Aplicación de Internet de los vehículos Documento 1: Breve discusión sobre la aplicación de Internet de los vehículos
1. Introducción
Con el rápido desarrollo de la industria del automóvil , los automóviles modernos utilizan una gran cantidad de dispositivos de control electrónicos, muchos automóviles de gama media y alta tienen más de una docena o incluso veinte unidades de control electrónico. Cada unidad de control electrónico necesita comunicarse con sensores y actuadores asociados, y es necesario intercambiar información entre unidades de control. Si cada información se transmite a través de su propia línea de datos independiente, aumentará el número de pines de la unidad de control electrónico, aumentará el mazo de cables y los conectores de todo el sistema de control electrónico y también aumentará la tasa de fallas.
Para simplificar el circuito, mejorar la velocidad de comunicación entre las unidades de control electrónico y reducir la frecuencia de fallas, surgió un nuevo tipo de bus de datos CAN de red de datos. El bus CAN tiene un sólido rendimiento en tiempo real, una larga distancia de transmisión y una fuerte capacidad antiinterferencia electromagnética. En aplicaciones en los campos de la electrónica automatizada, como componentes de control de motores de automóviles, sensores y sistemas antideslizantes, la velocidad de bits de CAN. puede llegar a 1Mbps. Al mismo tiempo, se puede utilizar en el sistema eléctrico de vehículos de transporte a bajo precio.
2. Introducción al bus CAN
Vale, ¿nombre completo? ¿Red de área del controlador? , es decir, Controller Area Network, es un bus de comunicación en serie definido por ISO. Se utiliza principalmente para intercambiar información entre unidades de control electrónico en el vehículo para formar un sistema de red en el vehículo. ¿El bus de datos CAN también se llama CAN? autobús autobús. Tiene las ventajas de compartir información, reducir la cantidad de cables, reducir en gran medida el peso del mazo de cables, minimizar la unidad de control y los pines de la unidad de control y mejorar la confiabilidad y la mantenibilidad.
CAN está diseñado para comunicarse como un microcontrolador en el entorno automotriz e intercambiar información entre los dispositivos de control electrónico a bordo de la ECU para formar una red de control electrónico automotriz. Como unidad de control directo, el microcontrolador controla directamente los sensores y actuadores. Cada microcontrolador es un nodo en la red de control. No importa cuántas unidades de control electrónico tenga un vehículo y cuán grande sea su capacidad de información, cada unidad de control electrónico solo necesita pasar dos cables * * * para conectarse al nodo. Este es el llamado bus de datos. La transmisión de datos en el bus de datos CAN es como una conferencia telefónica, ¿un usuario de teléfono equivale a una unidad de control que transmite datos? ¿Dime? En la red, ¿hay otros usuarios pasando por la red? ¿respuesta? Datos, los usuarios que estén interesados en este conjunto de datos utilizarán estos datos y los usuarios que no estén interesados pueden ignorarlos.
En una única red compuesta por un bus CAN, teóricamente se pueden conectar innumerables nodos, pero en la práctica, el número de nodos conectados estará limitado por las características eléctricas o el tiempo de retardo del hardware de la red. ¿La premisa del uso de una red informática para la comunicación es que cada unidad de control electrónico debe usar e interpretar la misma? ¿Lenguaje electrónico? ¿Cómo se llama este idioma? ¿protocolo? . Existen muchos protocolos de transporte comunes que se utilizan en las redes informáticas de automóviles. Para intercambiar datos con muchos instrumentos de control y prueba, es necesario desarrollar protocolos de comunicación estándar. Con la aplicación y popularidad de CAN en diversos campos, Philips Semiconductors formuló y publicó las especificaciones técnicas de CAN (versión 2.0) en septiembre. Esta tecnología incluye dos partes, A y b. 2.0A proporciona el formato estándar de mensajes CAN y 2.0B proporciona los formatos estándar y extendido. En junio de 1993 y 2011, ISO emitió el documento "¿Transporte por carretera?" ¿Intercambio de información de datos? El estándar internacional para LAN de comunicaciones de alta velocidad fue el J 1939 propuesto por SAE en 2000 y se convirtió en el estándar universal para LAN de controladores de camiones y autobuses.
