的總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用不但減少了車身線束，也提高了汽車的可靠性 [4]。為降低系統(tǒng)的成本，根據(jù)系統(tǒng)功能，可以采用 CAN 網(wǎng)絡(luò)為主體，LIN 網(wǎng)絡(luò)為補充的CAN/LIN 混合網(wǎng)絡(luò)。由于在實際應(yīng)用 CAN 的過程中感受到低端網(wǎng)絡(luò)的重要性，一些知名的汽車制造廠和半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商才聯(lián)手開放出 LIN 網(wǎng)絡(luò)。LIN 是低成本網(wǎng)絡(luò)中的汽車通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它恰好覆蓋了汽車電子系統(tǒng)為 CAN 的帶寬和功能所不要求的那些范圍，所以極具開發(fā)潛力 [5]。以 CAN/LIN 為代表的總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用不但減少了車身線束，也提高了汽車的可靠性。在國外現(xiàn)代轎車的設(shè)計中，CAN/LIN 已經(jīng)成為必須采用的技術(shù)，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃及雷諾等汽車都已將 CAN/LIN 作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段 [6]。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀在國外，特別是歐洲，CAN 技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)非常普及，大部分的轎車均不同程度地使用了該技術(shù)。而在美洲，汽車使用 J1850 的居多，代表的有福特的 41.6kbps 的 J1850和通用、克萊斯勒使用的 10.4kbps 的 J1850，現(xiàn)在逐步往 CAN 技術(shù)轉(zhuǎn)移 [7]。在國內(nèi)，目前生產(chǎn)的車型裝備 CAN 的有奧迪 A6、奧迪 A4、寶來、帕薩特 B5, Polo, Fiat Palio, Fiat Siena, BMW 等，主要應(yīng)用在動力系統(tǒng)(發(fā)動機、變速箱及儀表)、安全系統(tǒng)(ABS, EBD, BAV, ASR, ESP 等)和車身系統(tǒng)(門、窗、空調(diào)、燈光、鎖、座椅等)。在客車領(lǐng)域，高級的客車國家強制要求采用歐 III 發(fā)動機并配置動力 CAN 總線技術(shù)。在卡車領(lǐng)域，重型卡車生產(chǎn)企業(yè)由于市場競爭的需要，逐步使用 CAN 構(gòu)架動力和車身系統(tǒng)。典型的一汽大眾新車速騰，全車使用了 34 個基于 CAN 技術(shù)的 ECU。目前，該技術(shù)產(chǎn)品的主要供應(yīng)商是博世、西門子和 Temic 公司等 [8][9][10]?？傊壳皣H汽車業(yè)界所流行的總線還是 CAN 總線居多，并有普及之勢，同時F1exRay 和 MOST 也有適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。就發(fā)展趨勢來看，在未來 10 年內(nèi)，CAN 總線會普及到多數(shù)汽車上的動力及車身系統(tǒng)，F(xiàn)1exRay 將逐步普及于汽車的安全系統(tǒng)(高級動力總成、底盤、線控系統(tǒng))，MOST 將應(yīng)用于高級豪華型車輛的多媒體系統(tǒng)之中 [11]。在國外，總線的協(xié)議種類繁多，各汽車廠使用的總線標(biāo)準(zhǔn)都局限在數(shù)據(jù)鏈路層以下，在應(yīng)用層上各不相同。就轎 CAN 總線來講，不同車廠、同一車廠不同車型的應(yīng)用層均不相同，很難使世界上各車廠采用同一標(biāo)準(zhǔn)，即使 ISO/IEC,SAE,JASO 等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，也難完成應(yīng)用層協(xié)議的統(tǒng)一，可以說轎車在未來的 10 年內(nèi)很難有統(tǒng)一的應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)被大家所接受和采用。其原因在于不同的轎車生產(chǎn)企業(yè)有著自己獨立的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計理念和完整的零部件生產(chǎn)體系，汽車的制造技術(shù)有保密性 [12]。在國內(nèi)，全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會成立的汽車電子標(biāo)準(zhǔn)化工作組，正在積極推進(jìn)汽車電子標(biāo)準(zhǔn)化的制定工作，并將以 ISO, SAE 中的汽車電子標(biāo)準(zhǔn)作為中國汽車電子標(biāo)準(zhǔn)體系制定及標(biāo)準(zhǔn)研究制定的主要依據(jù)。目前(截止 2006 年 3 月 9)正在采用SAE1939 制定我國的車載網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，但是合資企業(yè)及引進(jìn)車型不可能完全遵循該標(biāo)準(zhǔn)，對于國內(nèi)有自主產(chǎn)權(quán)的汽車生產(chǎn)廠，這個標(biāo)準(zhǔn)也將只是指導(dǎo)性的標(biāo)準(zhǔn) [13]。我國汽車工業(yè)發(fā)展較晚，與國外汽車發(fā)達(dá)國家相比差距較大，發(fā)展新一代電動汽車產(chǎn)業(yè)，可以促進(jìn)我國汽車工業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。目前我國與各國電動汽車研發(fā)水平差距不大，基本處在同一起跑線上。因此，發(fā)展電動汽車有利于調(diào)整我國汽車產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)，提高國內(nèi)汽車的國際綜合競爭力，縮小與汽車發(fā)達(dá)國家的差距。目前 CAN/LIN 總線技術(shù)在我國汽車的應(yīng)用存在著很大的空白，在經(jīng)濟(jì)型轎車上應(yīng)用 CAN/LIN 總線技術(shù)研究尚處于起步階段。因此，在“十一五”期間，天津一汽夏利股份有限公司本著“全面提升產(chǎn)品的競爭力”和“持續(xù)改善成本的競爭優(yōu)勢” ，成立了 CAN/LIN 項目組，重點攻關(guān) CAN/LIN 總線系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用研究 [14][15]。