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汽车线束的发展史(四)—数据线缆的崛起

来源:线束世界作者:线束世界2024-05-28 10:57

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线束设计图

 

随着1980年代数字引擎管理系统的广泛应用,车辆底盘的线束设计面临着新的挑战,即需要适应数字信号及高度敏感的模拟传感器信号的传输。使用成本较低的PVC作为绝缘材料在此过程中出现了问题,原因在于其较高的介电常数。


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介电常数是衡量材料在电场作用下极化能力的指标,高介电常数材料会吸收更多能量,这可能导致信号在高频率下的衰减与失真。




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信号失真



另外,信号线需在由点火系统及充电系统产生的电磁干扰环境中正常工作,同时还需抑制线束内部线路间的串扰。


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信号线被影响


为此,低介电常数的绝缘材料如聚乙烯和交联聚乙烯成为了更佳的选择,因为它们能够在高频下最小化信号损耗,特别适用于ABS传感器或氮氧化物传感器等敏感信号的传输。


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ABS线束

 

在20世纪90年代,随着计算机技术的融入,汽车电子系统开始与之集成,网络拓扑结构逐步被大多数汽车制造商采纳。

 

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网络拓扑结构

 

在该架构中,各车辆子系统均配备有电子控制单元(ECU)。而多路复用信号协议则允许在单一物理通道上进行多路数据的交换。


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多路复用系统

 

初期的多路复用系统采用了衍生自工业领域的基础串行通讯协议,例如RS-232、RS-485和RS-422。


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RS-232


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RS-458


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RS-422

 

这些协议基于预设的固定波特率以及必要的连接管理数据,以实现比特流的直接传输。其中,最简易的形式为单端通讯,它通过与地相对的电压级别来表征比特。尽管此方式仅需一根信号线且易于实现,但限于其对噪声的高度敏感性,比特率受限。相较之下,差分串行通讯则通过双绞信号线进行改进,其中一条传输正信号,另一条传输相反的信号。


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两根信号线

 

由于传输线路上的噪声会均匀地影响这两个信号,接收端可通过将反相信号从正信号中减去的方式有效消除噪声。该技术显著提升了抗干扰性,并相较于单端串行通讯,实现了在更长距离上的高速、可靠传输。


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信号被噪声均匀影响


20世纪80年代初,汽车行业涌现了多种串行通信协议,包括L-Line。


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L-LINE

 

L-Line 1850基于脉宽调制技术,而通用汽车则采用了SCI协议。尽管这些早期协议为车辆诊断与模块间的通讯提供了便利,但它们在传输速率与灵活性方面仍显不足。


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CAN BUS


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SERIAL BUS

 

1986年,在密歇根州底特律举行的汽车工程师协会大会上,博世公司推出了控制器局域网络(CAN)总线协议。


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CAN总线

 

CAN总线作为一种多主站串行数据总线,其设计允许多个节点通过单一信道进行无干扰、高可靠性的数据交换。它利用一对传输线传递差分信号,有效滤除噪声干扰。


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具备传输功能的CAN

 

此外,CAN协议定义了一个信息封装机制,将模块间的交互信息打包成数据帧,并具备优先级传输及错误检测等先进功能。


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到了20世纪90年代中期,业界已广泛接纳最初推出的8位模数转换器作为车辆数字通信的标准。随着时间的推进,这一标准不断演进,以适应更高速的数据传输需求和更大的负载容量。

 


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