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汽车数字化技术CAN总线数据应用是落脚点

在现代汽车技术的发展中,95%以上的汽车已经被使用CAN总线协议,一些娱乐系统使用以太网,结合4G/5G商业应用程序将原始封闭的内部数据闭环汽车连接到互联网上。我们的用户不仅可以远程解他们的汽车,还可以实现汽车的远程控制。即使没有钥匙,家庭仍然可以使用汽车。汽车作为一种移动交通工具,在新一轮技术下变得像遥控电视一样简单。

特斯拉采用了RFID、NFC、蓝牙、远程等控制方法已成为用户骄傲的噱头,因此,大量用户痴迷于特斯拉的高科技,从特斯拉独特的创新和应用,真正掌握了用户的心理,从第一个大屏幕,到第一个使用RFID开门解锁,这些技术让人眼前一亮。

一、技术背景

汽车总线技术应用于今天的中高端汽车。汽车总线为汽车内各种复杂的电子设备、控制器和测量仪器提供了统一的数据交换渠道。一些汽车专家认为,近20年来数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的里程碑,就像20世纪70年代引入集成电路和80年代引入微处理器一样。

自20世纪90年代以来,汽车上有电子控制单元(ECU)电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等控制部件越来越多。随着集成电路和单片机在汽车中的广泛应用,汽车ECU数量越来越多。因此,一个新概念——车辆控制器局域网CAN(Controller Area Network)概念应运而生。CAN德国是最早的BOSCH根据现代汽车控制与测试仪器之间的数据交换,公司开发的数据通信协议ISO有关标准,CAN拓扑结构为总线式,也称为总线式CAN总线。

CAN协议中每帧的数据量不超过8个字节,数据的高实时性可以通过短帧多发来实现;CAN总线的纠错能力很强,从而提高性;同时CAN总线速率可达1M bit/s,它是一个真正的高速网络,通常使用500Kbit/s,大多数商用车使用2500辆bit/s,多路CAN车身控制系统有100250bit/s的情况。

CAN在汽车中使用总线有很多优点:

(1)用低成本的双绞线电缆代替车身昂贵的导线,大大降低了导线数量;提高可靠性、安全性和成本。

(2)响应时间快,可靠性高,适用于制动装置、安全气囊等实时要求高的应用;控制平台、信息平台、驾驶平台的连接基础。

(3)CAN转换芯片(一般使用)NXP1040-1044系列)可以抗高温和高噪声,并且具有较低的价格,开放的工业标准。

在新车的设计中,CAN奔驰、宝马、大众、沃尔沃、丰田、本田、日产等汽车已成为必备设备CAN作为控制器联网的手段。当我们在2014年破解宝马全系时,宝马ECU豪华车型上有130多个控制单元,并有多路网关收集汽车CAN总线,如从网关进入,通常从外部进入OBD接口无法获得ECU而且数据多路CAN。

众所周知,汽车的核心单元是发动机。发动机的运行参数,如发动机转速、油压、冷却剂温度等,与汽车驾驶密切相关。传统汽车仪器的设计方法是将机械信号转换为电信号,如电压、电流、脉冲信号,然后放置在汽车零部件(如发动机)内的传感器中D/A在模拟仪表盘上显示电信号转换或计数器等。随着汽车总线技术的发展,许多进口发动机不再直接向外界提供传感器信号CAN总线通信接口

根据ISO(国际标准化组织)定义OSI模型,CAN该协议定义了物理层和数据链路层的规范,为不同的汽车制造商制定满足自身需求的应用层协议提供了极大的便利。如果需要建立一个更完善的系统CAN选择合适的应用层协议。CANopen、SAE J1939等。

J1939协议是大型汽车(主要指柴油车)中应用最广泛的应用层协议,可达250Kbps通信速率。J1939协议由美国SAE( Society of Automotive Engineer)组织维护和推广。J一九三九协议具有以下特点:

(1)以CAN2.0B基于协议,物理标准和ISO11898规范兼容,符合规范CAN控制器和收发器。最高通信率可达250Kbps。

(2)采用PDU( Protocol Data UNIt 协议数据单元)传输信息PDU相当于CAN协议中的一帧。因为每个CAN帧最多可以传输8个字节数据,因此PDU的传输具有很高的实时性。

(3)利用CAN2.0B定义每个扩展帧格式的29位标志PDU还有这个PDU的优先级。

(4)J1939年协议主要用作汽车应用的通信协议,规定了汽车应用的各种参数。参数的规定符合要求ISO11992标准。

二、J1939在国内的发展情况

中国重型柴油车国六OBD深圳速瑞德科技有限公司与国内中汽中心、国家环保、计量、清华大学等排放在线检测终端设备供应商共同定义了国六重型柴油车OBD基于4的排放标准监控数据和在线监控终端的设计和开发G网络的J1939 网关终端H6S(国标)系列终端产品,实现GB传输数据需要17691。

