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技术标准是汽车电子发展核心

技术标准是汽车电子发展核心 2011年12月04日 来源： 未来汽车电子的发展将主要集中在动力总成、底盘控制、车身控制、主被动安全、汽车网络、通信系统、安全与防盗等方面，并呈现出功能多样化、技术一体化、系统集成化和通信网络化的特点。预计在2010年以前，汽车半导体技术的研究将主要围绕汽车各重要零部件的自动控制问题，包括研究电子控制系统的输入(传感器和采样系统)、输出(执行器)、控制策略与实现方法；从控制理论与实践上解决伴随被控对象为强非线性时变系统，且具有随机输入而产生的技术难题；在低成本的前提下，研究开发高实时性、高可靠性和高精度的控制系统。在21 世纪，借助电子计算机网络和信息技术，会使汽车发展更社会化与人性化，包括广泛应用汽车导航系统GPS 和广泛使用车载信息系统，以及采用多路传输系统(总线分布式网络)来集成汽车所有零部件的电子控制模块，使整个汽车电子系统具有数据融合、故障诊断和一定的自我修复功能。一辆汽车上的计算平台不是一部计算机，而是一个小型的计算机网络。车内使用的ECU(Engine Control Unit)和其它CPU 通过数字总线结构连接在一起，俨然是一个井然有序的计算机局域网(LAN)。目前汽车电子设备的整体情况是每辆车拥有的独立电子器件和系统数目平均超过80 个，这些器件和系统仅可以实现部分连接。未来的趋势是实现所有的汽车器件网络化，实现整车同一总线的内部互联。这些电子部件的互联通信需求，引出了对相互之间接口标准化的需求。越来越多的电子系统必然会需要越来越多的连线，例如最简单的四门电动门窗和中控，如果采用点对点连线，就需要大把的线束。不仅增加了成本，而且更重要的是给布线带来了巨大的困难，同时还增加了很多安全隐患。有调查证明汽车自燃，有很大的比例就是因为线束老化或者磨损，电路打火引起火灾。通过点对点连接的方式在上世纪90 年代中就走到了尽头。1998 年摩托罗拉公司的一个报告显示，用总线网络技术代替宝马车的四门控制系统的点对点连线后，因此减少的连接线重量就有15 公斤之多。总线网络相对于点对点连线的优越性由此可见一斑。目前，全世界有多达40 多种车辆网络标准：控制区域网CAN、局部互联协议LIN(Local Interconnect Protocol)、正在发展中的汽车网络技术还有高速容错网络协议FlexRay、用于汽车多媒体和导航MOST(Media Oriented System Transport 媒体定向系统传输)，以及与计算机网络兼容的蓝牙、无线局域网等无线网络技术。当前汽车电子面临标准统一的问题。汽车电子的开发远远落后于电子产品技术革新的步伐：一般情况下手机等普通消耗类产品的开发周期为3 个月，产品寿命为6 个月。而汽车的开发周期长达3 年，产品寿命则长达10 年。通过标准化工作，可以更多吸收制造商参与，加快量产，提高开发速度，提高产品的价值并减少成本。毕竟截止2000 年汽车电子只占整个电子市场的5%。与面向计算机等领域的普通电子产品相比，汽车电子产品要求的环境温度适应范围广及定制产品多，因此制造商为了这5%做出的投入远大于这一比例，这是妨碍市场进一步扩大的主要原因。1 CANCAN-BUS，是一种实时数据总线技术。该总线是一种多主方式的串行通讯总线。CAN技术最早在欧洲开始被运用于汽车的电子系统通讯，专门装备高档车型。1985 年，BOSCH 公司开始开发基于MCU的CAN总线——CAN-BUS。1993 年，基于汽车网络计算的ISO118989 标准出台，同时SAE J1939联盟成立，以数字微处理器为核心的ECU成为汽车网络计算的基础。到了2000年，CAN-BUS已经成为全球现代汽车电子设备的网络互连基础。CAN总线结构的提出是一项革命性的进步。CAN 包括驱动系统、舒适性系统和信息系统三大板块。应用这种技术的车辆，通过遍布车身的传感器，在收集到车辆行驶的各种信息后，不需要给出信号接收者的地址，信号发送者就可以将安全编码后的数据发送给所有的接收者，以短帧多发的方式实现数据的高实时性。高速的CAN-BUS 每毫秒内可以传送32 字节的有效数据。每个信号接收者从总线上自行读取其所需的数据。