1.2 网络控制电路

1.2.1 多路传输与网络

今天的汽车电气，借鉴了计算机网络技术和现场控制技术，采用了多路传输集成控制技术。多路传输是在同一线路或通道上传输多条信息，采用串行通信、短帧（压缩包）结构传输，每帧（压缩包）有效字节为8个，传输时间短，受干扰的概率低。传输原理如图1.15所示。传输多条信息的这条线称为数据总线也叫现场总线，即所谓的信息高速公路。数据总线可采用双绞线、同轴电缆或光纤作为传输介质，它的通信速率可调，最高达1Mbps（此时通信距离为40m）。

图1.15 传输原理图

数据总线通信根据信息内容进行寻址，每帧（压缩包）的通信格式如图1.16所示。每一条信息被赋予一条恒定的标志符，用于表明该信息的内容（如发动机转速）。挂接在系统上的每一个单元先判别是否含有其所接受的特定标志符，并只对含有这种标志符的信息进行处理。这意味着总线在发送数据时不需要附带相应的单元地址，而接口操作与系统结构形式无关。通信中，如果几个单元同时向总线启动传输数据，会产生总线冲突，解决的方法是利用“线与”的裁决功能。其结果是让最高优先级的信息最先存取，而且不会有时间或数据位的损失。通信中，可以有一个对话帧，帧里面带回答要求。

图1.16 每帧（压缩包）的通信格式

为了实现信息共享，由数据总线将汽车上需共享信息的电脑（控制单元）连在一起构成汽车控制器局域网络CAN（Controller Area Network），也称为控制单元区域网络，它是多主或者主/从类型的自由结构，每个汽车电脑都是网络上的一个节点，也是信息高速公路上的进口和出口。数据总线上可挂设备数主要取决于总线驱动电路，最多可达110个。网络上的节点信息分成不同的优先级，满足了不同的实时要求。优先级的设定不是固定不变的，而是随着各种外部参数和汽车的驾驶情况变化而不断改变的。如发动机控制，无论是点火时间控制，还是燃油喷射控制，都必须和发动机的转速同步，发动机转速较高时，控制信号的总线访问优先权提高，发动机转速较低时，控制信号的总线访问优先权相应降低。国际标准化组织（ISO）已经认可CAN作为汽车应用领域的工业标准，目前已成为汽车的标准配置。CAN应用不仅仅限于汽车工业，在其他的工业领域如过程控制，工业流水线控制，机器人等早已被广泛使用。运用CAN不仅使汽车省去许多连接导线和接头、减轻重量、节省空间、改善可靠性，而且使单一的开关信号控制变成了网络的多信号逻辑控制，使汽车智能化成为可能。

目前在车辆上应用CAN传递数据有两种形式。

形式1：每项信息通过单一独立的数据线进行交换，如图1.15（a）所示。

形式2：各控制单元间的所有信息都通过两根数据线进行传递。它有如下特点：

（1）两条数据线相互缠绕，防止电磁波干扰和向外辐射，所以有可靠的数据通信质量。

（2）两条数据线传递相同信号，但数值互为镜像，如图1.17所示，采用短帧结构和15位的循环冗余校验码，故有良好的容错能力。

图1.17 CAN两条数据线传递数值互为镜像的相同信号

（3）通信速度可调，信息分成不同的优先级，高优先级的数据最多可在134μs内实现快速传输，故可满足不同的实时控制要求。

CAN总线有如下的优点：

（1）如果需要增加额外信息只需要修改软件即可；

（2）通过控制单元和辅助安全措施对传递信息持续检查，可以达到最低的故障率；

（3）利用了很少的线路来传递多用途的数字信号；

（4）使控制单元间实现高速数据传递；

（5）使控制单元和控制单元插脚最小化，从而节省更多有用空间；

（6）CAN总线符合国际标准，便于不同的控制单元进行数据交换。