3. Composición y estructura del bus de datos CAN-BUS
El sistema de bus CAN incluye principalmente los siguientes componentes: controlador CAN, transceptor CAN, línea de transmisión de datos de bus CAN y terminal de bus CAN. resistencia. :
1. Controlador CAN, transceptor CAN
Cada unidad de control en el bus CAN está equipada con un controlador CAN y un transceptor CAN. El controlador CAN se utiliza principalmente para recibir información del microprocesador, procesarla y luego enviarla al transceptor CAN.
Al mismo tiempo, el controlador CAN también recibe datos del transceptor CAN, los procesa y los transmite al microprocesador de la unidad de control.
El transceptor CAN se utiliza para recibir datos enviados por el controlador CAN y enviarlos al bus de transmisión de datos CAN. Al mismo tiempo, el transceptor CAN también recibe datos en el bus de datos CAN y los envía al controlador CAN.
2. Resistencia terminal del bus de datos
Los dos extremos del bus de datos CAN-BUS están conectados a través de la resistencia terminal, lo que puede evitar que los datos regresen como un eco después de llegar al terminal de línea, interfiriendo con los datos originales, asegurando así la correcta transmisión de datos. Las resistencias terminales están instaladas en la unidad de control.
3. Bus de transmisión de datos
La mayoría de los modelos de bus de transmisión de datos utilizan líneas de datos bidireccionales, que se dividen en alto nivel (CAN-H) y bajo nivel (CAN-L). ) cable de datos. Para evitar interferencias electromagnéticas externas y radiación externa, se entrelazan dos líneas de datos y es necesario hacerlo al menos una vez cada 2,5 cm. Los potenciales en las dos líneas son opuestos y la suma de los voltajes siempre es igual a una constante. valor.
Cuatro. Clasificación de aplicaciones de Internet de los vehículos
Según la aplicación, Internet de los vehículos se puede dividir en cuatro sistemas principales: sistema de carrocería, sistema de transmisión de potencia, sistema de seguridad y sistema de información.
1. Sistema de transmisión de potencia
En el sistema de transmisión de potencia, los módulos del sistema de transmisión de potencia están centralizados y se pueden fijar en un solo lugar. Los módulos dispuestos en el compartimiento del motor están. conectados a través de la red. ¿Cuáles son los principales factores dentro del coche? Se requiere una red de alta velocidad cuando las funciones de marcha, parada y dirección están conectadas a través de la red.
El bus de datos CAN de potencia generalmente conecta tres computadoras, a saber, las computadoras del motor, ABS/EDL y transmisión automática (el bus de datos CAN de potencia en realidad puede conectar computadoras como bolsas de aire, tracción en las cuatro ruedas e instrumentos). conglomerados). El autobús puede transmitir 10 conjuntos de datos al mismo tiempo, incluidos 5 conjuntos de computadoras del motor, 3 conjuntos de computadoras ABS/EDL y 2 conjuntos de computadoras de transmisión automática. El bus de datos transmite datos a una velocidad de 500 Kbit/s. Cada grupo de datos tarda aproximadamente 0,25 ms y cada unidad de control electrónico envía datos cada 7 ~ 20 ms. ¿Qué prioridad tiene la centralita electrónica ABS/EDL? ¿Unidad de control electrónico del motor? Unidad de control electrónico de transmisión automática.
En los sistemas de transmisión de energía, para utilizar los datos de manera oportuna, la transmisión de datos debe ser lo más rápida posible, por lo que se requieren transmisores de alto rendimiento. Los transmisores de alta velocidad acelerarán la transferencia de datos entre sistemas de encendido para que los datos recibidos puedan aplicarse inmediatamente al siguiente pulso de encendido. El punto de conexión del bus de datos CAN suele estar situado en el mazo de cables fuera de la unidad de control. En casos especiales, el punto de conexión también puede estar situado dentro de la unidad de control electrónico del motor.
