Понятие об автомобильных мультиплексных системах передачи информации

За последние 20 лет значительно возросла сложность автомобильной электропроводки. Сегодня разработка и изготовление автомобильного жгута проводов является проблемой из-за его размеров и веса. В современном автомобиле может быть более 1200 отдельных проводов. Например, жгут, идущий к двери водителя, содержит 50 проводов; жгут, подходящий к приборному щитку — около 100 проводов. Помимо увеличения размеров и веса, большое число проводов и соединителей ухудшает надежность.

По стоимости автомобильный жгут проводов занимает 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;
• автотронное управление клапанами;
• активная подвеска и т.д.

Эти системы в той или иной степени связаны друг с другом. Выходные сигналы некоторых датчиков могут использоваться несколькими электронными системами. Можно использовать один компьютер для управления всеми автомобильными системами. Но сегодня и в ближайшем будущем это экономически нецелесообразно. Начинает претворяться в жизнь другое техническое решение, кота контроллеры отдельных электронных блоков управления (ЭБУ) связываются друг с другом коммуникационной шиной для обмена данными. Датчики и исполнительные механизмы, подключенные к этой шине через специальные согласующие устройства, становятся доступными для всех ЭБУ. Это есть не что иное как локальная вычислительная сеть (ЛВС) на борту автомобиля.



Термин «мультиплексный» широко используется в автомобильной промышленности. Обычно его относят к последовательным каналам передачи данных между различными электронными устройствами автомобиля. Несколько проводов, по которым передаются управляющие сигналы, заменяются шиной для обмена данными. Уменьшение количества проводов в электропроводке автомобиля — одна из причин разработки мультиплексных систем.

Другая причина — необходимость объединения в ЛВС контроллеров различных ЭБУ для эффективной работы и диагностики. На рис. 6.1 показана традиционная схема электропроводки и мультиплексная система.



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

1. В обычных системах электропроводки информация и питание передаются по одним и тем же проводам. В мультиплексных системах сигналы и электропитание разделены.

2. В мультиплексных системах управляющие ключи непосредственно не включают и не выключают электропитание нагрузок.

3. В некоторых случаях электронная схема узла должна постоянно считывать состояние управляющего ключа, даже когда большая часть электрооборудования обесточена. Например, положение ключа центрального замка дверей должно определяться и при парковке, когда многие системы выключены из соображений энергосбережения.



По схеме на рис. 6.1 может быть реализовано электропитание корпусных потребителей: освещение, стеклоподъемники, омыватели и т.д. Электропроводка упрощается за счет приема и передачи различных сигналов между узлами по одной и той же шине (проводу). При обычной схеме проводки для реализации каждой функции требуется отдельный проводник. Через узлы осуществляется доступ к сети. Узел, как правило, содержит микропроцессор, подключенный к коммутационной шине, и электронные цепи, управляющие работой датчиков и исполнительных механизмов, подключенных к узлу. Коммуникационная 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 общем виде показана мультиплекеная система. К входам узлов могут подключаться любые датчики, к выходам исполнительные устройства. Примеры входной информации: температура, ток, напряжение, положение переключателей и т.д. Примеры исполнительных устройств и механизмов: дисплеи, электроклапаны, электродвигатели и т. и.



SAE (Society of Automotive Engineers — международное общество автомобильных инженеров) делит мультиплексные автомобильные системы на три класса:



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 избыточности 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 обмена данными, осуществляющая управление в реальном времени, например, двигателем, анти-блокировочной системой и т.д.

Системы класса А используются для включения/выключения различных нагрузок (например, для управления элементами двери салона), скорость передачи но шине не более 10 Кбит/сек.

В системах класса В осуществляется обмен информацией между подсистемами, когда требуется скорость передачи данных 100...250 Кбит/сек. В настоящее время системы класса В используются на автомобиле чаще других. Обмен данными в системах класса В соответствует требованиям стандарта J1850 (10...40 Кбит/сек, США, Япония) или протоколу VAN (vehicle area network — автомобильная локальная сеть), 125 кбит/сек, поддерживаемому французскими фирмами Renault и Peugeot. Задачи систем класса В можно решить, применив шину CAN (controller area network — локальная сеть контроллеров), но на сегодняшний день пока это экономически нецелесообразно.

В системах класса С осуществляется распределенное управление в реальном масштабе времени, скорость обмена данными около 1 Мбит/сек. Шина CAN является стандартом для мультиплексных систем класса С. Крупнейшие производители автомобильного электронного оборудования (Bosch, Delco) и комплектующих (Intel, Motorola) поддерживают CAN.