自診斷傳感器模塊提升汽車網(wǎng)絡(luò)效率

作為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的汽車電子
　　
一份有關(guān)汽車電子控制系統(tǒng)的分析報(bào)告顯示，這些裝配的復(fù)雜度呈現(xiàn)指數(shù)上升。簡(jiǎn)單的電子控制和調(diào)節(jié)裝備已經(jīng)被更為復(fù)雜的IT系統(tǒng)取代。在這其中，除了實(shí)際硬件外，軟件以及ECU間的雙向通信已成為一個(gè)新的關(guān)注點(diǎn)。
　
例如，可能會(huì)通過(guò)診斷用CAN總線來(lái)訪問(wèn)每個(gè)單獨(dú)的ECU、詢問(wèn)其狀態(tài)、讀取錯(cuò)誤代碼，甚至刷新程序固件。如今，出于成本考慮，許多應(yīng)用中常常會(huì)共享傳感器。這意味著一個(gè)傳感器模塊的測(cè)量值將被幾個(gè)ECU處理。
　　
車輛中的大量應(yīng)用已然轉(zhuǎn)變成了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。以往的常見(jiàn)架構(gòu)(即一個(gè)ECU實(shí)現(xiàn)一個(gè)應(yīng)用)已經(jīng)被多個(gè)ECU共享的網(wǎng)絡(luò)功能所取代。

圖3：后備箱蓋功能樹(shù)。
　　
圖3是一個(gè)后備箱蓋的工作功能樹(shù)。在這里，打開(kāi)后備箱實(shí)際上需要激活兩個(gè)ECU裝置。其余的ECU用來(lái)執(zhí)行顯示和控制等功能。
　　
任何錯(cuò)誤都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。打開(kāi)后備箱蓋這個(gè)動(dòng)作可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤模式有6個(gè)。應(yīng)該是某個(gè)錯(cuò)誤使得傳感器故障，這可能會(huì)在ECU的故障存儲(chǔ)器中產(chǎn)生十幾個(gè)不同的輸入。從這些錯(cuò)誤代碼的分布來(lái)看，有必要獲取比以往更為詳細(xì)的傳感器診斷信息。

汽車傳感器目前所用的通信協(xié)議仍然是模擬輸出。這是典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接——即一個(gè)傳感器與一個(gè)ECU連接，并以電壓作為其輸出信號(hào)。盡管已經(jīng)進(jìn)行了一些改善，例如提高分辨率，或增加診斷范圍(LDR,UDR，見(jiàn)圖4)，但模擬輸出仍然是90年代至今該技術(shù)的核心。


模擬輸出只允許進(jìn)行信號(hào)范圍內(nèi)(如10-90%)的傳感器信號(hào)傳輸，并通過(guò)開(kāi)關(guān)將低診斷范圍(LDR)和高診斷范圍(UDR)轉(zhuǎn)換為故障狀態(tài)。因此，其無(wú)法傳送更詳細(xì)的故障信息。
　　
解決這一問(wèn)題的方法是在傳感器模塊與ECU之間采用數(shù)字通信，來(lái)傳輸除傳感器數(shù)據(jù)之外的狀態(tài)信息、時(shí)間戳以及誤差代碼等。不過(guò)遺憾的是，向數(shù)字通信轉(zhuǎn)變所引發(fā)的問(wèn)題異常復(fù)雜，因?yàn)閭鞲衅鞯姆N類相差太大，而且不同的傳感器供應(yīng)商所采用的架構(gòu)也有所不同(見(jiàn)圖5)。

圖5：傳感器的種類相差太大，而且不同的傳感器供應(yīng)商所采用的架構(gòu)也有所不同。
從模擬角度來(lái)看，市場(chǎng)上提供各種針對(duì)所有環(huán)境變量的傳感器，而且?guī)缀跛蠩CU微控制器都有模擬輸入口。因此，利用市場(chǎng)上現(xiàn)有的元器件，或僅需進(jìn)行微調(diào)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)新應(yīng)用不會(huì)出現(xiàn)大問(wèn)題或者大風(fēng)險(xiǎn)。

但這樣的情況卻不適合數(shù)字通信協(xié)議?？捎玫臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)議必須以特定方式使用。目前可用的數(shù)字協(xié)議包括：
　　*CAN：總體來(lái)說(shuō)太過(guò)復(fù)雜，傳感器成本過(guò)于昂貴

　　*LIN：僅支持最高為19,200baud的低傳輸率

　　*外部傳感器接口(PAS4，PSI5)：專為安全應(yīng)用(如氣囊)開(kāi)發(fā)，要求9V工作電壓，電流消耗大

　　*SENT：只能支持單向，目前還處于標(biāo)準(zhǔn)化階段中

于是，在需要數(shù)字通信的應(yīng)用中通常會(huì)采用專有方案。這意味著每個(gè)電路制造商都有自己的專有協(xié)議。支持ZMD31150、ZMD的ZACWire(串行數(shù)字接口)提供一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，能夠提供通信安全，在波特率和行末校準(zhǔn)方面具有靈活性。
　　
未來(lái)幾年的挑戰(zhàn)，是制定和執(zhí)行考慮到傳感器系統(tǒng)和應(yīng)用要求并具成本效益的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字接口。該接口必須滿足下面三個(gè)多少有些矛盾的設(shè)計(jì)條件：

*電路測(cè)試：為了測(cè)試成本最小化，要求通信速度最大化

*校準(zhǔn)：盡可能簡(jiǎn)單、靈活

*應(yīng)用：盡可能快速、安全和兼容，特別是在超出規(guī)范工作電壓、EMC高以及最大RF輻射受限的條件下。
　　
汽車傳感器在安全方面的應(yīng)用正日益增加。對(duì)于可以在危險(xiǎn)的剎車條件下減小剎車距離的剎車輔助系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量剎車系統(tǒng)的壓力，使得ECU能夠檢測(cè)出由駕駛員所發(fā)出的剎車動(dòng)作。傳感器是激活A(yù)BS的關(guān)鍵，故傳感器必須100%準(zhǔn)確。要保證這一點(diǎn)，自檢功能必須盡可能的全面。