中央协调器在汽车电器网络中应用研究

孟祥刚 吴玲艳 嵇境凯 肖飞

【摘  要】汽车行业的发展推动我国整体经济建设发展迅速，为我国人们的出行提供了更多的选择。在汽车电器网络中应用中央协调器能够避免由于单一电器故障而引发的汽车运行停止的问题，有着较强的使用优势。传统的汽车电器系统已经无法满足现阶段汽车电器系统的实际要求。随着现场总线技术的发展，基于中央协调式的汽车电器网络由于系统复杂程度较低，而受到了更多的关注。

【关键词】中央协调器;汽车电器网络;应用

引言

近年来，我国汽车行业发展迅速，离不开国家经济和政策的扶持，才有今天的局面和规模。汽车电子电器网络中的中央协调器负责全车电器的协调控制。为了保证汽车电子电器系统的安全性，需要提高中央协调器的可靠度。

1汽车电器控制技术的发展现状

汽车电器系统在应用初期，实现的是点对点的导线连接控制，随着技术的不断发展，集成电路技术出现并广泛应用，并朝着智能化迈向坚实的一步，微控制器能够开展决策控制。到本世纪以来，汽车电子控制单元之间的连接方式发生了质的飞跃，以电子网络系统连接替代而来线束连接，实现了智能化、网络化的控制管理，推动汽车电器区域集中控制系统的稳步发展。现在主要研发的电器区域集中控制技术在汽车制造公司、汽车零部件公司、汽车制造技术研发机构的重视越来越大，甚至在汽车的批量生产中开始尝试运用某些电器区域集中控制技术，这在几个大的汽车制造公司都有所体现。德国大陆汽车公司，他们生产的汽车的所有电器系统，均采用仪表总线、多用途总线来进行连接，在车门模块，车前、车中和车后电器模块，车灯总成模块，驾驶室模块等等中都有所应用;沃尔沃汽车公司最早采用汽车电器控制系统技术是在XC90型轿车，在这个系统中使用了车身电子总线、娱乐通信总线和传动总线三条总线。在9300系列客车中，沃尔沃公司采用BEA客车电器构造系统，数据总线实现了汽车电器系统的整合，对各功能组件进行有效监控、错误诊断和恢复。NXP公司采用了最新的CAN-Bus现场总线技术，在灯控模块、座椅控制模块、门控模块、以及传功装置控制模块和仪表控制模块方面利用CAN进行连接，同样，在雨刷控制模块和天窗控制模块，以及车窗控制模块方面也是采用了LIN网络连接技术。在NXP公司的电器系统中，主要是进行分布式的控制实现，其划分的主要依据是电器的具体位置，具体有驾驶座、乘员座、四个车门、天窗、副驾驶位、前后风窗等十个模块。在飞思卡尔公司，其汽车电子和电气设备之间的整车连接网络，主要通过三种类型的总线，实现连接，形成了整车电器智能控制系统的最初模式。奇瑞汽车公司在汽车电器控制系统中研究与开发，主要侧重于高、低速CAN总线，K线以及LIN总线四个方向。在奇瑞应用的系统中，包括了乘员门模块、驾驶员侧门模块、温控模块、安全气囊模块、仪表盘模块、后备箱门模块等等，在整车电器控制技术方面的研发在国内处于前列。国内的各高校在相关方面也进行了研究和开发，有代表性的主要有清华大学的智能电器系统，大连理工大学的车身电器控制系统，天津大学的基于CAN总线的车身智能控制系统等等。在清华大学的汽车电气系统中，各个智能电器、信息网、供电网络都是独立存在的，不管是全车电器的故障诊断，还是网络操作，或者是报警，都有很好的实现效果。大连理工大学的研发主要应用于小型客车，对车辆的安保系统、远程解锁、车辆定位、后视镜控制、座椅、照明以及车窗等方面实现了电器控制。

2三级串联中央协调在汽车电器网络中的应用

1.基本功能协调，在三级串联中央协调的基本功能协调中，主要实现了对汽车电器网络总用开关的控制，同时对驾驶员的直接操作命令进行响应，确保非驾驶员直接控制的智能电器的正常运行。在法规标准规定的电气间联动互斥中，主要包括车外照明的依赖与排斥关系、车外标志灯的同步关系、车门开闭对应的门泵与照明的控制逻辑等。具体包含着远近光等的互斥关系、远近光灯与小灯的依赖关系、制动塔板与制动灯的同步、各转向标志灯的同步等等。2.智能化与故障协调，汽车电器网络的优越性主要体现在智能化与故障协调中，其能够改善汽车驾驶员与乘客的驾乘体验。在智能化与故障协调中，主要对电控空气悬架、车内照明灯光与车门开闭的自动联动等进行了协调控制。同时能够实现钥匙开关位置与车门开关情况的联动与警告等等。

3中央协调器的余度等级

1.对于汽车电子电器网络中的中央协调器，应要求在一次故障后仍能正常工作，以给驾驶员留出维修更换的时间。因此，中央协调器的容错能力准则应为至少一次故障-工作，即应保证余度数n≥2。另外，余度数也并非越高越好。系统余度数越高，则任一元器件故障的可能性越高，相应地维修任务增加。因此，在满足容错能力准则的基础上，应选择尽可能小的余度数。本文选择余度数n=2，两个中央协调器均连接至骨干CAN总线，均可以接收总线上的状态信息，也都可以发出指令信息。2.中央协调器的主控辅助余度型式本文提出一种主控辅助的全等双余度中央协调器系统。主控协调器发出控制指令，辅助协调器不发出控制指令。主控协调器和辅助协调器都接收并存储总线上的状态信息，在一个协调器出现故障时，另一个协调器可以及时接管工作。在这种主控辅助型全等双余度中央协调器系统中，每个中央协调器都有5种状态，分别为：仲裁状态、主控状态、辅助状态、独立状态、故障。

4基于冗余备份的中央协调器的设计与实现

1.结构设计，在汽车电器网络中，使用了全分布式的电器控制结构。在这样的结构支持下，当某一智能电器产生故障时，汽车电器网络中的其他电器运行并不会受到影响，依旧保持正常运行的状态。这意味着，中央协调器是汽车电器网络中唯一具有中央协调功能的集中控制部件。所以，中央协调器的可靠程度直接影响着汽车电器网络的运行稳定。为了进一步提升中央协调器的可靠性，避免由于其功能失效而造成的汽车电器网络停止正常运行的后果，必须要对中央协调器进行在线备份。2.基于冗余备份的中央协调器的实现，在普通模式下，两个中央协调器会以完全独立的方式完成工作;在备份模式下，处于运行状态的协调器会对汽车电器网路上的中央协调指令进行监视。若是汽车电器网络中存在中央协调指令，则备份协调机仅会向主协调器发出“备份协调器具有有效性”的通知，并不会参与实际的中央协调工作。当汽车电器网络上的中央协调指令消失了一段时间后，备份协调其会进入单协调器模式，接管中央协调的工作，同时发送“协调器失效”的警告消息。

结语

综上所述，中央协调器在汽车电器网络中有着较好的使用优势。通过基于基本功能协调、智能化与故障协调、电源管理协调的三级串联中央协调，结合基于冗余备份的中央协调器的使用，提升了驾驶员与乘客的驾乘体验，降低了由于单个电器故障引发汽车整体运行停止的概率。

参考文献：

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（作者单位：山东汽车制造有限公司）