自診斷傳感器模塊提升汽車網(wǎng)絡效率

作為網(wǎng)絡應用的汽車電子
　　
一份有關(guān)汽車電子控制系統(tǒng)的分析報告顯示，這些裝配的復雜度呈現(xiàn)指數(shù)上升。簡單的電子控制和調(diào)節(jié)裝備已經(jīng)被更為復雜的IT系統(tǒng)取代。在這其中，除了實際硬件外，軟件以及ECU間的雙向通信已成為一個新的關(guān)注點。
　
例如，可能會通過診斷用CAN總線來訪問每個單獨的ECU、詢問其狀態(tài)、讀取錯誤代碼，甚至刷新程序固件。如今，出于成本考慮，許多應用中常常會共享傳感器。這意味著一個傳感器模塊的測量值將被幾個ECU處理。
　　
車輛中的大量應用已然轉(zhuǎn)變成了網(wǎng)絡應用。以往的常見架構(gòu)(即一個ECU實現(xiàn)一個應用)已經(jīng)被多個ECU共享的網(wǎng)絡功能所取代。

圖3：后備箱蓋功能樹。
　　
圖3是一個后備箱蓋的工作功能樹。在這里，打開后備箱實際上需要激活兩個ECU裝置。其余的ECU用來執(zhí)行顯示和控制等功能。
　　
任何錯誤都會導致系統(tǒng)故障。打開后備箱蓋這個動作可能出現(xiàn)的錯誤模式有6個。應該是某個錯誤使得傳感器故障，這可能會在ECU的故障存儲器中產(chǎn)生十幾個不同的輸入。從這些錯誤代碼的分布來看，有必要獲取比以往更為詳細的傳感器診斷信息。

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


模擬輸出只允許進行信號范圍內(nèi)(如10-90%)的傳感器信號傳輸，并通過開關(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，其無法傳送更詳細的故障信息。
　　
解決這一問題的方法是在傳感器模塊與ECU之間采用數(shù)字通信，來傳輸除傳感器數(shù)據(jù)之外的狀態(tài)信息、時間戳以及誤差代碼等。不過遺憾的是，向數(shù)字通信轉(zhuǎn)變所引發(fā)的問題異常復雜，因為傳感器的種類相差太大，而且不同的傳感器供應商所采用的架構(gòu)也有所不同(見圖5)。

圖5：傳感器的種類相差太大，而且不同的傳感器供應商所采用的架構(gòu)也有所不同。
從模擬角度來看，市場上提供各種針對所有環(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，利用市場上現(xiàn)有的元器件，或僅需進行微調(diào)的產(chǎn)品開發(fā)新應用不會出現(xiàn)大問題或者大風險。

但這樣的情況卻不適合數(shù)字通信協(xié)議。可用的標準協(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：總體來說太過復雜，傳感器成本過于昂貴

　　*LIN：僅支持最高為19,200baud的低傳輸率

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

　　*SENT：只能支持單向，目前還處于標準化階段中

于是，在需要數(shù)字通信的應用中通常會采用專有方案。這意味著每個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)提供一個開放標準，能夠提供通信安全，在波特率和行末校準方面具有靈活性。
　　
未來幾年的挑戰(zhàn)，是制定和執(zhí)行考慮到傳感器系統(tǒng)和應用要求并具成本效益的標準化數(shù)字接口。該接口必須滿足下面三個多少有些矛盾的設計條件：

*電路測試：為了測試成本最小化，要求通信速度最大化

*校準：盡可能簡單、靈活

*應用：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用正日益增加。對于可以在危險的剎車條件下減小剎車距離的剎車輔助系統(tǒng)來說，需要一個傳感器來測量剎車系統(tǒng)的壓力，使得ECU能夠檢測出由駕駛員所發(fā)出的剎車動作。傳感器是激活ABS的關(guān)鍵，故傳感器必須100%準確。要保證這一點，自檢功能必須盡可能的全面。