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      試論CAN總線通信在汽車電子測試平臺的實時性與可靠性

      2018-08-10 10:47:16何春虎
      科學與財富 2018年16期
      關(guān)鍵詞:實時性總線可靠性

      何春虎

      摘 要: 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們對汽車人性化需求,各種現(xiàn)代化、智能化、信息化設(shè)備系統(tǒng)在汽車制造中得以廣泛的應用,為實現(xiàn)各功能系統(tǒng)的有效連接CAN總線應運而生,并迅速推廣。汽車電子測試平臺CAN總線的可靠性和實時性,關(guān)系到各個設(shè)備軟件的功能發(fā)揮,因此,要對其進行深入研究。本文分析研究了CAN總線應用過程存在的問題,并對問題的解決提出了可行性建議。

      關(guān)鍵詞: 汽車電子測試平臺;CAN 總線;實時性;可靠性

      汽車配置的電子檢測系統(tǒng)平臺為安全使用提供了參考信息,由于不同測試傳感器的獨立運行需要數(shù)據(jù)交流和分析處理,CAN 總線以其特有的實時性和可靠性等技術(shù)優(yōu)勢,在解決實時通信和數(shù)據(jù)傳輸問題上,發(fā)揮了積極的作用。

      1.CAN 總線(控制局域網(wǎng))的功能和技術(shù)特點

      CAN 總線的主要功能是對各種電子設(shè)備系統(tǒng)的控制器進行鏈接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸和資源共享,滿足自動化,智能化數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)男枨?。?jié)省了大量的多系統(tǒng)連接的材料資源,增強安全穩(wěn)定性,促進汽車制造實現(xiàn)智能化、自動化、信息化。加強對該技術(shù)通信可靠性和實時性的研究,能夠創(chuàng)新發(fā)展應用方法,提高工藝質(zhì)量。

      1.1CAN總線的組成結(jié)構(gòu),簡化了汽車電子各個控制系統(tǒng)的線路連接,最大限度減少了線路雜亂引發(fā)的故障發(fā)生率,快捷、高效地滿足各個網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。

      1.2信息資源的共享大大減少了總線間的電子傳感器元件數(shù)量,使系統(tǒng)效率明顯提升,多重校驗和短幀形式數(shù)據(jù)信息,增強了數(shù)據(jù)傳輸抗干擾性,有利于可靠性和實時性。

      1.3利用仲裁機制實施數(shù)據(jù)并發(fā),仲裁中高優(yōu)先級的節(jié)點勝出取得訪問權(quán),低優(yōu)先級被淘汰,限制訪問權(quán)限。

      2. CAN 總線(控制局域網(wǎng)絡)的實時性問題及其改進方法

      2.1 具體的實時性問題

      一般情況下,汽車裝備的電子測試裝置平臺處于網(wǎng)絡負載過大的過程,就會增加信息碰撞的概率,CAN 總線如果還按照原始 CAN 協(xié)議進行傳輸數(shù)據(jù),由于信號由仲裁機制并發(fā),有限的信道內(nèi),勝出的高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)先發(fā),低級的則取消訪問權(quán)限,造成信息碰撞退出總線,實時性受到干擾。

      2.2 解決問題的改進方法

      為了解決仲裁機制下數(shù)據(jù)并發(fā),影響信息數(shù)據(jù)實時性的問題,因采用如下技術(shù)措施,進行很好的解決。一是利用總線預留的優(yōu)先級信息的報警節(jié)點,還按初始靜態(tài)優(yōu)先的調(diào)度制度,有降低優(yōu)先級的報警節(jié)點,總線上傳輸過程中,喪失節(jié)點使用權(quán)限,信息就會退出重新傳輸,時間一長,就會失效。因此,根據(jù)仲裁機制的技術(shù)特點,提出相應的優(yōu)先晉升辦法,分離CAN總線信息幀中的仲裁域為標示地址部分和優(yōu)先級部分,同時結(jié)合需求對不同協(xié)議幀不同的優(yōu)先級提升,增強總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。對于信息碰撞過程低優(yōu)先級數(shù)據(jù)信息的時延,要減少信息數(shù)據(jù)碰撞問題,最大限度地提升信道的利用率,采用時分多路復用技術(shù)措施,把信道傳輸?shù)臅r間當做分隔對象,使有限的信道在不同的時間分為不重疊的信道片段,及時分配到 CAN總線的不同節(jié)點,從而實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)按照拉鏈原則在單一物理的信道順暢傳輸,各個信道都歸屬于不同的時間段,互不重疊,在物理通道的全部寬帶都可以使用。根據(jù)技術(shù)要求,信息傳輸都要調(diào)整定義為時間節(jié)點的數(shù)據(jù)周期。

