第九章汽車車載網(wǎng)絡技術簡介

1、 8.1.1 車載網(wǎng)絡技術發(fā)展的背景車載網(wǎng)絡技術發(fā)展的背景8.1.2 車載網(wǎng)絡的結構車載網(wǎng)絡的結構8.1.3 常用基本術語常用基本術語8.1.1車載網(wǎng)絡技術發(fā)展的背景車載網(wǎng)絡技術發(fā)展的背景發(fā) 動 機發(fā) 動 機控制控制制 動 防制 動 防抱死抱死燈光燈光空調空調電子電子鎖鎖儀儀表表板板變 速 控變 速 控制制主 動 懸主 動 懸架架自動自動座椅座椅自動自動門窗門窗安全安全氣囊氣囊傳U1統(tǒng)點對點通訊方式傳統(tǒng)的點對點的通訊方式CAN總線的通訊方式8.1.2 車載網(wǎng)絡的結構車載網(wǎng)絡的結構車載網(wǎng)絡結構示意圖8.1.3 常用基本術語常用基本術語1.數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線是模塊間運行數(shù)據(jù)的通道，即所謂的信息高速公

2、路。數(shù)據(jù)總線可以實現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號能被多個系統(tǒng)（控制單元）共享，從而最大限度地提高系統(tǒng)整體效率，充分利用有限的資源。 2.多路傳輸所謂多路傳輸，指在計算機局域網(wǎng)中，將多種信息混合或交叉通過一個通信信道傳送的方式。傳統(tǒng)線路與多路傳輸線路 3. 模塊節(jié)點模塊節(jié)點模塊就是一種電子裝置。簡單一點的如溫度和壓力傳感器，復雜的如計算機（微處理器）。傳感器是一個模塊裝置，根據(jù)溫度和壓力的不同產(chǎn)生不同的電壓信號。這些電壓信號在計算機（一種數(shù)字裝置）的輸人接口被轉變成數(shù)字信號。在計算機多路傳輸系統(tǒng)中一些簡單的模塊被稱為節(jié)點。各節(jié)點通過插接器連接到多路傳輸系統(tǒng)中。4.網(wǎng)關網(wǎng)關實際上是一個單片微型計算機，

3、是連接不同網(wǎng)絡系統(tǒng)的接口裝置。網(wǎng)關的作用就是為在不同的通信協(xié)議和不同的傳輸速度的模塊之間進行通信時，建立連接和信息解碼，重新編譯，并將數(shù)據(jù)傳輸給其他系統(tǒng)。8.2 車載網(wǎng)絡通信協(xié)議車載網(wǎng)絡通信協(xié)議通信協(xié)議是指通信雙方控制信息交換規(guī)則的標準、約定的集合，即數(shù)據(jù)在總線上的傳輸規(guī)則。在汽車上，要實現(xiàn)車內(nèi)各ECU之間的通信，必須制定規(guī)則，即通信的方法、通信時間、通信內(nèi)容，保證通信雙方能相互配合，使通信雙方能共同遵守、可接受的一組規(guī)定和規(guī)則。 汽車總線網(wǎng)絡系統(tǒng)示意圖8.2.1 A類網(wǎng)絡協(xié)議標準類網(wǎng)絡協(xié)議標準 A類是面向傳感器執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡，數(shù)類是面向傳感器執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常小于

4、據(jù)傳輸位速率通常小于l0kbit/s，主要用于后視鏡調，主要用于后視鏡調整，電動窗、燈光照明等車身控制。該類網(wǎng)絡有多種通整，電動窗、燈光照明等車身控制。該類網(wǎng)絡有多種通信協(xié)議，目前首選的標準是信協(xié)議，目前首選的標準是LIN。LIN是用于汽車分是用于汽車分布式電控系統(tǒng)的一種新型低成本串行通信系統(tǒng)，它是一布式電控系統(tǒng)的一種新型低成本串行通信系統(tǒng)，它是一種基于種基于 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）的數(shù)據(jù)格式，是主從結）的數(shù)據(jù)格式，是主從結構的單線構的單線12V的總線通信系統(tǒng)。主要用于智能傳感器的總線通信系統(tǒng)。主要用于智能傳感器和執(zhí)行

