基于光纤网络的汽车电气系统

1.一种基于光纤网络的汽车电气系统，包括主干光纤、传感器、光收发组件、网关和汽车的外围组件；所述外围组件包括：发动机ECU、传动系统TCU、制动系统ABS、灯光控制ECU、门窗控制ECU、配电ECU、防盗ECU、安全气囊ECU、倒车ECU、娱乐终端以及导航单元；所述网关与主干光纤连接，并且其包括动力系统网关、底盘系统网关、电气系统网关、安全系统网关和配套系统网关；所述动力系统网关通过光收发组件分别与发动机ECU、传动系统TCU和制动系统ABS连接；所述底盘系统网关通过光收发组件与悬架系统ECAS连接；所述电气系统网关通过光收发组件与灯光控制ECU、门窗控制ECU和配电ECU连接；所述安全系统网关通过光收发组件与防盗ECU、安全气囊ECU和倒车ECU连接；所述配套系统网关通过光收发组件与娱乐终端以及导航单元连接；其特征在于：所述传感器通过光收发组件与主干光纤连接，并且所述传感器测量的电信号通过主干光纤、网关以及光收发组件传送给汽车的外围组件；所述主干光纤为塑料光纤，所述塑料光纤具有芯和包覆材料：所述芯为聚甲基丙烯酸甲酯，所述包覆材料由以下原料在220-235℃反应制备得到；所述原料包括30-35重量份的MDI、25-
30重量份的聚四氢呋喃醚二醇、3-5重量份的1，4-丁二醇、0.2-0.3重量份的二月桂酸二丁基锡、0.3重量份的对羟基二苯甲酮、1-2重量份的N-乙烯基己内酰胺、8-10重量份的四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、2-3重量份的2-甲基-1-乙烯基甘噁啉。
2.根据权利要求1所述的基于光纤网络的汽车电气系统，其特征在于所述传感器包括机油压力感测单元、电力感测单元、前后轮防滑感测单元、前后轮胎压感测单元、前后轮刹车感测单元、前后平衡感测单元、前后避震感测单元、车内温度感测单元、照明感测单元、安全气囊感测单元、接收天线感测单元、发射天线感测单元、音响感测单元、视频感测单元以及电动门锁感测单元。
3.根据权利要求1所述的基于光纤网络的汽车电气系统，其特征在于所述光收发组件包括光发射器和光接受器，所述光发射器为高效光功率激励的铝砷化镓光发射器；所述光接受器由一个高效HM光电二极管和一个低噪声跨阻前置放大器电路组成，光信号经过光电二极管转换成模拟电信号，放大后由射极输出器缓冲输出。

基于光纤网络的汽车电气系统\n技术领域\n[0001] 本发明属于汽车电气控制系统的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于光纤网络的汽车电器系统。\n背景技术\n[0002] 传统的汽车电气控制系统，是以金属例如铜制成的电气导线作为控制讯号的传导和连接。例如，具有中控计算机设置的汽车，为了精确控制汽车的各个外围组件，例如发动机、传动系统、制动系统、悬架、门框、配电、防盗、安全气囊、倒车、娱乐和导航等，需要通过大量金属制成的电气导线与中控计算机以及外围组件的驱动线路进行连接，传送各种不同的电气控制讯号，以使各个外围组件能够正常工作。\n[0003] 然而，随着汽车工业的飞速发展，传统的以线束为主要联结方式的汽车电气系统在实际操作突出存在以下不足，主要表现在以下方面：(1)线束愈发复杂，难以实现信息共享；随着电子控制单元之间数据通信数量的增加，高速数据传输速率变得很重要，普通线束传输速率已经不能满足高速数据的传输。(2)金属导线容易氧化以及腐蚀，并导致线路阻抗值增大，影响电气信号的正确传输或连接，并且容易导致短路或者自燃，从而存在安全隐患。而采用光纤网络可以克服上述不足。\n[0004] 目前光纤网络已经应用在高档轿车上，并且经受住了时间的考验。如：戴姆勒-克莱斯勒(奔驰)“S级”系列以及宝马的“BMW7”系等。据统计，截至目前为止，在欧洲已经有16个车型采用了光纤通信系统。然而现有技术中，基于光纤网络的汽车电器系统成本高昂、扩展性也有待提高。\n发明内容\n[0005] 为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于光纤网络的汽车电气系统。本发明所述的汽车电气系统具有成本低、可靠性高、扩展性好的优点；该系统采用的总线架构能够满足现在以及未来相当长一段时间内汽车发展的需求。\n[0006] 本发明采用的技术方案如下：\n[0007] 一种基于光纤网络的汽车电气系统，包括主干光纤、传感器、光收发组件、网关和汽车的外围组件；其特征在于：所述传感器通过光收发组件与主干光纤连接，并且所述传感器测量的电信号通过主干光纤、网关以及光收发组件传送给汽车的外围组件。