自診斷傳感器模塊提升汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )效率

作為網(wǎng)絡(luò )應用的汽車(chē)電子
　　
一份有關(guān)汽車(chē)電子控制系統的分析報告顯示，這些裝配的復雜度呈現指數上升。簡(jiǎn)單的電子控制和調節裝備已經(jīng)被更為復雜的IT系統取代。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(xiàn)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)每個(gè)單獨的ECU、詢(xún)問(wèn)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(huì )共享傳感器。這意味著(zhù)一個(gè)傳感器模塊的測量值將被幾個(gè)ECU處理。
　　
車(chē)輛中的大量應用已然轉變成了網(wǎng)絡(luò )應用。以往的常見(jiàn)架構(即一個(gè)ECU實(shí)現一個(gè)應用)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)執行顯示和控制等功能。
　　
任何錯誤都會(huì )導致系統故障。打開(kāi)后備箱蓋這個(gè)動(dòng)作可能出現的錯誤模式有6個(gè)。應該是某個(gè)錯誤使得傳感器故障，這可能會(huì )在ECU的故障存儲器中產(chǎn)生十幾個(gè)不同的輸入。從這些錯誤代碼的分布來(lái)看，有必要獲取比以往更為詳細的傳感器診斷信息。

汽車(chē)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。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)行信號范圍內(如10-90%)的傳感器信號傳輸，并通過(guò)開(kāi)關(guān)將低診斷范圍(LDR)和高診斷范圍(UDR)轉換為故障狀態(tài)。因此，其無(wú)法傳送更詳細的故障信息。
　　
解決這一問(wèn)題的方法是在傳感器模塊與ECU之間采用數字通信，來(lái)傳輸除傳感器數據之外的狀態(tài)信息、時(shí)間戳以及誤差代碼等。不過(guò)遺憾的是，向數字通信轉變所引發(fā)的問(wèn)題異常復雜，因為傳感器的種類(lèi)相差太大，而且不同的傳感器供應商所采用的架構也有所不同(見(jiàn)圖5)。

圖5：傳感器的種類(lèi)相差太大，而且不同的傳感器供應商所采用的架構也有所不同。
從模擬角度來(lái)看，市場(chǎng)上提供各種針對所有環(huán)境變量的傳感器，而且幾乎所有ECU微控制器都有模擬輸入口。因此，利用市場(chǎng)上現有的元器件，或僅需進(jìn)行微調的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)新應用不會(huì )出現大問(wèn)題或者大風(fēng)險。

但這樣的情況卻不適合數字通信協(xié)議?？捎玫臉藴蕝f(xié)議必須以特定方式使用。目前可用的數字協(xié)議包括：
　　*CAN：總體來(lái)說(shuō)太過(guò)復雜，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(zhuān)為安全應用(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，目前還處于標準化階段中

于是，在需要數字通信的應用中通常會(huì )采用專(zhuān)有方案。這意味著(zhù)每個(gè)電路制造商都有自己的專(zhuān)有協(xié)議。支持ZMD31150、ZMD的ZACWire(串行數字接口)提供一個(gè)開(kāi)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(lái)幾年的挑戰，是制定和執行考慮到傳感器系統和應用要求并具成本效益的標準化數字接口。該接口必須滿(mǎn)足下面三個(gè)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(jiǎn)單、靈活

*應用：盡可能快速、安全和兼容，特別是在超出規范工作電壓、EMC高以及最大RF輻射受限的條件下。
　　
汽車(chē)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(chē)條件下減小剎車(chē)距離的剎車(chē)輔助系統來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)傳感器來(lái)測量剎車(chē)系統的壓力，使得ECU能夠檢測出由駕駛員所發(fā)出的剎車(chē)動(dòng)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(diǎn)，自檢功能必須盡可能的全面。