5、器的串行通信，和執(zhí)行器的串行通信， 8.2.2 B類網(wǎng)絡協(xié)議標準類網(wǎng)絡協(xié)議標準B類是面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡，位速率在10125kbit/s，屬于數(shù)據(jù)在節(jié)點間傳輸?shù)亩嗫偩€系統(tǒng)，可取消多余的系統(tǒng)組件。該類網(wǎng)絡適用于對實時性要求不高的通訊場合，以減少冗余傳感器和其他電子部件，主要應用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示、負載信息、故障診斷等。 8.2.3 C類網(wǎng)絡協(xié)議標準類網(wǎng)絡協(xié)議標準 C類是面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，類是面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，位速率在位速率在125kbit/s1Mbit/s之間，主要用之間，主要用于與汽車安全相關，以及實時性要求比較高的地于與汽車安全相關

6、，以及實時性要求比較高的地方，如牽引控制、發(fā)動機控制、自動變速器、方，如牽引控制、發(fā)動機控制、自動變速器、ABS/ASR、安全氣囊、主動懸架、巡航系統(tǒng)、安全氣囊、主動懸架、巡航系統(tǒng)、電動轉向系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)及組合儀表信號的電動轉向系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)及組合儀表信號的采集系統(tǒng)等。在采集系統(tǒng)等。在C類標準中，歐洲的汽車制造商類標準中，歐洲的汽車制造商基本上采用的都是高速通信的基本上采用的都是高速通信的CAN總線標準總線標準ISO11898。8.2.4 MOST技術技術 MOST采用塑料光纜（POF）的網(wǎng)絡協(xié)議，將音響裝置、電視、全球定位系統(tǒng)及電話等設備相互連接起來，給用戶帶來極大的便利。MOST利

7、用一根光纖，最多可以同時傳送15個頻道的CD質量的非壓縮音頻數(shù)據(jù)。在一個局域網(wǎng)上，最多要以連接64個節(jié)點。車上的多媒體系統(tǒng)則同時采用了IDB1394（智能傳輸系統(tǒng)）和MOST系統(tǒng)。汽車總線應用示意圖8.3 CAN數(shù)據(jù)總線傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線傳輸系統(tǒng)8.3.1 CAN的含義的含義CAN總線全稱為控制器局域網(wǎng)絡（CANControllerAreaNetwork）。CAN總線是國際上應用最廣的一種現(xiàn)場總線（區(qū)別于辦公室總線），是德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。它的短幀數(shù)據(jù)結構、非破壞性總線性仲裁技術以及靈活的通訊方式適應了汽車的實時性和可靠性

8、要求。 汽車上的網(wǎng)絡連接方式主要采用汽車上的網(wǎng)絡連接方式主要采用2條條CAN，一條用于，一條用于驅動系統(tǒng)的高速驅動系統(tǒng)的高速CAN，速率達到，速率達到500kb/s，即動力總線；，即動力總線；另一條用于車身系統(tǒng)的低速另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN，速率是，速率是100kb/s。驅動。驅動系統(tǒng)系統(tǒng)CAN主要連接對象是發(fā)動機控制器（主要連接對象是發(fā)動機控制器（ECU）、）、ABS/ASR控制器、安全氣囊控制器、組合儀表等，它們控制器、安全氣囊控制器、組合儀表等，它們的基本特征相同，都是控制與汽車行駛直接相關的系統(tǒng)。車的基本特征相同，都是控制與汽車行駛直接相關的系統(tǒng)。車身系統(tǒng)身系統(tǒng)CAN主要連接和控