\n[0008] 其中，所述汽车的外围组件包括：发动机ECU、传动系统TCU、制动系统ABS、灯光控制ECU、门窗控制ECU、配电ECU、防盗ECU、安全气囊ECU、倒车ECU、娱乐终端以及导航单元。\n[0009] 其中，所述传感器包括机油压力感测单元、电力感测单元、前后轮防滑感测单元、前后轮胎压感测单元、前后轮刹车感测单元、前后平衡感测单元、前后避震感测单元、车内温度感测单元、照明感测单元、安全气囊感测单元、接收天线感测单元、发射天线感测单元、音响感测单元、视频感测单元、电动门锁感测单元等。\n[0010] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：\n[0011] (1)本发明的汽车电气系统采用塑料光纤作为传输介质，配备LED传送模块，用一根主光纤就可以满足整车应用，从而大大减少了线束的使用。而且光纤模块的最高通信可以达到100m带宽，可以同时兼容CAN、LIN、FlexRay和MOST在内的各种通信协议，能够快速传输视频信号，满足了现代车辆对信息的高速、共享的要求。\n[0012] (2)未来传统的汽车机械系统(如刹车和驾驶系统)将变成通过高速容错总线与高性能ECU相连的电气系统。基于光纤网络的汽车电气系统提供这些系统之间的一个高速、容错和时间触发的安全通信通道。\n[0013] (3)安装本发明所述总线架构的光纤网络之后，线束将极大简化，维修将变得非常简单，操作员通过手持终端能够可实时诊断整车的配件节点的工作状态，并直接定位到模块，绕开了大量线束排查工作。\n[0014] (4)安装本发明所述总线架构的光纤网络之后，部件升级将变得简单易行，由于光纤网络上信息高速共享，部件替代仅需要更换模块，无需改动线束，这对于整车系统工程化带来了极大的便利。\n[0015] (5)本发明使用的塑料光纤制造技术已经稳定成熟，而且原料成本也相对较低，因此基于本发明所述总线架构的光纤网络汽车电气系统具备很强的应用和市场前景。\n[0016] (6)本申请所述的汽车电气系统，通过主干光纤传输光学控制信号，使得控制线路可以完全避免电气短路、电磁干扰和线路劣化熔毁的问题，并有利于引领汽车新技术的发展，必将会产生长远的经济和社会效益。\n附图说明\n[0017] 图1为本发明所述基于光纤网络的汽车电气系统的结构框图。\n具体实施方式\n[0018] 以下将结合实施例以及附图对本发明所述的电解池结构做进一步的阐述。\n[0019] 实施例1\n[0020] 如附图1所示，本实施例所述的基于光纤网络的汽车电气系统采用总线式结构，以单根主干光纤为主干网，所有的传感器通过主干网实现共享，各ECU通过网关挂接到干线网络上。本发明所述光纤网络的系统架构借鉴了美国通用公司GMLAN的设计理念，将规定的用于开放系统互联的体系结构(OSI)作为模型，建立了一个能高速、有效互联的通信架构。根据汽车通信的特点，主要引入了物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层；基于此模型开发的基于光纤网络的汽车电气系统，能够完全满足现在以及未来一定时间内车辆电气系统通信的需求。\n[0021] 本实施例所述的光纤网络的汽车电气系统，除了主干光纤10外，还包括传感器20，所述的传感器可以是分别设置的多个传感器，也可以是具有多种检测单元和用途的传感器，例如在本实施例中，所述的传感器为一个或者多个，其具有检测机油压力、电力、前后轮防滑、前后轮胎压、前后轮刹车、前后平衡、前后避震、车内温度、照明、安全气囊、接收天线、发射天线、音响感测、视频感测、电动门锁感测等功能；例如，所述传感器包括机油压力感测单元、电力感测单元、前后轮防滑感测单元、前后轮胎压感测单元、前后轮刹车感测单元、前后平衡感测单元、前后避震感测单元、车内温度感测单元、照明感测单元、安全气囊感测单元、接收天线感测单元、发射天线感测单元、音响感测单元、视频感测单元、电动门锁感测单元等。此外本发明的电气系统还包括用于将检测获得的电信号转化为光信号的光收发组件\n030；此外还包括用于将光信号传递给各外围组件的网关，所述的网关包括动力系统网关\n40、底盘系统网关50、电气系统网关60、安全系统网关70、配套系统网关80。其中，所述汽车的外围组件包括：发动机ECU、传动系统TCU、制动系统ABS、灯光控制ECU、门窗控制ECU、配电ECU、防盗ECU、安全气囊ECU、倒车ECU、娱乐终端以及导航单元。