參考文獻(xiàn)：[1]曹珊等，CAN 總線在混合動力電動公共汽車中的應(yīng)用，汽車技術(shù)，200（6）：13-17. [2]陳清泉等， 現(xiàn)代電動汽車技術(shù)，北京：北京理工大學(xué)出版社, 2002 [3]鄔寬明，CAN 總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，北京航空航天大學(xué)出版社，1996 [4]黎一兵等，基于 CAN 的車身控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006， [5]相鐵武，基于 CAN/LIN 總線的汽車電子網(wǎng)絡(luò)化研究和應(yīng)用，南京：南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007. [6]饒運濤等，現(xiàn)場總線 CAN 原理與應(yīng)用技術(shù)，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003. [7]陳楊楊等，CAN 總線和 Device Net 通信協(xié)議在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用，儀器儀表學(xué)報，2005，26（8-Z2）：299-301. [8]張申科;CAN, LIN 總線在汽車車身網(wǎng)絡(luò)控制中的研究與應(yīng)用;同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文;2003 年 3 月[9]周明;現(xiàn)場總線控制;北京:中國電力出版社，2002.1[10]秦明華;汽車電器與電子技術(shù);北京:北京理工大學(xué)出版社，2003.6[11]史久根等;CAN 現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)計技術(shù);北京:國防工業(yè)出版社，2004.10[12]甘永梅;現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用;北京:機械工業(yè)出版社，2004.5[13]饒運濤等;現(xiàn)場總線 CAN 原理與應(yīng)用技術(shù);北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.6[14]寬明等;CAN 總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計;北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1996[15]凌永成；汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；北京：清華大學(xué)出版社，2012.3開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：2.1 研究的內(nèi)容1.深入研究當(dāng)今汽車總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，分析汽車中各電子控制系統(tǒng)的信息傳遞、信息處理、信息需求，再對汽車網(wǎng)絡(luò)各種協(xié)議處理信息的能力、成本的高低進(jìn)行比較，對汽車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，從而設(shè)計出較為優(yōu)化的汽車網(wǎng)絡(luò)。2. 對典型的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。3. 對汽車網(wǎng)絡(luò)中重要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 CAN 進(jìn)行設(shè)計。2.2 總體方案設(shè)計（1）奧迪 A6 汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上世紀(jì) 90 年代中期，奧迪車系開始使用 CAN 總線系統(tǒng)。最早使用的 CAN 總線是舒適 適 CAN 總線，傳輸效率是 62.5kb/s，隨后是動力 CAN 總線，傳輸效率是500kb/s。從2000 年的車型起，奧斯車系的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不斷改進(jìn)和擴充，現(xiàn)在的奧迪車系在已有的 的 CAN 總線基礎(chǔ)上又增加了 LIN 總線、MOST 總線等。奧迪 A6 轎車驅(qū)動系統(tǒng) CAN 總線連接發(fā)動機控制單元、變速器控制單元、帶 EDS（電子差速制動）的 ABS 控制單元、安全氣囊控制單元、電子駐車制動控制單元、大燈照程調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制單元等。點火開關(guān)斷開后，CAN 通信一直有效，通信斷路時（如撥下插頭或某一控制單元供電斷路）會產(chǎn)生故障記憶，在重新連接正常后，必須刪除所有控制單元的故障存儲后才可以正常運行。奧迪 A6 轎車驅(qū)動系統(tǒng) CAN 總線特點：高速傳輸，500kbit/s；分類級別為 CAN 總線的C 類；雙膠線傳輸：CAN-H 高電平線為橙色/黑色，CAN-L 低電平線為橙色/棕色；在一根線斷路/短路時，所有功能都會停止。舒適系統(tǒng) CAN 總線系統(tǒng)連接和控制的電控單元比較多，有空調(diào)控制單元、停車輔助控制單元、掛車控制單元、蓄電池能量管理單元、車門控制單元、電子轉(zhuǎn)向柱鎖控制單元、駐車加熱控制單元、輪胎氣壓監(jiān)控控制單元以及多功能方向盤、電子后座椅等控制單元。 奧迪 A6 驅(qū)動系統(tǒng) CAN 總線圖（2）寶馬 745Li 汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)寶馬 745Li 汽車(E65/E66 底盤)采用的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括 D-BUS 總線和 K-.K-CANP,K-CANS,MOST,Byteflight 與 PT-CAN5 個傳輸網(wǎng)絡(luò),控制單元 ZGM 為網(wǎng)關(guān),共連接55 55 個電控單元,涵蓋了全車的計算機控制系統(tǒng)。如圖所示。（3）CAN 節(jié)點設(shè)計CAN 節(jié)點只需對報文的標(biāo)識符濾波即可實現(xiàn)點對點、點對多點及全局廣播方式發(fā)送 送和接收數(shù)據(jù)，其節(jié)點可分成不同的優(yōu)先級，節(jié)點的優(yōu)先級可通過報文標(biāo)識符進(jìn)行設(shè)置，優(yōu) 優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在 134μs 內(nèi)傳輸，可以滿足不同的實時要求。CAN 總線節(jié)點包括微控制器、CAN 控制器和CAN 收發(fā)器三部分。其中微控制器負(fù)責(zé)完成 CAN 控制器的初始化，進(jìn)行與 CAN 控制器的數(shù)據(jù)傳遞，并按照預(yù)定的程序進(jìn)行處理:CAN 控制器主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以 CAN 報文的形式傳遞，并進(jìn)行系統(tǒng)的診斷、測試以及處理 CAN 總線上的錯誤等;CAN 收發(fā)器是 CAN 控制器和 CAN 總線之間的接口，如圖所示為典型的 CAN總線節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖。 開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日