9、制的汽車內(nèi)外部照明、燈光信號、主要連接和控制的汽車內(nèi)外部照明、燈光信號、雨刮電機等電器。國內(nèi)完全引進技術生產(chǎn)的奧迪雨刮電機等電器。國內(nèi)完全引進技術生產(chǎn)的奧迪A6車型已車型已于于2000年起采用年起采用CAN總線替代原有線束，總線替代原有線束，PassatB5、 Bora、Polo、Fiat的的Palio、 Siena、哈飛賽馬等車型、哈飛賽馬等車型都不同程度地使用了都不同程度地使用了CAN總線技術?？偩€技術。 8.3.3 CAN數(shù)據(jù)總線傳輸系統(tǒng)的構成數(shù)據(jù)總線傳輸系統(tǒng)的構成1. CAN控制器控制器2. CAN收發(fā)器收發(fā)器3. 數(shù)據(jù)傳遞終端數(shù)據(jù)傳遞終端4. CAN數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線5. 數(shù)據(jù)傳輸過程

10、數(shù)據(jù)傳輸過程8.3.4 CAN網(wǎng)絡結構網(wǎng)絡結構 1. OSI七層體系結構七層體系結構ISO/OSIISO/OSI的基本參考模型的基本參考模型各層定義的主要項目各層定義的主要項目軟件控制軟件控制7 7層：應用層層：應用層提供各種實際可以應用的服務提供各種實際可以應用的服務6 6層：表示層層：表示層對數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式進行變換。例如：文字的調整、數(shù)據(jù)的壓對數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式進行變換。例如：文字的調整、數(shù)據(jù)的壓縮、加密縮、加密5 5層：會話層層：會話層為實現(xiàn)會話通信，按正確的順序控制數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收為實現(xiàn)會話通信，按正確的順序控制數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收4 4層：傳輸層層：傳輸層保證按順序控制數(shù)據(jù)及更正錯誤等的通信

11、品質。例如：訂正保證按順序控制數(shù)據(jù)及更正錯誤等的通信品質。例如：訂正錯誤、重新發(fā)送的控制錯誤、重新發(fā)送的控制3 3層：網(wǎng)絡層層：網(wǎng)絡層選擇數(shù)據(jù)的傳輸途徑及中轉。例如；各單元之間的數(shù)據(jù)交換選擇數(shù)據(jù)的傳輸途徑及中轉。例如；各單元之間的數(shù)據(jù)交換及地址管理及地址管理硬件控制硬件控制2 2層：數(shù)據(jù)鏈路層層：數(shù)據(jù)鏈路層將從物理層獲得的信號（字符集）匯總成具有某種意義的數(shù)將從物理層獲得的信號（字符集）匯總成具有某種意義的數(shù)據(jù)，提供控制順序，以便對控制傳輸錯誤等的數(shù)據(jù)加以傳輸。據(jù)，提供控制順序，以便對控制傳輸錯誤等的數(shù)據(jù)加以傳輸。例如：例如：訪問時的方法及數(shù)據(jù)形式；訪問時的方法及數(shù)據(jù)形式；通信方式、連接控制通

12、信方式、連接控制方式、同步方式、錯誤檢測方式；方式、同步方式、錯誤檢測方式；響應方式、通信方式、響應方式、通信方式、幀的構成；幀的構成；組幀方式組幀方式1 1層：物理層層：物理層規(guī)定通信時所使用的電纜、插座等媒體，信號的標準等，以規(guī)定通信時所使用的電纜、插座等媒體，信號的標準等，以實現(xiàn)設備之間信號的交接。例如：信號電平、發(fā)送與接收、實現(xiàn)設備之間信號的交接。例如：信號電平、發(fā)送與接收、電纜及插接器等的形式電纜及插接器等的形式2. CAN網(wǎng)絡結構網(wǎng)絡結構 應用層交互層傳輸層CAN層網(wǎng)絡管理CAN總線8.3.5 CAN總線的特點總線的特點 1.CAN為多主方式工作，即網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動

