传感技术强化在汽车中的网络应用.doc
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1、传感技术强化在汽车中的网络应用如今汽车内的电子零组件价值已占整体汽车成本的15-20%。未来,随着车辆中植入更多安全电子设备、燃油消耗和燃料排放控制电子系统、通讯和导航系统、信息娱乐系统以及其他提升舒适度的电子系统,该比例可能会高达30-40%。目前实现上述功能需要20-50个电子控制单元(ECU),所用到的传感器差不多有70-150个。这些传感器负责测量的环境数据范围很广,有压力、温度、流量、速度、加速度以及角度等。它们将测量值送到ECU进行引擎和环境控制、安全气囊触发,因而提升舒适度和安全性。像ABS、电子稳定程序/控制(ESP/ESC),以及剎车辅助系统等,都要依赖传感器输入。在这些应用
2、中,各种系统的自诊断能力正变得日益重要。例如,如果有可能直接在感应组件中检测到传感器的缺陷,ECU就能够获得可靠数据因而做出正确决策。对于那些与安全息息相关的系统来说,系统禁用和应急启动都相当重要。汽车中的网络应用一份有关汽车电子控制系统的分析报告显示,这些装配的复杂度呈现指数上升。简单的电子控制和调节装备已经被更为复杂的IT系统取代。在这其中,除了实际硬件外,软件以及ECU间的双向通讯已成为一个新的关注点。例如,可能会通过诊断用CAN总线来存取每个单独的ECU、询问其状态、读取错误程序代码,甚至刷新程序固件。如今,出于成本考虑,许多应用中常常会共享传感器。这意味着一个传感器模块的测量值将被几
3、个ECU处理。车辆中的大量应用已然转变成了网络应用。以往的常见架构(即一个ECU实现一个应用)已经被多个ECU共享的网络功能所取代。图3是一个后备箱盖的功能树。在这里,打开后备箱实际上需要启动两个ECU。其余的ECU用来执行显示和控制功能。任何错误都会导致系统故障。打开后备箱盖这个动作可能出现的错误模式有6个。应该是某个错误使得传感器故障,这可能会在ECU的故障内存中产生十几个不同的输入。从这些错误程序代码的分布来看,有必要获取比以往更为详细的传感器诊断信息。汽车传感器目前所用的通讯协议仍然是模拟输出。这是典型的点对点连接即一个传感器与一个ECU连接,并以电压作为其输出信号。尽管已经进行了一些
4、改善,例如提高分辨率,或增加诊断范围(LDR, UDR,见图4),但模拟输出仍然是90年代至今该技术的核心。模拟输出只允许进行信号范围内(如10-90%)的传感器信号传输,并通过开关将低诊断范围(LDR)和高诊断范围(UDR)转换为故障状态。因此,其无法传送更详细的故障信息。解决这一问题的方法是在传感器模块与ECU之间采用数字通讯,来传输除传感器数据之外的状态信息、时间戳以及误差程序代码等。不过遗憾的是,向数字通讯转变所引发的问题异常复杂,因为传感器的种类相差太大,而且不同的传感器供货商所采用的架构也有所不同(见图5)。从模拟角度来看,市场上提供各种针对所有环境变量的传感器,而且几乎所有ECU
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