基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，包括主干光纖、傳感器、光收發(fā)組件、網(wǎng)關(guān)和汽車的外圍組件；所述傳感器測(cè)量的電信號(hào)通過(guò)光收發(fā)組件轉(zhuǎn)化成光信號(hào)，并通過(guò)主干網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)以及光收發(fā)組件傳送給汽車的外圍組件；所述汽車的外圍組件包括：發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、傳動(dòng)系統(tǒng)TCU、制動(dòng)系統(tǒng)ABS、燈光控制ECU、門窗控制ECU、配電ECU、防盜ECU、安全氣囊ECU、倒車ECU、娛樂(lè)終端以及導(dǎo)航單元。本發(fā)明所述的汽車電氣系統(tǒng)通過(guò)主干光纖傳輸光學(xué)控制信號(hào)，不僅使得控制線路可以完全避免電氣短路、電磁干擾和線路劣化熔毀的問(wèn)題；而且可以同時(shí)兼容CAN、LIN、FlexRay和MOST在內(nèi)的各種通信協(xié)議，能夠快速傳輸視頻信號(hào)，滿足了現(xiàn)代車輛對(duì)信息的高速、共享的要求。
【專利說(shuō)明】基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車電氣控制系統(tǒng)的【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的汽車電氣控制系統(tǒng)，是以金屬例如銅制成的電氣導(dǎo)線作為控制訊號(hào)的傳導(dǎo)和連接。例如，具有中控計(jì)算機(jī)設(shè)置的汽車，為了精確控制汽車的各個(gè)外圍組件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、懸架、門框、配電、防盜、安全氣囊、倒車、娛樂(lè)和導(dǎo)航等，需要通過(guò)大量金屬制成的電氣導(dǎo)線與中控計(jì)算機(jī)以及外圍組件的驅(qū)動(dòng)線路進(jìn)行連接，傳送各種不同的電氣控制訊號(hào)，以使各個(gè)外圍組件能夠正常工作。
[0003]然而，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的以線束為主要聯(lián)結(jié)方式的汽車電氣系統(tǒng)在實(shí)際操作突出存在以下不足，主要表現(xiàn)在以下方面:(I)線束愈發(fā)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)信息共享；隨著電子控制單元之間數(shù)據(jù)通信數(shù)量的增加，高速數(shù)據(jù)傳輸速率變得很重要，普通線束傳輸速率已經(jīng)不能滿足高速數(shù)據(jù)的傳輸。(2)金屬導(dǎo)線容易氧化以及腐蝕，并導(dǎo)致線路阻抗值增大，影響電氣信號(hào)的正確傳輸或連接，并且容易導(dǎo)致短路或者自燃，從而存在安全隱患。而采用光纖網(wǎng)絡(luò)可以克服上述不足。
[0004]目前光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)應(yīng)用在高檔轎車上，并且經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)。如:戴姆勒-克萊斯勒(奔馳)“S級(jí)”系列以及寶馬的“BMW7”系等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至目前為止，在歐洲已經(jīng)有16個(gè)車型采用了光纖通信系統(tǒng)。然而現(xiàn)有技術(shù)中，基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電器系統(tǒng)成本高昂、擴(kuò)展性也有待提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)。本發(fā)明所述的汽車電氣系統(tǒng)具有成本低、可靠性高、擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)；該系統(tǒng)采用的總線架構(gòu)能夠滿足現(xiàn)在以及未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)汽車發(fā)展的需求。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，包括主干光纖、傳感器、光收發(fā)組件、網(wǎng)關(guān)和汽車的外圍組件；其特征在于:所述傳感器測(cè)量的電信號(hào)通過(guò)光收發(fā)組件與主干光纖連接，并通過(guò)主干光纖，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)以及光收發(fā)組件傳送給汽車的外圍組件。
[0008]其中，所述汽車的外圍組件包括:發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶、傳動(dòng)系統(tǒng)T⑶、制動(dòng)系統(tǒng)ABS、燈光控制E⑶、門窗控制E⑶、配電E⑶、防盜E⑶、安全氣囊E⑶、倒車E⑶、娛樂(lè)終端以及導(dǎo)航單元。
[0009]其中，所述傳感器包括機(jī)油壓力感測(cè)單元、電力感測(cè)單元、前后輪防滑感測(cè)單元、前后輪胎壓感測(cè)單元、前后輪剎車感測(cè)單元、前后平衡感測(cè)單元、前后避震感測(cè)單元、車內(nèi)溫度感測(cè)單元、照明感測(cè)單元、安全氣囊感測(cè)單元、接收天線感測(cè)單元、發(fā)射天線感測(cè)單元、音響感測(cè)單元、視頻感測(cè)單元、電動(dòng)門鎖感測(cè)單元等。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:[0011](I)本發(fā)明的汽車電氣系統(tǒng)采用塑料光纖作為傳輸介質(zhì)，配備LED傳送模塊，用一根主光纖就可以滿足整車應(yīng)用，從而大大減少了線束的使用。而且光纖模塊的最高通信可以達(dá)到IOOm帶寬，可以同時(shí)兼容CAN、LIN、FlexRay和MOST在內(nèi)的各種通信協(xié)議，能夠快速傳輸視頻信號(hào)，滿足了現(xiàn)代車輛對(duì)信息的高速、共享的要求。
