南频-DC总线innoTruck汽车照明

白皮书:在汽车使用电力线通信来节省线材

标题:Using Power Line Communication for Harness Reduction in Automotive

图1：在汉诺威MESSE上展示的innotruck

卡车拖车的线束由许多线材组成，用于激活简单的前后的开关功能比如照明。这些线材是笨重的，体积大和昂贵的。由戴姆勒发起的EU SPARC项目中，使用电力线来控制卡车和其拖车的尾灯的新概念极大地节省了线材的数量。

增加LED灯会更多地降低来自卡车发电机的功耗，所节约的200W对于其它的电子模块是更加必须的。
视频1:卡车包含了动力系统;半拖车覆盖了驾驶舱;和拖车.这演示了4个方面:电气移动性;线控驾驶汽车,空气动力学,通信.这个innoTruck使用了一个单一电力线来控制卡车/半拖车/拖车的前灯和尾灯;这个车有25米长;节约了许多的走线和线束,减重,我们综合这些成为一根线;这个DC总线芯片是用来在嘈杂的AC和DC电力线上面通信,而只需要非常小的线路板;照明控制网络由靠近卡车的计算机的主模块,和卡车/半拖车/拖车的前灯和尾灯组成;任何来自计算机产生的亮灯触发,被主翻译成为一个DC总线信息,在电力线上面传导;在电力线的另外一头的从照明单元解密这个信息,开启或者关闭对应的光源:泊车,停车,倒车等."安装非常简单,节约了许多的线材,非常好.因为它符合这个车的概念"

一, 在电力线上通信的技术挑战。

在电池电力线上通信是一个挑战的任务。携带DC的铜线不是设计来通信的。它们的衰减取决于线材的电介质，屏蔽和信号的频率。

电池本身有非常小的阻抗，约在1Ohm。连在电池的负载比如ECU，尽管耗电低，但是由于使用了内部的滤波电容来减少EMI，展示出低的AC阻抗。

图2:?在电力线上的信号和噪声

还有，负载是开启和关闭的，改变电力线的阻抗。在新的电动车通常使用逆变器产生高频脉干扰，和电力线通讯信号混合，如图2。

EMI管理限制了电力通信载波信号的最大水平。载波频率越高，信号的丢失越多。随着频率的增加，更多的能量辐射了，而不是通过线材传导了。

二,在汽车上面使用电力线通信的优势和限制

A,优势

1，安装简单，只需要电力线

2，更少线束，更高的可靠性

3，维护简单

4，用硅来替代昂贵的线材（铜价上升，硅价下跌）

5，在宽范围的电池线上工作（6V，12V，24V….300V）

6，支持不同的汽车协议（LiN，CAN，UART，SPi）

7，相比CAN和LiN，使得通信更远的距离

8，推行了新的设计理念

B,限制

1，由于线的衰减，连结到电力线的节点的数量有限。

2，可能的数据延迟

三,案例研究-在innoTruck上的灯光控制

Innotruck项目是由慕尼黑技术大学的Gernot?Spiegelberg教授带领，Colani教授出色的设计，旨在展示下一代的，所有电的，模块化且灵活的汽车。如图1所看到的，此创新的汽车是由卡车构成，包括了动力系统，一个半拖车覆盖了驾驶舱和一个拖车。此汽车展示了电子移动性,线控驾驶汽车，空气动力学和通信的方面所驱动。YAMAR公司在本项目中贡献了电力线照明系统，将在下面描述。

图3:卡车和拖车的照明控制网络

innotruck电力线照明控制系统由前灯模块和六个尾灯模块组成：卡车，拖车和半拖车的左后和右后边各有两个模块，YAMAR研发了两个网关，其任务就是将现在的iSO-1185接头的尾灯状态翻译成电力线命令，激活innoTruck的尾灯。图3描述了为inno truck定制的照明系统。