CAN 技术由于其具有极强的抗干扰能力及纠错能力，曾被美国军方广泛应用于导弹、飞机和坦克电子系统的通信联络。CAN-BUS技术的最大优点，是减少了线束的数量和控制器接口的引脚数，与此同时可以更简单、迅速地实现在线编程、在线诊断，甚至多个控制器共同作用等新功能。CAN-BUS技术中的通讯节点是控制器、智能传感器或智能执行单元。CAN-BUS技术的最大不足是，作为一种事件驱动型总线，CAN总线最高速率仅达到1Mbps，无法提供下一代线控系统应用所需的容错功能或带宽。2 LINLIN 总线与CAN 总线一起构成目前汽车界最广泛采用的两种总线形式。LIN 是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN 通过网关与CAN 网络相联。LIN 的目标是为现有汽车网络(例如CAN 总线)提供辅助功能。在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通讯，使用LIN 总线可大大节省成本。LIN 防干扰性强，主要应用在精度误差不是很苛求的部件的控制上，例如转向定时速度控制、雨刮器控制、车灯控制、后视镜控制、电动车窗、电动座椅调整、发电系统、空调机控制等。这种低成本的串行通讯模式和相应的开发环境已经由LIN 协会制定成标准。LIN 的标准化将为汽车制造商以及供应商降低成本。虽然LIN 最初的设计目的是用于汽车电子控制系统，但在工业自动化传感器总线、大众消费电子产品中也有着广泛的应用市场。3 FlexRay在未来数年的汽车设计中，最令人激动的创新也许来自线控系统的发展。今天的汽车刹车和转向系统都借助于物理连接和液压传动，来将驾驶者的意图传递到车轮和引擎。未来线控系统是将指令发送到刹车，或通过微处理器及电子启动装置来进行制动。线控新技术还能简化某些功能的实现，如自适应巡航控制、自动车道保持、防碰撞，并为汽车最终实现自动驾驶打下基础。 这些创新功能的基础是一种能够满足严格的容错要求的宽带总线结构(比如FlexRay总线)。对安全性至关重要的部件，如转向和刹车系统，必须能够进行可靠的、无缝配合。汽车线控系统实际上也是一种局域网。这种系统是从飞机控制系统引来的。飞机控制系统Fly-by-Wire 是一种电线控制系统，它将飞机驾驶员的操纵、操作命令转换成电信号，利用计算机控制飞机飞行。这种控制方式引入到汽车驾驶上，就成为Drive-by-Wire，引入到制动上就产生了Brake-by-Wire，引入到控制上就有Steering-by-Wire，因此统称为X-by-Wire。采用X-by-Wire 可以降低部件的复杂性，减少液压与机械控制装置，可以减少杠杆、轴承等金属连接件，减轻重量，降低油耗和制造成本，相应也提高了可靠性和安全性。还有重要的一点，由于电线走向布置的灵活性，使汽车操纵部件的布置也增加了灵活性，扩展了汽车设计的自由空间。例如汽车方向机采用X-by-Wire 技术，左置或右置就可以随意变动。美国通用汽车公司研制的“自主魔力”概念车，操纵系统、制动系统、动力系统就采用了X-by-Wire形式，使其整车控制采用电子而不是传统的机械方式进行。高速通信标准FlexRay 的主要驱动力量来自多种线控和复杂汽车电子系统的实时访问需求，以及部分汽车制造商占据新兴市场的动机。FlexRay 是时间触发型总线结构。通过将传递信息的重要性进行区分，FlexRay 的数据速率达到10Mbits/s，并能提供汽车制造商以前采用液压系统时所配置的余量。许多汽车厂商准备采用FlexRay 代替CAN，用在汽车传动和底盘上。FlexRay 总线可以实现以一套独立的总线来控制各种由时间触发或事件触发的任务。FlexRay成为汽车高速通信系统事实上的标准。一些线控技术，如线控驾驶、线控刹车、线控油门、线控减震等都会更快地成为现实。FlexRay最终可能成为动力传动系、底盘、气囊等的控制架构以及把所有汽车总线汇拢在一起的主要电缆。FlexRay芯片的样品已经生产出来，预计2004年年末Philips和Motorola可以提供预生产芯片。

CAN、LIN 和FlexRay 对比

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