Глава 6. Автомобильные мультиплексные системы передачи информации

6.1. Понятие об автомобильных мультиплексных системах

За последние 20 лет значительно возросла сложность ашомобильной электропроводки. Сегодня разработка и изготовление автомобильного жгута проводов является проблемой из-за его размеров и веса. В со1феменном автомобиле может быть более 1200 отдельных проводов. Например, жгут, идущий к .чверп водителя, содержит 50 проводов; жгут, подходящий к приборному пинку - около 100 проводов. Помимо увеличения размеров и iseca, большое число проводов и соедиГп!-гелей ухудшает надежность.

По стоимости автомобильный жгут проводов за1П1мает четвертое место после кузова, двигателя и трансмиссии.

Растет число систем автомобиля, имеющих автотронное управление, таких как:

автотронное управление двигателем;

автотронные антиблокировочные системы;

автотронное управление коробкой передач;

автотро1пюе управление к.лапанами;

активная подвеска и т. д.

Эти системы в той или иной степени свя;!ан1>1 друг с другом. Выходные сигналы некоторых датчиков могут использоваться несколькими электронными системами. Можно использовать один компьютер для управ;1сния всеми автомобильными системами. Но сегодня и в ближайи1е.м будущем это экономически непеле-еообразно. Начинаег претворяться в жизнь другое техническое решение, когда контроллеры отдельных электронных блоков управления (ЭБУ) связываются друг с другом коммуникационной п.1иной для обмена данными. Датчики и исполните-.1ьные механизмы, подключенные к этой nnnic через сиеци1иплп,!е согласуюпиле устройства, становятся досту(П1ыми для всех ЭБУ. Это есть не что иное как локальная вычислительная сеть (ЛВС) на борту автомобиля.

Термин мультиплексный широко исполь:!уегся в автомобильной промышленности. Обычно его относят к последоваге.плпя.м каналам передачи дашии между различными электронными устройства.ми автомобиля. Несколько проводов, по которым передаются управляющие сигнаты, заменяются 111И1ЮЙ для обмена данными. Уменьшение ко-личества проводов в электропроводке авто.мобиля - одна из причин разработки мультиплексных систем.

Другая причина - необходимость объединения li ЛВС контро.ллеров раз.1ич-пых ЭБУ Д.ЛЯ эффективной работы и диагностики. На рис. 6.1 показана традиционная схема электропроводки и мультинлексная система.

Мультиплексные систе.мы значительно отличаются от обычных. Укажем на некоторые отличия, очевидные из рис. 6.1.

i. В обычных системах электропроводки информация и [пгтапис передаются но одни.м и тем же проводам. В мультип.тексных системах ситна.лы и электрощгтание разделены.

Ключ Предохранители

Нагрузка

Батарея

Предохранитель

Демультиплексор

Нагрузка

Батарея

Рис. 6.1. Обычное и мультиплексное подключение нагрузок

2. В мультиплексных системах управляющие ключи непосредственно не вктю-чают и не выключают электропитание нагрузок.

3. В некоторых случаях электронная схе.ма узла должна постоянно считывать состояние управляющего к.1юча, даже когда больпшя часть электрооборудования обесточена. Например, положение кзюча централыюго замка дверей должно определяться и при парковке, когда многие системы выключены из соображений энергосбережения.

По схе.ме на рис. 6.1 .может быть реа.,тизовано электропитание корпусных потребителей: освещение, стеклоподъемники, омыватели и т. д. Электропроводка упрощается за счет приема и передачи различных сигна.,10в между узлами по одной и той же Hjnne (проводу). При обычной схеме проводки для реа-тизации каждой функции требуется отдельный проводник. Через узлы осуществляется доступ к сети. Узел, как правило, содержит микропроцессор, подключенный к ком.мута-ционной шине, и электронные цепи, управляющие работой датчиков и исполнительных механизмов, подк.:ноченных к узлу. Ком.му)1икационная шина на современном автомобиле чаще всего представляет собой витую пару проводов, хотя возможны и другие варианты (см. 6.2.3). На рис. 6.2 в обще.м виде гюказана муль-

Батарея 1

Шина данных

Узел 1

Узел 1

,- Узел 1

Предохранители

Рис. 6.2. Структура мультиплексной системы

типлексиая система. К входам узлов могут подключаться любые датчики, к выходам исполнительные устройства. Примеры входной информации: те.мпература, ток, напряжение, положение переключателей и т. д. Примеры исполнительных устройств и механиз.мов: дисплеи, электроклапаны, электродвигатели и т. п.

SAE (Society of Automotive Engineers - .международное общество автомобильных инженеров) делит .мультиплексные автомобильные системы на три юшсса:

1. Класс А. .Мультиплексные системы, в которых автомобильная электропроводка упрощается за счет использования коммуникационной шины. По этой шине между узлами передаются сигналы, которые проходят по раздельным проводам в автомобиле с обычной электропроводкой. Узлы, являющиеся частью мультиплексной системы, при обычной электропроводке отсутствуют.

2. Класс В. В мультиплексной системе между узлами передаются информационные данные (обычно значения параметров), чем достигается устранение избь1-точности датчиков и иных элементов по сравнению с обычной схемой электропроводки. В этом случае узлы существуют и в обычной системе, в виде несвязанных элементов.

3. Класс С. Мультиплексная система с высокой скоростью об.мена данными, осуществляющая управление в реатьно.м времени, например, двигателем, антиблокировочной системой и т. д.

Систе.мы Kjiacca А используются для включения/выключения различных нагрузок (например, для управления элемента.ми двери салона), скорость передачи но щине не более 10 Кбит/сек.

В сислемах K.,iacca В осуществляется обмен информацией между подсистемами, когда требуется скорость [1ередачи данных 100...250 Кбит/сек. В настоящее время систе.мы класса В исполызуются на автомобиле чаще других. Обмен данными в системах класса В соответствует требования.м стандарта Л850 (10...40 Кбит/сек, США, Япония) или протоколу VAN (vehicle area networi< - автомобильная локальная сеть), 125 кбит/сек, поддерживаемому французскими фирмами Renault и Peugeot. Задачи систе.м класса В можно решиль, применив шину CAN (controller area network - локальная сеть конлроллеров), но па сегодняшний день пока это экономически нецелесообразно.

В системах класса С осуществляется распределенное управление в реальном масштабе времени, скорость об.мена данными около 1 .Мбит/сек. Ши)1а CAN яв-ляегся стандартом для мультиплексных систем к.,ласса С. Кругтейшие произволи-лели автомобильного электронного оборудования (Bosch, Delco) и комплектующих (Intel, Motorola) поддерживают CAN.

6.2. Локальные вычислительные сети

6.2.1. Эталонные модели взаимодействия систем

Для определения задач, поставленных перед сложной технической системой, а также для выделения главных характеристик и параметров, которы.ми она должна обладать, создаются общие модели таких сислем. Обп.1ая модель вычислительной сети определяет характеристики сети в целом и характеристики и функции входящих в нее основных компонентов.

Многообразие вариантов вычислительных сетей и сетевых программных продуктов 1Юставило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее ре-