其中，动力系统网关通过光收发组件分别与发动机ECU、传动系统TCU和制动系统ABS连接；底盘系统网关通过光收发组件与悬架系统ECAS连接；电气系统网关通过光收发组件与灯光控制ECU、门窗控制ECU和配电ECU连接；安全系统网关通过光收发组件与防盗ECU、安全气囊ECU和倒车ECU连接；配套系统网关通过光收发组件与娱乐终端以及导航单元连接。\n[0022] 在本实施例中，所述的光收发组件用于完成信号的电光发送以及光电接收。为了充分利用光缆的带宽，极大满足多路信号同时传输的要求，通常采用多路复用传输方式，发射光波长为600nm-1000nm，传输距离可达数Km，工作温度范围为-40℃～+105℃，可适用50/\n125μm，62.5/125μm，200μmHCS光纤及ST、SC、SMA和FC等多种连接头。在本实施例中所述光收发器包括光发射器和光接受器，所述光发射器为高效光功率激励的铝砷化镓光发射器，该光发射器在20mA～200mA直流激励下能向光纤馈入相应光波长的光功率(12dBm)；光接受器由一个高效HM光电二极管和一个低噪声跨阻前置放大器电路组成，光信号经过光电二极管转换成模拟电信号，放大后由射极输出器缓冲输出，最大动态范围达30dB，频率响应从直流到125MHz。\n[0023] 塑料光纤软线，当其用于汽车内通信配线时，常常会在高温高湿的环境下弯曲在狭窄的空间的状态下被使用，所以必须要具备耐热性、耐湿性、耐弯曲性。尤其是在汽车内的顶棚、发动机室内的配线，环境温度约为100℃，因此需要提供在100-105℃高温条件下，长期耐热性的塑料光纤软线。在本实施例所述的主干纤维为塑料光纤；所述的塑料光纤具有芯和包覆材料：所述芯层为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，折射率为1.49)，所述包覆材料(折射率为1.33)由以下原料在220-235℃反应制备得到，所述原料包括30-35重量份的MDI、25-\n30重量份的聚四氢呋喃醚二醇、3-5重量份的1，4-丁二醇、0.2-0.3重量份的二月桂酸二丁基锡、0.3重量份的对羟基二苯甲酮、1-2重量份的N-乙烯基己内酰胺、8-10重量份的四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、2-3重量份的2-甲基-1-乙烯基甘噁啉。然后将制备得到的包覆材料供给复合纺丝机，并将聚甲基丙烯酸甲酯作为芯料供给给复合纺丝机，在230℃的温度下将芯料和包覆材料进行复合熔融纺丝，得到所述的塑料光纤。本实施例所述的塑料光纤连续弯曲次数可达8-10万次，耐热性为0.5-0.8dB、弯曲损失为0.3-0.5dB，伸缩性为\n0.4mm左右。与高价的全氟塑料聚合物相比，本发明的塑料光纤不仅具有优异的耐热和耐弯曲性能，而且价格也相对较低。\n[0024] 其中，上述塑料光纤性能的测试方法附录如下：\n[0025] 连续弯曲\n[0026] 在塑料光纤的一端施加500g的载荷，用直径为30mm的芯棒支撑，以该支撑点为中心将塑料光纤的另一端以角度90°连续弯曲，测定到软线断裂时的次数。\n[0027] 耐热性\n[0028] 在高温烘箱中，将试样长度22米(两末端各2米在烘箱外)的塑料光纤软线在105℃的温度下放置1000小时，测定试验前后的光量，将该变化量作为指标。\n[0029] 弯曲损失：\n[0030] 使用波长为660nm发光二极管，测定试样长度3米的塑料光纤软线的光量。测定将该塑料光纤软线卷在金属制半径10mm的棒上360度时的光量，测定由于卷绕导致的光量减少量。\n[0031] 伸缩性：\n[0032] 将试样长度50cm的塑料光纤软线放入到105℃的温度下的高温烘箱内24小时，利用显微镜观察试验前后的塑料光纤软线的软线端面部。在塑料光纤从被覆层顶端伸出的情况中，从被覆层顶端到伸出的塑料光纤顶端的长度为伸缩部分，为负值。在塑料光纤从被覆层顶端缩入的情况中，从被覆层顶端到缩入的塑料光纤的顶端的长度为伸缩部分，为正值。\n[0033] 虽然本发明已经通过实施例对本发明的技术方案进行了详细阐述，但本领域的普通技术人员应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式来实施本发明。因此，本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。