La aplicación de datos del bus CAN de tecnología digital automotriz es el punto de partida

En el desarrollo de la tecnología automotriz moderna, más del 95% de los automóviles han adoptado el protocolo de bus CAN y algunos sistemas de entretenimiento han adoptado Ethernet. Combinado con la aplicación comercial de 4G/5G, el original cerró. El automóvil de circuito cerrado de datos internos está conectado a Internet. Nuestros usuarios no solo pueden desbloquear su automóvil de forma remota, sino también controlarlo de forma remota. Incluso sin una llave, los miembros de la familia aún pueden usar el automóvil. Como medio de transporte móvil, los automóviles se han vuelto tan simples como televisores con control remoto con la nueva tecnología.

Tesla ha adoptado una variedad de métodos de control como RFID, NFC, Bluetooth y control remoto, que se han convertido en un truco "orgulloso" para los usuarios. Por esta razón, una gran cantidad de usuarios están obsesionados con ellos. La alta tecnología de Tesla, en términos de innovaciones y aplicaciones únicas, realmente ha capturado la psicología del usuario, desde la primera pantalla grande hasta el primer desbloqueo de puertas RFID, todas estas tecnologías son llamativas.

1. Antecedentes técnicos

La tecnología de los autobuses automotrices se utiliza hoy en día en los automóviles de gama media y alta. El autobús del automóvil proporciona un canal unificado de intercambio de datos para diversos dispositivos electrónicos complejos, controladores, instrumentos de medición, etc. dentro del automóvil. Algunos expertos en automoción creen que, al igual que la introducción de los circuitos integrados en los años 1970 y los microprocesadores en los años 1980, la introducción de la tecnología de bus de datos en los últimos 20 años también será un hito en el desarrollo de la tecnología electrónica del automóvil.

Desde la década de 1990, el número de componentes controlados por unidades de control electrónico (ECU) en los automóviles ha aumentado, como dispositivos electrónicos de inyección de combustible, dispositivos de frenos antibloqueo, dispositivos de bolsas de aire y dispositivos electrónicos de control de puertas y ventanas. , suspensión activa, etc. Con la aplicación generalizada de circuitos integrados y microcontroladores en los automóviles, el número de ECU en los automóviles está aumentando. Por lo tanto, surgió un nuevo concepto: el concepto de red de área de controlador a bordo CAN (Controller Area Network). CAN es un protocolo de comunicación de datos desarrollado originalmente por la empresa alemana BOSCH para resolver el problema del intercambio de datos entre los instrumentos de control y prueba en los automóviles modernos. Según las normas ISO pertinentes, la topología de CAN es de tipo bus, por lo que también se le llama bus CAN. .

La cantidad de datos en cada trama en el protocolo CAN no supera los 8 bytes y se logra un alto rendimiento de datos en tiempo real mediante el envío de múltiples tramas cortas. La capacidad de corrección de errores del bus CAN es muy alta; fuerte, mejorando así la precisión de los datos; al mismo tiempo, la velocidad del bus CAN puede alcanzar 1 M bit/s, que es una red verdaderamente de alta velocidad. Generalmente utiliza 500 Kbit/s, y la mayoría de los vehículos comerciales. Utilice 250 bits/s. Hay 100250 bits/s en el sistema de control del cuerpo CAN multicanal.

Las aplicaciones de bus CAN tienen muchas ventajas cuando se usan en automóviles:

(1) Utilice cables de par trenzado de bajo costo para reemplazar cables costosos en la carrocería del automóvil y reducir en gran medida el uso de número de líneas; mejorar la confiabilidad, la seguridad y reducir costos;

(2) Tiene un tiempo de respuesta rápido y alta confiabilidad, y es adecuado para aplicaciones con altos requisitos en tiempo real, como dispositivos de frenado y bolsas de aire, es la base de interconexión de plataformas de control, plataformas de información y; plataformas de conducción.

(3) El chip de conversión CAN (generalmente utiliza la serie NXP1040-1044) puede soportar altas temperaturas y mucho ruido, y tiene un precio más bajo y un estándar industrial abierto.

En el diseño de automóviles nuevos, CAN se ha convertido en un dispositivo imprescindible. Mercedes-Benz, BMW, Volkswagen, Volvo, Toyota, Honda, Nissan y otros automóviles han adoptado CAN como medio de control. redes. Cuando desciframos toda la serie BMW en 2014, había más de 130 unidades de control de ECU de BMW en modelos de lujo y estaban equipadas con puertas de enlace multicanal para recoger el bus CAN del automóvil, como la entrada a través de la puerta de enlace, generalmente a través del exterior. Interfaz OBD. Es imposible obtener los datos de su ECU, y es un CAN multicanal.

Como todos sabemos, la unidad central de un automóvil es el motor. Los parámetros de funcionamiento del motor, como la velocidad del motor, la presión del aceite, la temperatura del refrigerante, etc., están estrechamente relacionados con la conducción del automóvil.