[0012](2)未來(lái)傳統(tǒng)的汽車機(jī)械系統(tǒng)(如剎車和駕駛系統(tǒng))將變成通過(guò)高速容錯(cuò)總線與高性能ECU相連的電氣系統(tǒng)。基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)提供這些系統(tǒng)之間的一個(gè)高速、容錯(cuò)和時(shí)間觸發(fā)的安全通信通道。
[0013](3)安裝本發(fā)明所述總線架構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò)之后，線束將極大簡(jiǎn)化，維修將變得非常簡(jiǎn)單，操作員通過(guò)手持終端能夠可實(shí)時(shí)診斷整車的配件節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，并直接定位到模塊，繞開(kāi)了大量線束排查工作。
[0014](4)安裝本發(fā)明所述總線架構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò)之后，部件升級(jí)將變得簡(jiǎn)單易行，由于光纖網(wǎng)絡(luò)上信息高速共享，部件替代僅需要更換模塊，無(wú)需改動(dòng)線束，這對(duì)于整車系統(tǒng)工程化帶來(lái)了極大的便利。
[0015](5)本發(fā)明使用的塑料光纖制造技術(shù)已經(jīng)穩(wěn)定成熟，而且原料成本也相對(duì)較低，因此基于本發(fā)明所述總線架構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò)汽車電氣系統(tǒng)具備很強(qiáng)的應(yīng)用和市場(chǎng)前景。
[0016](6)本申請(qǐng)所述的汽車電氣系統(tǒng)，通過(guò)主干光纖傳輸光學(xué)控制信號(hào)，使得控制線路可以完全避免電氣短路、電磁干擾和線路劣化熔毀的問(wèn)題，并有利于引領(lǐng)汽車新技術(shù)的發(fā)展，必將會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將結(jié)合實(shí)施例以及附圖對(duì)本發(fā)明所述的電解池結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的闡述。
[0019]實(shí)施例1
[0020]如附圖1所示，本實(shí)施例所述的基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)采用總線式結(jié)構(gòu)，以單根主干光纖為主干網(wǎng)，所有的傳感器通過(guò)主干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)共享，各E⑶通過(guò)網(wǎng)關(guān)掛接到干線網(wǎng)絡(luò)上。本發(fā)明所述光纖網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)借鑒了美國(guó)通用公司GMLAN的設(shè)計(jì)理念，將規(guī)定的用于開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)(OSI)作為模型，建立了一個(gè)能高速、有效互聯(lián)的通信架構(gòu)。根據(jù)汽車通信的特點(diǎn)，主要引入了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層；基于此模型開(kāi)發(fā)的基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，能夠完全滿足現(xiàn)在以及未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)車輛電氣系統(tǒng)通信的需求。
[0021]本實(shí)施例所述的光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，除了主干光纖10外，還包括傳感器20，所述的傳感器可以是分別設(shè)置的多個(gè)傳感器，也可以是具有多種檢測(cè)單元和用途的傳感器，例如在本實(shí)施例中，所述的傳感器為一個(gè)或者多個(gè)，其具有檢測(cè)機(jī)油壓力、電力、前后輪防滑、前后輪胎壓、前后輪剎車、前后平衡、前后避震、車內(nèi)溫度、照明、安全氣囊、接收天線、發(fā)射天線、音響感測(cè)、視頻感測(cè)、電動(dòng)門鎖感測(cè)等功能；例如，所述傳感器包括機(jī)油壓力感測(cè)單元、電力感測(cè)單元、前后輪防滑感測(cè)單元、前后輪胎壓感測(cè)單元、前后輪剎車感測(cè)單元、前后平衡感測(cè)單元、前后避震感測(cè)單元、車內(nèi)溫度感測(cè)單元、照明感測(cè)單元、安全氣囊感測(cè)單元、接收天線感測(cè)單元、發(fā)射天線感測(cè)單元、音響感測(cè)單元、視頻感測(cè)單元、電動(dòng)門鎖感測(cè)單元等。此外本發(fā)明的電氣系統(tǒng)還包括用于將檢測(cè)獲得的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的光收發(fā)組件030 ;此外還包括用于將光信號(hào)傳遞給各外圍組件的網(wǎng)關(guān)，所述的網(wǎng)關(guān)包括動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)40、底盤系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)50、電氣系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)60、安全系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)70、配套系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)80。