2. Sistema de carrocería
En comparación con el sistema de transmisión de potencia, hay partes del sistema de carrocería en todas partes del automóvil. Por lo tanto, el mazo de cables se vuelve más largo y es susceptible a interferencias. Para evitar interferencias, la velocidad de comunicación debe reducirse tanto como sea posible. En el sistema corporal, a medida que aumenta el número de módulos y nodos de la interfaz hombre-máquina, el control de la velocidad de comunicación no se convertirá en un problema, pero el costo aumentará relativamente. En este sentido, la gente está explorando soluciones más económicas y, actualmente, se utilizan habitualmente autobuses directos y paratránsito.
La conexión del bus de datos CAN de confort conecta normalmente siete unidades de control, entre ellas la unidad de control central, una unidad de control situada en la parte delantera del vehículo y una unidad de control situada en la parte trasera del vehículo, así como las centralitas de control de las cuatro puertas. La transmisión de datos Comfort CAN tiene siete funciones principales: cierre centralizado de puertas, elevalunas eléctricos, interruptor de iluminación, aire acondicionado, cuadro de instrumentos, calefacción de retrovisores y función de autodiagnóstico. Las líneas de transmisión de las unidades de control convergen en forma de estrella. La ventaja de esto es que si una unidad de control falla, las otras unidades de control aún pueden enviar sus propios datos. Este sistema reduce la cantidad de cables que pasan por la puerta y simplifica el cableado. Si hay un cortocircuito a tierra, un cortocircuito positivo o un cortocircuito de línea a línea en algún lugar de la línea, el sistema CAN cambiará inmediatamente al modo de emergencia o al modo de un solo cable.
El bus de datos transmite datos a una velocidad de 62,5 Kbit/s. Cada grupo de transmisión de datos tarda aproximadamente 1 ms. Cada unidad de control electrónico envía datos cada 20 ms. El orden de prioridad es: ¿unidad de control central? ¿Unidad de control de la puerta del conductor? ¿Unidad de control de la puerta del pasajero delantero? ¿Unidad de control de la puerta trasera izquierda? Unidad de control de puerta trasera derecha. Debido a que los datos en el sistema de confort se pueden transmitir a una velocidad más baja, el rendimiento del transmisor es menor que el del transmisor del tren motriz.
El circuito del sistema de carrocería completo consta principalmente de tres bloques: circuito de la unidad de control principal, circuito de la unidad controlada y circuito de la unidad de control de puerta.
Después de recibir la señal del interruptor, la unidad de control principal primero la analiza y procesa, y luego envía instrucciones de control al terminal controlado a través del bus CAN, y el terminal controlado responde y toma las acciones correspondientes. Los terminales de control delantero y trasero solo reciben instrucciones del terminal de control principal, las ejecutan de acuerdo con los requisitos del terminal de control principal y retroalimentan los resultados de la ejecución al terminal de control principal. La unidad de control de la puerta no solo recibe comandos desde el terminal de control principal a través del bus CAN, sino que también recibe señales de interruptor provenientes de la puerta. De acuerdo con las instrucciones y señales del interruptor, la unidad de control de puerta tomará las acciones correspondientes y luego enviará los resultados de la ejecución a la unidad de control principal.
(1) Sistema de seguridad
Se refiere a un sistema que activa las bolsas de aire en función de la información de múltiples sensores. Debido a que el sistema de seguridad involucra la seguridad de la vida humana y hay muchas bolsas de aire y sensores de colisión en el automóvil, el sistema de seguridad debe tener las características de velocidad de comunicación rápida y alta confiabilidad de comunicación.
(2) Sistema de información
Los sistemas de información se utilizan ampliamente en los automóviles, como teléfonos, audio y otros sistemas. Los requisitos del bus de comunicación del sistema de información son: gran capacidad y muy alta velocidad de comunicación. Las fibras ópticas o los cables de cobre se utilizan generalmente como medios de comunicación porque las velocidades de transmisión de estos dos medios son muy rápidas y pueden satisfacer las necesidades de los sistemas de información de alta velocidad.
