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感測器/MEMS  

自診斷感測器模組提升汽車網路效率

上網時間: 2009年06月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:自診斷  感測器  汽車網路 

如今汽車內的電子零組件價值已佔整體汽車成本的15-20%。未來,隨著車輛中植入更多安全電子設備、燃油消耗和燃料排放控制電子系統、通訊和導航系統、資訊娛樂系統以及其他提升舒適度的電子系統,該比例可能會高達30-40%。

目前實現上述功能需要20-50個電子控制單元(ECU),所用到的感測器差不多有70-150個。這些感測器負責測量的環境數據範圍很廣,有壓力、溫度、流量、速度、加速度以及角度等。它們將測量值送到ECU進行引擎和環境控制、安全氣囊觸發,因而提升舒適度和安全性。像ABS、電子穩定程式/控制(ESP/ESC),以及剎車輔助系統等,都要依賴感測器輸入。

在這些應用中,各種系統的自診斷能力正變得日益重要。例如,如果有可能直接在感應元件中檢測到感測器的缺陷,ECU就能夠獲得可靠數據因而做出正確決策。對於那些與安全息息相關的系統來說,系統禁用和應急啟動都相當重要。

圖1:如今汽車內的電子零組件價值已佔整體汽車成本的15-20%。
圖1:如今汽車內的電子零組件價值已佔整體汽車成本的15-20%。

圖2: 在現代車輛中,常常需要10到20條不同的數據匯流排連接不同的裝配。
圖2: 在現代車輛中,常常需要10到20條不同的數據匯流排連接不同的裝配。

汽車中的網路應用

一份有關汽車電子控制系統的分析報告顯示,這些裝配的複雜度呈現指數上升。簡單的電子控制和調節裝備已經被更為複雜的IT系統取代。在這其中,除了實際硬體外,軟體以及ECU間的雙向通訊已成為一個新的關注點。

例如,可能會透過診斷用CAN匯流排來存取每個單獨的ECU、詢問其狀態、讀取錯誤程式碼,甚至刷新程式韌體。如今,出於成本考慮,許多應用中常常會共享感測器。這意味著一個感測器模組的測量值將被幾個ECU處理。

車輛中的大量應用已然轉變成了網路應用。以往的常見架構(即一個ECU實現一個應用)已經被多個ECU共享的網路功能所取代。

圖3是一個後備箱蓋的功能樹。在這裡,打開後備箱實際上需要啟動兩個ECU。其餘的ECU用來執行顯示和控制功能。

圖3:後備箱蓋功能樹。
圖3:後備箱蓋功能樹。

任何錯誤都會導致系統故障。打開後備箱蓋這個動作可能出現的錯誤模式有6個。應該是某個錯誤使得感測器故障,這可能會在ECU的故障記憶體中產生十幾個不同的輸入。從這些錯誤程式碼的分佈來看,有必要獲取比以往更為詳細的感測器診斷資訊。

汽車感測器目前所用的通訊協議仍然是類比輸出。這是典型的點對點連接──即一個感測器與一個ECU連接,並以電壓作為其輸出訊號。儘管已經進行了一些改善,例如提高解析度,或增加診斷範圍(LDR, UDR,見圖4),但類比輸出仍然是90年代至今該技術的核心。

圖4:
圖4:

類比輸出只允許進行訊號範圍內(如10-90%)的感測器訊號傳輸,並透過開關將低診斷範圍(LDR)和高診斷範圍(UDR)轉換為故障狀態。因此,其無法傳送更詳細的故障資訊。

解決這一問題的方法是在感測器模組與ECU之間採用數位通訊,來傳輸除感測器數據之外的狀態資訊、時間戳以及誤差程式碼等。不過遺憾的是,向數位通訊轉變所引發的問題異常複雜,因為感測器的種類相差太大,而且不同的感測器供應商所採用的架構也有所不同(見圖5)。

圖5:感測器的種類相差太大,而且不同的感測器供應商所採用的架構也有所不同。
圖5:感測器的種類相差太大,而且不同的感測器供應商所採用的架構也有所不同。

從類比角度來看,市場上提供各種針對所有環境變量的感測器,而且幾乎所有ECU微控制器都有類比輸入埠。因此,利用市場上現有的零組件,或僅需進行微調的產品開發新應用不會出現大問題或者大風險。


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