理论教育 嵌入式系统手册:汽车的域与演变

嵌入式系统手册:汽车的域与演变

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:第三个域是“车身”,它主要实现舒适功能。还有一个新兴的域是关心乘员的安全。此外,需要数据与汽车其他域进行频繁交换,这些域如底盘[例如,电子稳定程序、防抱死制动系统]和车身。此外,当前航空电子系统使用的“线控”技术正被慢慢引入到汽车执行转向或制动的功能中。该域的特点是功能众多,从而使得各部分之间的片段信息交换成为必需。车身功能的激活主要由驾驶人和乘客的请求来触发。

嵌入式系统手册:汽车的域与演变

由于汽车的所有嵌入功能并不具有相同的性能或安全需求,所以在通信系统中期待不同的服务质量(QoS)(例如,响应时间、跳动、带宽、容许传输错误的冗余通信通道、错误检测机构的效率等)。在通常情况下,一个车载嵌入式系统被分为几个功能域,它们对应不同的功能和约束(参见第1章)。其中的两个域是专门针对实时控制和车辆行为安全:“动力总成”(即控制发动机和变速器)域和“底盘”(即控制悬架、转向和制动)域。第三个域是“车身”,它主要实现舒适功能。“远程信息处理”(即集成了无线通信、车辆监控系统和定位系统)、“多媒体”和“人机接口”(HMI)域充分利用了多媒体和移动通信领域的不断进步。还有一个新兴的域是关心乘员的安全。

动力总成域的主要功能是控制发动机。它通过几毫秒级的采样周期(由于发动机的转速)的一些复杂控制律来实现,并且在具有高运算能力的微控制器中实施。为了应付将要处理的关键任务的多样性,需要多任务处理能力,并且对任务调度实施严格的时间限制。此外,需要数据与汽车其他域进行频繁交换,这些域如底盘[例如,电子稳定程序(ESP)、防抱死制动系统(ABS)]和车身(例如仪表板与温度控制)。

底盘域的功能如ABS、ESP、自动稳定控制系统(ASC)、四轮驱动(4WD),是根据转向/制动请求和驾驶条件(路面、风等)来控制底盘总成。该域的通信需求与动力总成域的通信非常相似,但是因为它们对车辆的稳定性、灵活性和动力学影响较强,所以底盘的功能从安全的角度而言,显得更为重要。此外,当前航空电子系统使用的“线控”技术正被慢慢引入到汽车执行转向或制动的功能中。线控技术是一种通用术语,是用完全的电气/电子系统代替机械液压系统,从而引导了、并且仍将引领新的设计方法,来使之安全发展[4],尤其是控制各功能之间的干扰[5]。底盘和动力总成的功能主要作为闭环控制系统操作,且它们的实施沿着时间触发的方式发展[6-9],这有利于可组合性(即整合独立开发组件的能力)和确定的系统实时行为。

仪表板、刮水器、灯、门、窗、座椅、后视镜和温度调节越来越多地通过基于软件的系统来控制,这些软件构成了车身域。该域的特点是功能众多,从而使得各部分之间的片段信息交换成为必需。并非所有节点都需要较大的带宽,如通过CAN提供的节点;这导致了低成本网络的设计,如本地互联网络(LIN)和时间触发协议(TTP/A,参见4.2节)。这些网络上有一个节点称为主要节点,它拥有一个精确的时钟,并且通过查询其他节点与从节点,驱动定期通信。车身域内部不同的通信需求的混合导致了一个分层的网络架构,该网络架构是基于低成本网络集成的机电系统,并通过一个CAN主干网互联。车身功能的激活主要由驾驶人和乘客的请求(如开窗、锁门等)来触发。(www.daowen.com)

远程信息处理功能如免提电话、车载电台、CD、DVD、车载导航系统、后座娱乐和远程车辆诊断等,正变得越来越丰富。这些功能需要在车内进行大量的数据交换,但也可以通过使用无线技术来与外部世界交换(详见参考文献[10]的案例)。在这里,信息和任务的重点转移到受到严格期限限制的多媒体数据流、带宽共享和多媒体QoS上,其中维持完整性(即确保信息不会被意外或恶意修改)和信息的保密性是至关重要的。HMI旨在提供易于使用的接口,并限定驾驶人注意力不集中的危险[11]

为确保驾乘人员安全的、基于电子的系统越来越多地嵌入到车辆中。这种系统的例子有碰撞和翻车传感器、气囊和安全带预紧器的布置、胎压监测、自适应巡航控制(ACC)——调整车速来保持与前车的安全距离。这些功能形成一个新兴领域,通常称为“主动和被动安全”系统。

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