5. Tecnologías clave de la tecnología de bus CAN en aplicaciones de automoción.
Los problemas técnicos clave que deben resolverse al utilizar el bus CAN para construir una red de vehículos son:
(1) Problemas técnicos como la velocidad de transmisión del bus, la capacidad, la prioridad, capacidad del nodo, etc.
(2) Transmisión de datos confiable en entornos con fuertes interferencias electromagnéticas.
(3) Determine el retraso máximo de transmisión.
(4) Tecnología de tolerancia a fallas de la red
(5) Función de monitoreo y diagnóstico de fallas de la red
(6) Control en tiempo real de las características de tiempo del red
(7) Cableado durante la instalación y mantenimiento
(8) Incremento de nodos de red y actualización de software y hardware (escalabilidad)
Conclusión de verbos intransitivos
El bus CAN, como bus de red de computadoras automotrices confiable, se ha utilizado en automóviles avanzados, lo que permite que todas las unidades de control de computadoras automotrices disfruten de toda la información y los recursos a través del bus CAN, simplificando así el cableado y reduciendo el número de sensores y evitar el control La duplicación de funciones mejora la confiabilidad y el mantenimiento del sistema, reduce los costos y combina y coordina mejor varios sistemas de control. Con el desarrollo de la tecnología electrónica automotriz, el protocolo de comunicación de bus CAN, que tiene alta flexibilidad, escalabilidad simple y excelentes capacidades antiinterferencias y de corrección de errores, se utilizará ampliamente en los sistemas de control electrónico automotriz.
Referencia:
Wang Zhen. Aplicación del bus CAN en automóviles[N]. Noticias del automóvil de China. 2004.
Wu Kuanming. Principio del bus CAN y diseño del sistema de aplicación. Prensa de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica 1996.
Zhou Zhen. Módulo de control de carrocería basado en bus CAN. Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing. 2005.
[4]Li, Yu. Tecnología de bus CAN y su aplicación en automóviles. Artículos de ciencia y tecnología de China en línea.
[5] Yang Weijun. Sistema de red de vehículos. Beijing: Prensa de la industria de maquinaria. 2006.
Li Dongjiang, Zhang Dacheng. Principios y mantenimiento de los sistemas de redes a bordo de vehículos. Beijing: Prensa de la industria de maquinaria. 2005.
Documento 2 sobre tecnología de redes automotrices: Sobre la tecnología moderna de redes automotrices
Para resolver la contradicción entre la mejora de la automatización del automóvil y la estabilidad del sistema de control, en la década de 1980, el introducción de la industria La red de vehículos puede reducir el uso de mazos de cables, mejorar la estabilidad del sistema de control y desempeñar un papel positivo en el control de los costos de los vehículos [2]. El autor combina su propia práctica laboral para analizar y discutir la tecnología moderna de Internet de vehículos para promover el desarrollo de la tecnología de Internet de vehículos.
1 Tecnología de redes de vehículos de uso común
El desarrollo y la aplicación de la tecnología de redes de vehículos han simplificado enormemente el cableado de los vehículos y han reducido la cantidad de mazos de cables. Al mismo tiempo, la tecnología de red a bordo de los vehículos también ha aumentado la velocidad de transmisión de información y ha mejorado la estabilidad y confiabilidad del sistema de control automotriz. Diferentes fabricantes de automóviles han desarrollado muchas tecnologías de redes a bordo de vehículos. Diferentes tipos de redes a bordo de vehículos necesitan intercambiar señales a través de puertas de enlace para coordinar diferentes tipos de redes entre sí y garantizar el funcionamiento normal del sistema a bordo [4].