El método de diseño de los instrumentos de automóvil tradicionales es convertir señales mecánicas en señales eléctricas, como voltaje, corriente y señales de pulso, a través de sensores colocados dentro de los componentes del automóvil (como motores) y luego mediante conversión D/A o contadores, etc. , las señales eléctricas se convierten en señales eléctricas convertidas en señales de puntero visual que se muestran en el panel de instrumentos analógico. Con el desarrollo de la tecnología de autobuses de automóviles, muchos motores importados ya no proporcionan señales de sensores directamente al mundo exterior, sino que utilizan la interfaz de comunicación de bus CAN

Según el modelo OSI definido por ISO (Organización Internacional de Normalización ), CAN El protocolo define las especificaciones de la capa física y la capa de enlace de datos, lo que proporciona una gran comodidad para que diferentes fabricantes de automóviles desarrollen protocolos de capa de aplicación que satisfagan sus propias necesidades. Si necesita construir un sistema más completo, también debe elegir un protocolo de capa de aplicación adecuado basado en CAN. Como CANopen, SAE? J1939, etc.

El protocolo J1939 es actualmente el protocolo de capa de aplicación más utilizado en vehículos grandes (principalmente vehículos diésel) y puede alcanzar una velocidad de comunicación de 250 Kbps. El protocolo J1939 es mantenido y promovido por la organización estadounidense SAE (?Society?of?Automotive?Engineer). El protocolo J1939 tiene las siguientes características:

(1) Basado en el protocolo CAN2.0B, el estándar de capa física es compatible con la especificación ISO11898 y utiliza controladores y transceptores CAN que cumplen con la especificación. La velocidad de comunicación puede alcanzar hasta 250 Kbps.

(2) PDU (?Protocol?Data?UNIt?Protocol Data Unit) se utiliza para transmitir información. Cada PDU es equivalente a una trama en el protocolo CAN. Dado que cada trama CAN puede transmitir hasta 8 bytes de datos, la transmisión de PDU tiene un alto rendimiento en tiempo real.

(3) Utilice el identificador de 29 bits del formato de trama extendida CAN2.0B para definir el significado de cada PDU y la prioridad de la PDU.

(4) El protocolo J1939 se utiliza principalmente como protocolo de comunicación en automóviles y estipula varios parámetros aplicados en automóviles. La especificación de parámetros cumple con la norma ISO11992.

II. Desarrollo de J1939 en China

Shenzhen Suride Technology Co., Ltd., un proveedor de equipos terminales de prueba de emisiones OBD en línea para vehículos diésel pesados ​​de China, coopera con el Centro Automotriz de China y la Agencia Nacional de Protección Ambiental, Metrología, Universidad de Tsinghua, etc. definieron los datos para el monitoreo del estándar de emisiones OBD de vehículos diésel de servicio pesado Nacional VI y diseñaron y desarrollaron terminales de monitoreo en línea, realizaron el terminal de puerta de enlace J1939 H6S (? Estándar nacional) productos terminales de la serie basados ​​en la red 4G y cumplieron con los requisitos de transferencia de datos GB17691.

El H6S se puede utilizar en instrumentos digitales remotos para automóviles, puertas de enlace J1939 para automóviles y unidades centrales de controles electrónicos multifuncionales para automóviles. Ha pasado estrictas pruebas de confiabilidad y verificación de productos reales, y se ha puesto en producción en masa. .

Los diversos indicadores del terminal han alcanzado el nivel avanzado de los estándares Nacional VI (los más estrictos a nivel internacional). Además de admitir el firmware SAE?J1939, también puede admitir los estándares SAE?14229 e ISO15765. el control de datos de instrumentos de automóviles. A nivel internacional ha superado la prueba de interconexión con el motor J1939 en Estados Unidos, Alemania e Italia y obtenido el pase de internacionalización.

El sistema consta de 11 nodos de red, con la red J1939 como columna vertebral, integrando la esencia de la red de la tecnología automotriz moderna. Incluyendo LINbus, 4G (red TCP/IP inalámbrica), RS232, etc. y las últimas tecnologías como Ethernet integrado, CANFD, etc. Los datos de la unidad de potencia del vehículo se obtienen directamente a través de tecnología de simulación digital de hardware integrada. Contiene:

(1) Unidad de simulación ECM del motor: (nodo 1)

Realiza la función de simulación del bus del motor (real) y genera de 10 a 20 tipos de electrónica en tiempo real. Parámetros de control del motor, simulando el estado de funcionamiento real del motor del automóvil. Adecuado para requisitos EMC de automoción.

(2) Unidad de control eléctrico de carrocería/NMT (nodo 2)

Puede realizar la función de gestión de red y la función de registro de diagnóstico especificadas en J1939/81, enviar control de alarma información y tiene 16 2 interfaces de salida aisladas fotoeléctricamente (50 V/500 mA), 8 interfaces de entrada de señal digital (sensor) y 4 interfaces de sensor analógico. Las funciones de control se pueden modificar en sitio mediante programación. Adecuado para una variedad de requisitos de desarrollo de EMC en automoción.

