現代汽車核心技術-CAN總線應用層協議標準SAE J1939

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-06-12 05:51:07
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在當今的中高檔汽車中都采用了汽車總線技術。汽車總線為汽車內部各種複雜的電子設備、控製器、測量儀器等提供了統一數據交換渠道。一些汽車專家認為,就像在20世紀70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣,近10年來數據總線技術的引入也將是汽車電子技術發展的一個裏程碑。


20世紀90年代以來,汽車上由電子控製單元(ECU)控製的部件數量越來越多,例如電子燃油噴射裝置、防抱死製動裝置、安全氣囊裝置、電控門窗裝置、主動懸架等等。隨著集成電路和單片機在汽車上的廣泛應用,車上的ECU數量越來越多。因此,一種新的概念--車上控製器局域網絡CAN(Controller Area Network)的概念也就應運而生了。CAN最早是由德國BOSCH公司為解決現代汽車中的控製與測試儀器之間的數據交換而開發的一種數據通信協議,按照ISO有關標準,CAN的拓撲結構為總線式,因此也稱為CAN總線。

CAN協議中每一幀的數據量都不超過8個字節,以短幀多發的方式實現數據的高實時性;CAN總線的糾錯能力非常強,從而提高數據的準確性;同時CAN總線的速率可達到1M bit/s,是一個真正的高速網絡。總之,將CAN總線應用在汽車中使用有很多優點:
(1)用低成本的雙絞線電纜代替了車身內昂貴的導線,並大幅度減少了用線數量;提高可靠性,安全性、降低成本。
(2)具有快速響應時間和高可靠性,並適合對實時性要求較高的應用如刹車裝置和氣囊;控製平台、信息平台、駕駛平台的互連基礎。
(3)CAN芯片可以抗高溫和高噪聲,並且具有較低的價格,開放的工業標準。

在現代轎車的設計中,CAN已經成為必須采用的裝置,奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控製器聯網的手段。據報道,中國首輛CAN網絡係統混合動力轎車已在奇瑞公司試裝成功,並進行了初步試運行。在上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引入了CAN總線技術。但總的來說,目前CAN總線技術在我國汽車工業中的應用尚處於試驗和起步階段,絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線的設計,因而存在著不少弊端。


比如,眾所周知汽車的核心設備就是發動機,發動機的運行參數,例如發動機轉速、機油壓力、冷卻劑溫度等等是和汽車駕駛是緊密相關的。傳統汽車儀表的設計方法是:通過放置在汽車部件(如發動機)內部的傳感器,將機械信號轉換成電信號,如電壓、電流、脈衝信號,再經過D/A轉換或計數器等,將電信號轉換成可視的指針信號顯示在模擬儀表盤上。隨著汽車總線技術的發展,不少進口的發動機已經不再直接向外提供傳感器信號,而改用CAN總線通信接口。一旦發動機出現故障時,由於缺乏基於CAN總線的測試維修設備,目前伊人影院的維修人員使用的方法隻能是在發動機上鑽孔,將傳感器直接放進發動機內部進行測量,操作繁瑣、設備複雜,且不利於保護發動機的整體結構。


又比如,現有的部分汽車儀表使用了專用的總線設計,由於硬件標準不統一,通信協議也不兼容,為甲公司汽車生產的儀表完全不能在乙公司的汽車上使用,生產成本難以降低、故障維修很不方便。如果能將各種專用總線統一到CAN總線標準上來,就可以解決問題。


再比如,在手動擋汽車中,駕駛員的換擋是依照經驗進行的,有可能發生應該加高擋位而沒能及時加擋的情況,即低檔高速行駛,既不利於降低油耗,又容易造成汽車傳動部件磨損。如果能實現自動換擋提示,車輛就能始終保持在經濟時速行駛。


根據ISO(國際標準化組織)定義的OSI模型,CAN協議定義了物理層及數據鏈路層規範,這為不同的汽車廠商製定符合自身需要的應用層協議提供了很大的便利。如果需要建立更加完善的係統,還需要在CAN的基礎上選擇合適的應用層協議。如CANopen、SAE J1939等。   


J1939協議是目前在大型汽車中應用最廣泛的應用層協議,可達到250Kbps的通訊速率。J1939協議由美國SAE( Society of Automotive Engineer)組織維護和推廣。J1939協議具有如下特點:

(1)以CAN2.0B協議為基礎,物理層標準與ISO11898規範兼容並采用符合該規範的CAN控製器及收發器。通訊速率最高可達到250Kbps。
(2)采用PDU( Protocol Data Unit 協議數據單元)傳送信息,每個PDU相當於CAN協議中的一幀。由於每個CAN幀最多可傳輸8個字節數據,因此PDU的傳輸具有很高的實時性。
(3)利用CAN2.0B擴展幀格式的29位標誌符定義每一個PDU的含義以及該PDU的優先級。
(4)J1939協議主要作為汽車中應用的通訊協議,對汽車中應用到的各類參數都進行了規定。參數的規定符合ISO11992標準。


二、J1939在國內的發展情況

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