1.2 網絡控制電路

1.2.1 多路傳輸與網絡

今天的汽車電氣，借鑒了計算機網絡技術和現場控制技術，采用了多路傳輸集成控制技術。多路傳輸是在同一線路或通道上傳輸多條信息，采用串行通信、短幀（壓縮包）結構傳輸，每幀（壓縮包）有效字節為8個，傳輸時間短，受干擾的概率低。傳輸原理如圖1.15所示。傳輸多條信息的這條線稱為數據總線也叫現場總線，即所謂的信息高速公路。數據總線可采用雙絞線、同軸電纜或光纖作為傳輸介質，它的通信速率可調，最高達1Mbps（此時通信距離為40m）。

數據總線通信根據信息內容進行尋址，每幀（壓縮包）的通信格式如圖1.16所示。每一條信息被賦予一條恒定的標志符，用于表明該信息的內容（如發動機轉速）。掛接在系統上的每一個單元先判別是否含有其所接受的特定標志符，并只對含有這種標志符的信息進行處理。這意味著總線在發送數據時不需要附帶相應的單元地址，而接口操作與系統結構形式無關。通信中，如果幾個單元同時向總線啟動傳輸數據，會產生總線沖突，解決的方法是利用“線與”的裁決功能。其結果是讓最高優先級的信息最先存取，而且不會有時間或數據位的損失。通信中，可以有一個對話幀，幀里面帶回答要求。

為了實現信息共享，由數據總線將汽車上需共享信息的電腦（控制單元）連在一起構成汽車控制器局域網絡CAN（Controller Area Network），也稱為控制單元區域網絡，它是多主或者主/從類型的自由結構，每個汽車電腦都是網絡上的一個節點，也是信息高速公路上的進口和出口。數據總線上可掛設備數主要取決于總線驅動電路，最多可達110個。網絡上的節點信息分成不同的優先級，滿足了不同的實時要求。優先級的設定不是固定不變的，而是隨著各種外部參數和汽車的駕駛情況變化而不斷改變的。如發動機控制，無論是點火時間控制，還是燃油噴射控制，都必須和發動機的轉速同步，發動機轉速較高時，控制信號的總線訪問優先權提高，發動機轉速較低時，控制信號的總線訪問優先權相應降低。國際標準化組織（ISO）已經認可CAN作為汽車應用領域的工業標準，目前已成為汽車的標準配置。CAN應用不僅僅限于汽車工業，在其他的工業領域如過程控制，工業流水線控制，機器人等早已被廣泛使用。運用CAN不僅使汽車省去許多連接導線和接頭、減輕重量、節省空間、改善可靠性，而且使單一的開關信號控制變成了網絡的多信號邏輯控制，使汽車智能化成為可能。

目前在車輛上應用CAN傳遞數據有兩種形式。

形式1：每項信息通過單一獨立的數據線進行交換，如圖1.15（a）所示。

形式2：各控制單元間的所有信息都通過兩根數據線進行傳遞。它有如下特點：

（1）兩條數據線相互纏繞，防止電磁波干擾和向外輻射，所以有可靠的數據通信質量。

（2）兩條數據線傳遞相同信號，但數值互為鏡像，如圖1.17所示，采用短幀結構和15位的循環冗余校驗碼，故有良好的容錯能力。

（3）通信速度可調，信息分成不同的優先級，高優先級的數據最多可在134μs內實現快速傳輸，故可滿足不同的實時控制要求。

CAN總線有如下的優點：

（1）如果需要增加額外信息只需要修改軟件即可；

（2）通過控制單元和輔助安全措施對傳遞信息持續檢查，可以達到最低的故障率；

（3）利用了很少的線路來傳遞多用途的數字信號；

（4）使控制單元間實現高速數據傳遞；

（5）使控制單元和控制單元插腳最小化，從而節省更多有用空間；

（6）CAN總線符合國際標準，便于不同的控制單元進行數據交換。