其中，所述汽車的外圍組件包括:發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、傳動(dòng)系統(tǒng)TCU、制動(dòng)系統(tǒng)ABS、燈光控制ECU、門窗控制ECU、配電ECU、防盜ECU、安全氣囊ECU、倒車ECU、娛樂(lè)終端以及導(dǎo)航單元。其中，動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件分別與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、傳動(dòng)系統(tǒng)TCU和制動(dòng)系統(tǒng)ABS連接；底盤系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件與懸架系統(tǒng)ECAS連接；電氣系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件與燈光控制ECU、門窗控制E⑶和配電E⑶連接；安全系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件與防盜E⑶、安全氣囊E⑶和倒車ECU;配套系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件與娛樂(lè)終端以及導(dǎo)航單元連接。
[0022]在本實(shí)施例中，所述的光收發(fā)組件用于完成信號(hào)的電光發(fā)送以及光電接收。為了充分利用光纜的帶寬，極大滿足多路信號(hào)同時(shí)傳輸?shù)囊螅ǔ２捎枚嗦窂?fù)用傳輸方式，發(fā)射光波長(zhǎng)為600nm-1000nm，傳輸距離可達(dá)數(shù)Km，工作溫度范圍為_(kāi)40°C?+105°C，可適用50/125 μ m, 62.5/125 μ m, 200 μ mHCS光纖及ST、SC、SMA和FC等多種連接頭。在本實(shí)施例中所述光收發(fā)器包括光發(fā)射器和光接受器，所述光發(fā)射器為高效光功率激勵(lì)的鋁砷化鎵光發(fā)射器，該光發(fā)射器在20mA?200mA直流激勵(lì)下能向光纖饋入相應(yīng)光波長(zhǎng)的光功率(12dBm)；光接受器由一個(gè)高效HM光電二極管和一個(gè)低噪聲跨阻前置放大器電路組成，光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電二極管轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，放大后由射極輸出器緩沖輸出，最大動(dòng)態(tài)范圍達(dá)30dB，頻率響應(yīng)從直流到125MHz。
[0023]塑料光纖軟線，當(dāng)其用于汽車內(nèi)通信配線時(shí)，常常會(huì)在高溫高濕的環(huán)境下彎曲在狹窄的空間的狀態(tài)下被使用，所以必須要具備耐熱性、耐濕性、耐彎曲性。尤其是在汽車內(nèi)的頂棚、發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的配線，環(huán)境溫度約為100°c，因此需要提供在100-105°c高溫條件下，長(zhǎng)期耐熱性的塑料光纖軟線。在本實(shí)施例所述的主干纖維為塑料光纖；所述的塑料光纖具有芯和包覆材料:所述芯層為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，折射率為1.49)，所述包覆材料(折射率為1.33)由以下原料在220-235°C反應(yīng)制備得到，所述原料包括30-35重量份的MD1、25-30重量份的聚四氫呋喃醚二醇、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錫、0.3-05重量份的對(duì)羥基二苯甲酮、1-2重量份的N-乙烯基己內(nèi)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。然后將制備得到的包覆材料供給復(fù)合紡絲機(jī)，并將聚甲基丙烯酸甲酯作為芯料供給給復(fù)合紡絲機(jī)，在230°C的溫度下將芯料和包覆材料進(jìn)行復(fù)合熔融紡絲，得到所述的塑料光纖。本實(shí)施例所述的塑料光纖連續(xù)彎曲次數(shù)可達(dá)8-10萬(wàn)次，耐熱性為0.5-0.8dB、彎曲損失為0.3-0.5dB，伸縮性為0.4_左右。與高價(jià)的全氟塑料聚合物相比，本發(fā)明的塑料光纖不僅具有優(yōu)異的耐熱和耐彎曲性能，而且價(jià)格也相對(duì)較低。
[0024]其中，上述塑料光纖性能的測(cè)試方法附錄如下:
[0025]連續(xù)彎曲
[0026]在塑料光纖的一端施加500g的載荷,用直徑為30mm的芯棒支撐，以該支撐點(diǎn)為中心將塑料光纖的另一端以角度90°連續(xù)彎曲，測(cè)定到軟線斷裂時(shí)的次數(shù)。
[0027]耐熱性
[0028]在高溫烘箱中，將試樣長(zhǎng)度22米(兩末端各2米在烘箱外)的塑料光纖軟線在105°C的溫度下放置1000小時(shí)，測(cè)定試驗(yàn)前后的光量，將該變化量作為指標(biāo)。
[0029]彎曲損失:
[0030]使用波長(zhǎng)為660nm發(fā)光二極管，測(cè)定試樣長(zhǎng)度3米的塑料光纖軟線的光量。測(cè)定將該塑料光纖軟線卷在金屬制半徑IOmm的棒上360度時(shí)的光量，測(cè)定由于卷繞導(dǎo)致的光量減少量。
[0031]伸縮性:
[0032]將試樣長(zhǎng)度50cm的塑料光纖軟線放入到105°C的溫度下的高溫烘箱內(nèi)24小時(shí)，利用顯微鏡觀察試驗(yàn)前后的塑料光纖軟線的軟線端面部。在塑料光纖從被覆層頂端伸出的情況中，從被覆層頂端到伸出的塑料光纖頂端的長(zhǎng)度為伸縮部分，為負(fù)值。在塑料光纖從被覆層頂端縮入的情況中，從被覆層頂端到縮入的塑料光纖的頂端的長(zhǎng)度為伸縮部分，為正值。