      3 .CAN 總線(控制局域網(wǎng))的可靠性問題及其改進方法

      3.1具體的可靠性問題

      對于汽車而言,作為一種交通工具,無論客車、貨車還是私家車,在使用過程中,進行遠距離的作業(yè),是顯然易見的。途中可能經(jīng)過高溫高壓或者特殊環(huán)境的區(qū)域,但是, CAN 總線(控制局域網(wǎng))的可靠性受環(huán)境變化的影響,可靠性能降低,甚至有很大的負面影響。因此,需要采取積極應對的技術(shù)措施,對設(shè)備裝置進行技術(shù)改進,減少環(huán)境因素對可靠性的影響,提升設(shè)備性能的適應性。

      3.2 解決問題的改進方法

      為增強局域控制系統(tǒng)環(huán)境的適應性,確保系統(tǒng)可靠性效果,應采用硬件冗余的數(shù)學模型對通信系統(tǒng)的可靠性進行重構(gòu),提高系統(tǒng)運行過程抗高溫、抗高壓和抗電磁干擾能力,提高通信的可靠性。這樣,一旦系統(tǒng)發(fā)生故障,冗余硬件就會及時替代失效部件正常工作,確保通信的正常。CAN 總線(局域網(wǎng)控制器)設(shè)備系統(tǒng)由多個部分構(gòu)成,一是總線;二是微控制器;三是CAN 控制器;四是CAN 收發(fā)器等,所有的系統(tǒng)硬件冗余就分為2類,即 總線設(shè)備系統(tǒng)冗余和部件設(shè)備系統(tǒng)冗余。根據(jù)總線設(shè)備系統(tǒng)不適應高溫、高壓、搞電磁干擾的環(huán)境,極易造成信息傳輸可靠性不好的問題,進行科學的系統(tǒng)設(shè)備的冗余設(shè)計,解決總線系統(tǒng)設(shè)備信息傳輸不可靠的問題。各個部件級的冗余設(shè)計,則要根據(jù)各個部件系統(tǒng)設(shè)備受環(huán)境影響造成信息傳輸可靠性不強的問題,具體應對微處理器的端口進行改進或相應的控制,按照主次順序和環(huán)境對系統(tǒng)的影響程度,分別采取相應的技術(shù)措施,增加設(shè)備系統(tǒng)的冗余,滿足CAN總線(局域控制網(wǎng))的應用過程抗擊環(huán)境影響的能力,提高信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性、可靠性,滿足各種環(huán)境下的使用條件。

      4.結(jié)束語

      汽車電子測試平臺CAN總線通信實時性與可靠性,關(guān)系到汽車使用的質(zhì)量和安全,是汽車制造裝備過程重要的技術(shù)環(huán)節(jié),針對設(shè)備的弱點和缺陷,采用相應的技術(shù)措施,能夠解決問題,提高設(shè)備的技術(shù)性能和使用質(zhì)量。

      參考文獻

      [1]莊會泉.基于CAN/LIN總線的汽車車身網(wǎng)絡設(shè)計[D].導師:武一民.河北工業(yè)大學,2014.

      [2]劉青.汽車CAN總線實時性優(yōu)化研究[D].導師:于多年.吉林大學,2013.

      [3]廖曉露.基于CAN總線的汽車控制網(wǎng)絡實時性優(yōu)化研究[D].導師:譚懷亮;王海龍.湖南大學,2010.

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