(3) Unidad de simulación del retardador: (Nodo 3)

La interfaz de conducción del retardador electromagnético se puede controlar de acuerdo con el estado de funcionamiento y la velocidad del vehículo.

(4) Unidad de simulación ABS: (Nodo 4)

Controla la fuerza de frenado del ABS y el tiempo de arranque de acuerdo con los parámetros integrales de la red del vehículo.

(5) Unidad de simulación AMT: (Nodo 5)

Según los parámetros de diseño se puede simular la comunicación entre la caja de cambios y el ECM del motor.

(6) Puente de red asimétrico (nodo 6)

Puede realizar un puente de tráfico asimétrico entre la red de alta velocidad (sistema de energía) y la red de baja velocidad (información de instrumentos eléctricos). sistema de control) para garantizar la seguridad del factor de carga del autobús y la seguridad eléctrica.

(7) LIN?BUS? Gateway (Nodo 7)

Realiza la interconexión de sensores LIN-BUS, sistemas de control eléctrico y sistemas CAN-BUS, y cumple con el protocolo J1939. .

(8) J1939MFM (nodo 8)

Instrumento de parámetros integral del vehículo multifunción J1939 (centro de información automotriz), que puede realizar una visualización en tiempo real de 14 tipos de vehículos Parámetros de funcionamiento (LCD chino), registro histórico programable de la condición del vehículo de 300 ~ 5000 km y función de visualización de información de alarma de falla, adecuado para los requisitos de EMC del automóvil.

(9) Instrumento remoto automotriz J1939 (nodo 9)

Implementar instrumento automotriz basado en bus J1939. Se puede adaptar a una variedad de conjuntos de instrumentos de automóviles nacionales o importados.

(10) ¿J1939 a Ethernet? SAE14229 a J1939 (nodo de puerta de enlace 10)

¿Se puede realizar Ethernet o conectarse a una computadora general para ingresar a la red J1939 y realizar análisis estadísticos en el Tasa de carga del bus, interfaz API abierta.

(11) J1939 ejecutando grabación de parámetros en tiempo real (nodo 11)

La conexión a la red J1939 puede registrar 200.000 parámetros de ejecución, que se pueden utilizar para analizar el funcionamiento de cada unidad de ECU en tiempo real, y también los parámetros operativos se pueden probar en automóviles en funcionamiento reales, y se puede acceder al servidor de monitoreo en línea de protección ambiental de la red de Internet a través de la red 4G. Tiene fuertes capacidades antiinterferencias electrónicas y es adecuado para automóviles. Requisitos de EMC y National VI.

El sistema de red ha estado funcionando continuamente durante más de 10.000 horas con 12 nodos (bajo la condición de que la tasa de carga del bus sea un máximo de 30) de acuerdo con la capa física, la capa de enlace y la capa de referencia de la red. de J1939. De acuerdo con el estándar de capa de aplicación de vehículos J1939/71, ha completado las pruebas del producto de la puerta de enlace multifunción MFM/J1939 y las pruebas de instrumentos automotrices digitales de tipo bus.

3. Perspectivas tecnológicas

Los automóviles del futuro son una plataforma informática de red inteligente. La red automotriz recorre cada unidad del vehículo, es decir, el sistema de control, el sistema de información, el sistema de conducción y el sistema de ejecución de sensores, que están interconectados por el control LAN CAN-BUS. Dominar los estándares de red de la capa de aplicación y desarrollar software integrado son tecnologías clave. .

Interconecte la red de control y la red de información en el automóvil, como el sistema de detección remota de información de fallas, el sistema de registro automático del estado del vehículo, el sistema de visualización de información de conducción en tiempo real (instrumento digital inteligente) con Internet integrado (compatible con 4G y 5G), para que cada automóvil tenga una página web independiente y realice la gestión del ciclo de vida completo del automóvil, será la tecnología central clave de la futura plataforma informática automotriz.

La dificultad de esta tecnología radica en la coincidencia de modelos de vehículos. Es necesario comprender que cada vehículo tiene diferentes formatos de datos y estados bajo el bus CAN en el proceso real de operación y gestión de este vehículo. cómo se utiliza, si tiene aceite/electricidad, si este automóvil pertenece a Zhang San o Li Si, cuántas veces frena, si la presión de los neumáticos es normal, adónde va, cuántos kilómetros recorre cada día, etc. formará el modelo utilizado por el automóvil y los retratos, lo que ayudará a las empresas a proporcionar información de datos reales efectiva.

No hay muchas empresas nacionales que admitan la comparación de datos y vehículos múltiples. Algunas son solo para mostrar y otras para aplicaciones prácticas. Para participar en el desarrollo en este campo, es necesario comprender no solo los automóviles, sino también CAN, la electrónica, las redes, las plataformas y los controles del automóvil. Solo hay un puñado de ellos en China. Algunos de ellos incluyen China Automotive Center y Speedy. , y Hikvision, y en el extranjero están Tes La, Victor, Bosch, etc.

Este artículo proviene del autor de Autohome Chejiahao y no representa los puntos de vista ni las posiciones de Autohome.