H6S可用于汽车远程数字仪表、汽车J1939的可靠性测试和实际产品化验证,汽车多功能电控核心单元1939网关已投入批量生产。

除支持外,终端指标已达到国家六项标准(国际上也是最严格的)的先进水平SAE J除1939年固件外,还可支持SAE 14229,ISO15765标准实现了汽车仪表数据的采集和远程传输。在国际上,它与美国、德国和意大利一起通过 J1939 发动机互连试验已获得国际通行证。

系统由11个网络节点组成,以J以1939网络为骨干,融合了现代汽车技术的网络精髓。LINbus,4G(无线TCP/IP网),RS232及嵌入式以太网,CANFD等待最新技术。通过嵌入式硬件数字模拟技术直接实现汽车动力部分单元数据。

(1)发动机ECM模拟单元:(节点1)

实现(实际)发动机总线模拟功能,产生发动机10~模拟汽车发动机的实际运行状态,有20控时实参数。适用于汽车EMC要求。

(2)NMT/车身电控单元(节点2)

可实现J1939/81规定的网络管理功能和诊断记录功能,发出16个光电隔离输出接口(50V/500mA)可现场编程和修改8个数字信号(传感器)输入接口和4个模拟传感器接口。适用于各种汽车EMC开发要求。

(3)缓速器模拟单元:(节点3)

电磁缓速器的驱动接口可根据汽车的运行状态和速度进行控制。

(4)ABS模拟单元:(节点4)

控制汽车网络综合参数ABS制动力和启动时间。

(5)AMT模拟单元:(节点5)

变速箱和发动机可以根据设计参数模拟ECM的通讯。

 

(6)非对称网桥(节点6)

可实现高速网(动力系统)和低速网(仪表信息电气控制系统)的流量不对称桥接从而保证,总线负载率的安全和电气安全。

 

(7)LIN BUS 网关(节点7)

实现LIN-BUS传感器、电气控制系统和CAN-BUS系统的互联,并遵从J1939协议。

 

(8)J1939MFM(节点8)

J1939多功能汽车综合参数仪表(汽车信息中心),可实现14种汽车运行参数的实时显示(中文LCD),可编程300~5000Km历史车况记录并具备故障报警信息显示功能,适合汽车EMC要求。

 

(9)J1939汽车远程仪表(节点9)

实现J1939总线式汽车仪表。可适配多种国产或进口汽车仪表总成。

 

(10)J1939转以太网 SAE14229转J1939(网关节点10)

可实现以太网或与通用计算机连接进入J1939网络,对总线负载率进行统计分析,开放API接口。

 

(11)J1939运行实时参数记录(节点11)

接入J1939网络可记录20万条运行参数,用于实时分析各ECU单元的运行情况,亦可在实际运行的汽车中测试运行参数,并通过4G网络接入Internet网络环保在线监测服务器,抗电子干扰能力很强,适合汽车EMC及国六要求。

 

该网络系统按照J1939的物理层、链路层和网络引用层规定在12个节点下(总线负载率最大为30%条件下)连续工作已超过10000小时。并按照J1939/71车辆应用层标准完成了对MFM/J1939多功能网关产品化测试及总线型数字汽车仪表的测试。

 

三、技术展望

 

未来汽车是一个智能化网络计算平台。汽车网络贯穿整车的每个单元即控制系统、信息系统、驾驶系统和传感执行系统均由控制局域网CAN-BUS互连,掌握应用层网络标准并开发嵌入式软件是关键技术。

 

将车内的控制网络与信息网络如故障信息远程检测系统,车况自动纪录系统,实时驾驶信息显示系统(智能化数字仪表)与嵌入式因特网互连(支持4G及5G),使每个汽车有一个独立Web网页,实现对汽车全生命周期管理,将会是今后汽车计算平台的关键核心技术。

 

而这项技术的难点,就在于车型库的匹配,要了解到每一车,在CAN总线下,不同的数据格式及状态,在实际的运营管理过程中,这个车使用的怎样,是否有油/电,这台车是张三的还是李四的,刹车多少次,胎压是否正常,去了哪里,每天跑多少公里等等信息,将构成该车使用的模型和画像,这些都将帮助企业提供有效的实际数据信息。

 

国内支持多车多数据匹配的企业并不多,有的是为了作秀,有的是为了实际的应用。从事这个领域开发,既需要懂汽车、还需要懂CAN、汽车电子、网络、平台、控制、国内寥寥无几,屈指可数的有中汽中心、速锐得、海康威视,国外有特斯拉、维克多、博世等。

 

标签: volvo转速传感器

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