Controller Area Network (CAN) es uno de los buses de red más utilizados en el mundo. Utiliza pares trenzados como medio de transmisión. La velocidad de transmisión de datos puede alcanzar hasta 1 Mbit/s. Red de velocidad media. En aplicaciones prácticas, se pueden conectar muchos dispositivos electrónicos a la lata, lo que reduce en gran medida la cantidad de mazos de cables. En la actualidad, CAN se utiliza principalmente en centros de información electrónica de automóviles, diagnóstico de fallas, etc. , tiene altas características antiinterferencias electromagnéticas y se utiliza principalmente en unidades de control electrónico de motores de vehículos automóviles. La velocidad de transmisión de información de la red de enlace local (LIN) es de 20 Kbit/s, que es una red de baja velocidad. En aplicaciones prácticas, LIN suele funcionar como bus auxiliar y bus CAN auxiliar. El método de acceso es maestro único y esclavos múltiples. Actualmente, Lin se utiliza principalmente en volantes, puertas, asientos, sistemas de aire acondicionado, sistemas antirrobo, etc.
La ventaja de la red de conexión local es que las señales digitales sustituyen a las anteriores señales analógicas, satisfaciendo las necesidades de los coches de redes de baja velocidad. El sistema direccional multimedia tiene una velocidad de transmisión de datos rápida y la velocidad de transmisión de datos de ajedrez puede alcanzar los 24,8 Mbit/s a un bajo costo. Los cables ópticos de plástico se utilizan como medios de transmisión y son redes de alta velocidad. Se utilizan principalmente para sistemas multimedia de automóviles con altas velocidades de transmisión de datos, como por ejemplo para conectar navegadores de automóviles, dispositivos inalámbricos, teléfonos de automóviles, etc.
Debido al uso de fibra óptica plástica, su señal es confiable y el mantenimiento sencillo. La tecnología de control por cable se originó originalmente en el campo aeroespacial. La tecnología de control por cable utiliza dispositivos electrónicos para conectar la unidad de control y el actuador, lo que reduce en gran medida el uso de dispositivos de conexión mecánicos e hidráulicos. La tecnología de control por cable es una red de alta velocidad y tiene importantes aplicaciones en los sistemas de seguridad del automóvil. El sistema de control por cable puede detectar el ángulo de dirección del volante a través del sensor y juzgar y procesar los datos a través de la ECU, mejorando así la seguridad de la dirección del volante. El sistema de freno por cable también puede detectar la situación de frenado del automóvil a través de cables, lo que mejora en gran medida la velocidad de respuesta y la sensibilidad de detección del sistema de frenos del automóvil. La tecnología de bus D2B es una tecnología de red en el vehículo desarrollada para satisfacer las necesidades de comunicación y multimedia del automóvil. Utiliza fibra óptica como medio de transmisión y tiene una velocidad de transmisión rápida. Es una red de alta velocidad y puede conectar equipos multimedia, unidades de control electrónico de voz, etc. La tecnología de bus D2B utiliza fibra óptica para transmitir datos. Tiene una amplia gama de aplicaciones, una gran estabilidad de las señales de transmisión y está libre de interferencias electromagnéticas, de transmisión y de radiación.
2 Aplicaciones del Internet de los Vehículos
Las partes del sistema de carrocería están distribuidas por todo el equipamiento del automóvil. Si se utiliza un mazo de cables, será relativamente largo y susceptible a interferencias de señales de transmisión, electromagnéticas y de otro tipo. Para evitar interferencias de otras señales, la práctica de ingeniería suele resolverse reduciendo la velocidad de comunicación. Debido a la compleja composición del sistema corporal, se utiliza una gran cantidad de módulos de interfaz hombre-máquina y la cantidad de nodos correspondientes también es relativamente grande. No es difícil controlar la velocidad de comunicación, pero aumentará el costo de ensamblaje. de todo el vehículo. En la actualidad, la aplicación de la tecnología de redes a bordo de vehículos en sistemas de carrocería utiliza principalmente autobuses directos y autobuses auxiliares. El bus de datos CAN generalmente conecta siete unidades de control, incluida una unidad de control central, cuatro unidades de control de puertas y una unidad de control en la parte delantera y trasera del vehículo para controlar seguros centrales de puertas, elevalunas eléctricos, iluminación, sistemas de aire acondicionado y otros componentes.