[0033]雖然本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)闡述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以在不脫離本發(fā)明公開(kāi)的范圍以內(nèi)，可以采用等同替換或等效變換形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于【具體實(shí)施方式】部分的具體實(shí)施例，只要沒(méi)有脫離發(fā)明實(shí)質(zhì)的實(shí)施方式，均應(yīng)理解為落在了本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，包括主干光纖、傳感器、光收發(fā)組件、網(wǎng)關(guān)和汽車的外圍組件；其特征在于:所述傳感器測(cè)量的電信號(hào)通過(guò)光收發(fā)組件與主干光纖連接，并通過(guò)主干光纖，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)以及光收發(fā)組件傳送給汽車的外圍組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，其特征在于所述汽車的外圍組件包括:發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶、傳動(dòng)系統(tǒng)T⑶、制動(dòng)系統(tǒng)ABS、燈光控制E⑶、門窗控制E⑶、配電E⑶、防盜ECU、安全氣囊ECU、倒車ECU、娛樂(lè)終端以及導(dǎo)航單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器包括機(jī)油壓力感測(cè)單元、電力感測(cè)單元、前后輪防滑感測(cè)單元、前后輪胎壓感測(cè)單元、前后輪剎車感測(cè)單元、前后平衡感測(cè)單元、前后避震感測(cè)單元、車內(nèi)溫度感測(cè)單元、照明感測(cè)單元、安全氣囊感測(cè)單元、接收天線感測(cè)單元、發(fā)射天線感測(cè)單元、音響感測(cè)單元、視頻感測(cè)單元以及電動(dòng)門鎖感測(cè)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)關(guān)與主干光纖連接，并且其包括動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)、底盤系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)、電氣系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)、安全系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和配套系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)；所述動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件分別與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、傳動(dòng)系統(tǒng)TCU和制動(dòng)系統(tǒng)ABS連接；所述底盤系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件與懸架系統(tǒng)ECAS連接；所述電氣系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件與燈光控制ECU、門窗控制ECU和配電ECU連接；所述安全系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件與防盜ECU、安全氣囊ECU和倒車ECU ;所述配套系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)光收發(fā)組件與娛樂(lè)終端以及導(dǎo)航單元連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，其特征在于所述光收發(fā)器包括光發(fā)射器和光接受器，所述光發(fā)射器為高效光功率激勵(lì)的鋁砷化鎵光發(fā)射器；所述光接受器由一個(gè)高效HM光電二極管和一個(gè)低噪聲跨阻前置放大器電路組成，光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電二極管轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，放大后由射極輸出器緩沖輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng),其特征在于主干纖維為塑料光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于光纖網(wǎng)絡(luò)的汽車電氣系統(tǒng)，其特征在于所述的塑料光纖具有芯和包覆材料:所述芯層為聚甲基丙烯酸甲酯，所述包覆材料由以下原料在220-235°C反應(yīng)制備得到；所述原料包括30-35重量份的MD1、25-30重量份的聚四氫呋喃醚二醇、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錫、0.3-05重量份的對(duì)羥基二苯甲酮、1-2重量份的N-乙烯基己內(nèi)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。
【文檔編號(hào)】B60R16/023GK103434461SQ201310330444
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】姚紀(jì)榮 申請(qǐng)人:江蘇彤明高科汽車電器有限公司