图4:电力线照明控制系统构建模块

通过利用单线电力线提供电源和控制，PLC照明控制系统使能了简单的安装，节约了线束复杂度和重量。DC总线电力线通信技术是由SiG60和SiG61芯片来执行的。

DC总线网络是由放置在卡车中的主网关来控制的。当拖车卡车是连接到半拖车或拖车时，位于半拖车和拖车的两个拖车网关作为一个副主。主网关感应其输入脚;当其中一个输入脚是“开启”时，网关用一个SiG60器件在电力线上产生一个信息给前灯和尾灯模块。拖车/半拖车的每个PLC尾灯模块都使用了一个SiG61器件来接收PLC信息，转换其成为一个信号来激活对应的泊车灯，停车灯等。拖车网关有两个操作模式：

1，当一个拖车卡车是没有连接的时候，拖车网关作为一个主。

2，当拖车和半拖车连接到卡车（正常工作），此网关像一个中继器工作-简单地复制来自卡车的命令信息。此模式确保了甚至是当拖车的电力线衰减是高的时候的适当的工作。

详细的在电力线上控制灯光的协议的描述可以在SiG61规格书中找到。

睡眠机制当在系统未使用时保持省电。此模式是由来自于卡车主ECU的命令而发起的。

主特性：

1，遥控地开启/关闭每一个照明控制灯泡/LED

2，当需要的时候，设置灯单元进入睡眠和唤醒

3，提供未来的升级成多拖车网络

四, innotruck中电力线的好处：

1，四公斤线材重量减少和成本降低(从5kg至1kg)，
2，节约了两个卡车-拖车的iSO-1185螺旋电线和接头，及其3公斤的重量，见表1和对应的图。
3,减少了4倍的线束体积

4,安装和维护简单

图5: 节约的螺旋线

表1-汽车线材重量

五, DC总线典型的汽车应用

除了前灯和尾灯的应用，DC总线用在了汽车的一系列方面例如：

1，电动车电池管理：DC总线使得电池包之间能通信，提供了电池细胞的状态给电池管理单元
2，门的控制：替换掉笨重的用于控制门和其镜子的线束
3，卡车-拖车-过剩的电力线上的CAN通信用于派遣核心的数据
4，后视摄像头：使用现有的螺旋线，使得从拖车到卡车的快速视频流传输
5，天气控制：从音/视频单元来回的传送控制和温度数据
视频2: innoTruck制造过程

六,参考文献

【1】使用电线上的LiN通信来控制卡车和拖车尾灯-Yair Mavyanka,Yuval Koren和Yaniv Seri

【2】使用高级的冗余控制的SPARC安全推进，EU6FP网站

【3】www.yamar.com

【4】【5】在带冗余数据网络的线控驾驶汽车中使用DC总线器件

【6】SIG60规格书?Yamar electronics Ltd

相关阅读((直接点击文字即可弹出内容)
1,MPBUS电力线通信革除了发射器和航空器的线材
2,白皮书:DC电力线通讯用于高压电池包管理

DC总线收发器的料号清单:

1, SiG60:6*6*0.85mm,QFN28;?

2,SiG61:9*9*0.85mm,QFN64;带MCU

3,SIG60迷你评估板: 18*17*4mm

4,DC总线软件

5,SiG60?USB界面

6,SiG60?评估板

7,DC总线衰减器

8,DCB1M?物联网电力线调制解调器,1.3Mbps

9,dcan500?收发器,500Kbps

10,dcan500评估板

11,dcb1m 评估板

12,SiG61评估板

13,SiG61 I/O Dongle

14,dcb1m-usb-pc接口板

南频推荐给卡车/拖车照明的料号和优势:

一,SiG60;SiG61

二,新唐NuvoTon单片机

1, ARM Cortex 4: M451, M451M, M452, M453, M4TK, NUC442, NUC505

2, ARM 9: NUC900, N3290, N3291, N3292, NUC970

3, ARM 7: NUC500, NUC700

4,?ARM Cortex?-M0 :?
M0564系列
M0519系列
M0518系列
M051 Base系列
Mini58
Mini51 Base系列
Nano130 高级系列
Nano120 USB系列
Nano110,Nano112 LCD系列
Nano100,Nano102 Base系列
Nano103 Base系列

NUC029系列
NUC100,NUC200 高级系列
NUC120,NUC122,NUC123?NUC220 USB系列
NUC121,NUC125系列
NUC126 USB系列
NUC130,?NUC230?CAN系列
NUC131?CAN系列
NUC140, NUC240连接系列

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