La forma de la red tiene forma de estrella. La falla de una sola unidad de control no afecta el uso de toda la red. Otras unidades de control aún pueden enviar y recibir datos, lo que mejora la estabilidad del sistema de control. .
Como núcleo del sistema de control del automóvil, el sistema de transmisión de potencia necesita monitorear y controlar el arranque, la conducción, la parada y la dirección del automóvil, lo que requiere una alta velocidad de transmisión de datos y el uso de redes de alta velocidad. El bus de datos CAN de potencia de los automóviles modernos generalmente conecta tres computadoras: motor, ABS/EDL y transmisión automática. El bus de datos CAN puede transmitir 10 conjuntos de datos al mismo tiempo. En el sistema de transmisión de energía, se requiere que la transmisión de datos sea lo más rápida posible, por lo que a menudo se utilizan transmisores de alto rendimiento para facilitar la transmisión de datos de alta velocidad entre sistemas de encendido. .
El sistema de seguridad hace referencia al sistema de activación del airbag del coche, que se ha convertido en un equipamiento de serie en los coches pequeños. Para proteger eficazmente a conductores y pasajeros, los sistemas de seguridad deben reaccionar rápidamente ante situaciones inesperadas, como una variedad de colisiones externas. Debido a que hay muchas bolsas de aire en los automóviles y muchos sensores de colisión que detectan la intensidad de las colisiones externas, los requisitos de velocidad de comunicación y confiabilidad de la transmisión son mayores. El sistema de información es una nueva tecnología que se ha utilizado ampliamente en los automóviles en los últimos años. Satisface principalmente las necesidades de los conductores y pasajeros de utilizar funciones como teléfonos, audio, radar de marcha atrás y multimedia en el automóvil. Debido a la gran capacidad de comunicación y la alta velocidad, generalmente se utiliza fibra óptica y su velocidad de transmisión puede cumplir eficazmente con los requisitos de los sistemas de información automotrices.
3 Tendencias de desarrollo de la tecnología de Internet de los vehículos
3.1 Desarrollo de la tecnología de control de cables para automóviles
La aplicación de la tecnología de control de cables para automóviles resuelve eficazmente la conexión mecánica tradicional y Conexión hidráulica Las desventajas incluyen un largo tiempo de retroalimentación y una estructura compleja del dispositivo. El uso de la tecnología de control por cable puede reducir eficazmente los dispositivos de control hidráulico y mecánico, mejorar la estabilidad y sensibilidad del sistema de control y proporcionar espacio para el rediseño y optimización del diseño del automóvil. En la actualidad, la tecnología de control por cable se ha utilizado ampliamente en el control y los sistemas de frenado de los automóviles, y en el futuro desempeñará un papel activo en los campos del control remoto y el frenado antibloqueo.
3.2 Desarrollo de la tecnología de fibra óptica para automóviles
La tecnología de fibra óptica para automóviles tiene las características de una gran capacidad de comunicación, una velocidad de transmisión rápida y una gran capacidad antiinterferencias, y puede cumplir eficazmente con los altos Los requisitos de velocidad de transmisión de datos de los sistemas de transmisión de energía y los requisitos de los sistemas de información para una gran capacidad de transmisión se aplicarán en los futuros sistemas de control de automóviles. Al mismo tiempo, la tecnología de transmisión de fibra óptica permite altas velocidades de transmisión de datos y altas relaciones señal-ruido, y tiene importantes aplicaciones en el control en tiempo real de motores de automóviles, monitoreo del estado de los vehículos y control de conmutación de carga.
4 Conclusión
En resumen, el desarrollo y la aplicación de la tecnología de redes de vehículos se ajusta a la dirección de desarrollo de la automatización, la inteligencia y la conservación de energía del automóvil, y mejora la sensibilidad y precisión de la tecnología automotriz. Los sistemas de control. La estabilidad aumenta el espacio para la optimización y el rediseño del diseño del vehículo, reduce en gran medida los costos de fabricación del vehículo y mejora el nivel técnico de los vehículos modernos.
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