13、地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點信息2. CAN網(wǎng)絡上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在134us內(nèi)得到傳輸。3. CAN采用非破壞性總線性仲裁技術，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。4. CAN只需通過幀濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接受數(shù)據(jù)，無需專門的調度。5. CAN采用非歸零式（采用非歸零式（NRZ）編碼，直接通信距離最遠可）編碼，直接通信距離最遠可達達10km（速率（速率5kb

14、/s）；通信速率最高可達）；通信速率最高可達1Mb/s（此時通信距離最長為（此時通信距離最長為40m)。 6. CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅動電路，目前可達上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅動電路，目前可達110個。標示符可達個。標示符可達2032種（種（CAN2.0A）,而擴展標準而擴展標準(CAN2.0B)的標示符幾乎不受限制。的標示符幾乎不受限制。 7. 采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。的檢錯效果。 8. CAN的每幀信息都有的每幀信息都有CRC效驗及其他檢錯措施，保證數(shù)效驗及其他檢錯措施，保證數(shù)據(jù)出錯率極低。據(jù)出錯

15、率極低。 9. CAN的通信介質可為雙鉸線、同軸電纜或光纖，選擇靈的通信介質可為雙鉸線、同軸電纜或光纖，選擇靈活?；睢?10. CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。 8.4.1 LIN的發(fā)展的發(fā)展 8.4.2 LIN的特點的特點 8.4.3 LIN的網(wǎng)絡結構的網(wǎng)絡結構 LIN（Local Interconnect Network）網(wǎng)絡創(chuàng)）網(wǎng)絡創(chuàng)始于始于1998年，是由年，是由Audi、BMW、Daimler、C h r y s l e r 、 M o t o r o l

16、 a 、 V o l c a n o Communications Technologies（VCT）、）、Volkswagen和和Volvo等公司和部門（等公司和部門（LIN聯(lián)合體）聯(lián)合體）提出的一個汽車底層網(wǎng)絡協(xié)議。其目的是給出一個價格提出的一個汽車底層網(wǎng)絡協(xié)議。其目的是給出一個價格低廉、性能可靠的低速網(wǎng)，在汽車網(wǎng)絡層次結構中作為低廉、性能可靠的低速網(wǎng)，在汽車網(wǎng)絡層次結構中作為低端網(wǎng)絡的通用協(xié)議，并逐漸取代目前各種各樣的低端低端網(wǎng)絡的通用協(xié)議，并逐漸取代目前各種各樣的低端總線系統(tǒng)。這個標準與其相應的開發(fā)、測試以及維護平總線系統(tǒng)。這個標準與其相應的開發(fā)、測試以及維護平臺的應用，將會降低車上電

17、子系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、使用和臺的應用，將會降低車上電子系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、使用和維護的費用。維護的費用。8.4.1 LIN的發(fā)展的發(fā)展 LIN協(xié)議是以廣泛應用的協(xié)議是以廣泛應用的SCI（UART）為基礎定義的。它支持）為基礎定義的。它支持與這類產(chǎn)品的連接。與這類產(chǎn)品的連接。LIN采用單主多從帶信息標識的廣播式信采用單主多從帶信息標識的廣播式信息傳輸方式，網(wǎng)絡節(jié)點根據(jù)在通信中的地位分為主節(jié)點和從節(jié)點。息傳輸方式，網(wǎng)絡節(jié)點根據(jù)在通信中的地位分為主節(jié)點和從節(jié)點。 LIN的物理層是根據(jù)汽車故障診斷系統(tǒng)標準的物理層是根據(jù)汽車故障診斷系統(tǒng)標準ISO9141擬定的擬定的12V單總線（單總線（Single-Wire 12VBus），滿足汽車環(huán)境的電磁），滿足汽車環(huán)境的電磁兼容、靜電放電和抗噪聲干擾要求。兼容、靜電放電和抗噪聲干擾要求。LIN提供了一種在不需要更提供了一種在不需要更高通信頻帶環(huán)境中應用的廉價高效的通信網(wǎng)絡標準。高通信頻帶環(huán)境中應用的廉價高效的通信網(wǎng)絡標準。 LIN配置語言給出在開發(fā)中描述系統(tǒng)