汽車電子控制技術(shù)：車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

知識目標：

1、了解車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用及發(fā)展；2、了解車載網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語；3、了解車載網(wǎng)絡(luò)的類型及新技術(shù)；4、掌握車載網(wǎng)絡(luò)的基本組成；5、掌握大眾車系車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成特點；6、正確描述車載網(wǎng)絡(luò)故障的診斷工藝和流程。技能目標：

1、能夠分析車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)；2、掌握用故障診斷工具分析判斷車載網(wǎng)絡(luò)的故障的方法；3、會做PASSAT轎車起動后熄火故障的檢查與排除。項目十四車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)項目十四車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，汽車裝備日趨完善，車用電氣設(shè)備越來越多，從發(fā)動機控制到傳動系統(tǒng)控制，從行駛、制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報警系統(tǒng)，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽車電氣系統(tǒng)形成一個復雜的大系統(tǒng)，并且都集中在駕駛室控制。如果按照常規(guī)點到點的布線法，則整個汽車的布線將十分復雜，顯得很凌亂。尤其是在高檔客車中，傳統(tǒng)布線不僅增加了布線的復雜程度，而且布線所需的銅線也將成倍增加。為了解決車內(nèi)可用空間與粗大線束之間的矛盾，人們將車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于汽車上。活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述項目十四車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

一、車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展隨著汽車三大系統(tǒng)（動力系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)）中各種電控系統(tǒng)的不斷增加，汽車電氣系統(tǒng)形成一個復雜的大系統(tǒng)，并且都集中在駕駛室控制。從布線角度分析，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣會有龐大的布線系統(tǒng)。然而，駕駛室的空間是有限的，這樣必然造成龐大線束與駕駛室內(nèi)可用空間之間的矛盾。據(jù)統(tǒng)計，一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導線長度可達2000米，電氣節(jié)點達1300個，而且，根據(jù)統(tǒng)計，該數(shù)字大約每十年增長1倍，從而加劇了粗大的線束與汽車有限的可用空間之間的矛盾?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述項目十四車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

圖14-1傳統(tǒng)布線方法的導線長度與連接插頭數(shù)量無論從材料成本還是工作效率看，傳統(tǒng)布線方法都將不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。傳統(tǒng)布線方法的導線長度與連接插頭數(shù)量如圖14-1所示：活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述項目十四車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

20世紀80年代末的汽車工業(yè)中，由于消費者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通信越來越復雜，同時意味這需要更多的信號連接線。德國Bosch公司和Intel公司研制了專門用于汽車電器系統(tǒng)的總線-控制器局域網(wǎng)（ControllerAreaNetwork）規(guī)范，簡稱CAN。提出CAN總線的最初動機就是為了減少解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通信而不斷增加的信號線。于是設(shè)計了一個單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件都可以被掛接在該總線上。到2000年以后，隨著車載網(wǎng)絡(luò)的進一步細分，低端的LIN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述項目十四車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)二、車載網(wǎng)絡(luò)的類型按照系統(tǒng)的信息量、響應(yīng)速度、可靠性等要求將車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為A級、B級、C級、D級四類。A級是面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率通常小于20Kbps,主要用于天窗、雨刮、空調(diào)、照明等控制；B級是面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中低速網(wǎng)絡(luò)，速率在30-125Kbps,主要用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)；C級是面向?qū)崟r性控制的中高速網(wǎng)絡(luò)。速率在125Kbps-1Mbps之間，主要用于牽引控制、發(fā)動機、自動變速器、ABS等系統(tǒng)；D級是面向媒體傳輸?shù)母咚倬W(wǎng)絡(luò)，速率在1Mbps以上，主要用于導航、車載音響、車載電話等信息娛樂系統(tǒng)。

活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

A級目前首選的標準是LIN總線；B級網(wǎng)絡(luò)的國際標準是CAN總線；C級未來會使用到具有高速實時傳輸特性的一些總線標準和協(xié)議，包括采用時間觸發(fā)通信的X-by-Wire系統(tǒng)總線標準和用于安全氣囊控制和通信的總線協(xié)議、標準；D級主要標準是DDB和MOST。按汽車局域網(wǎng)的發(fā)展趨勢，CAN的C類網(wǎng)絡(luò)將逐步普及并占主導地位。三、常用基本術(shù)語簡介（一）多路傳輸1、多路傳輸?shù)幕驹碛捎诳偩€式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是使用一條線路對多個信號進行傳輸，所以應(yīng)當懂得多路傳輸技術(shù)的原理，否則一旦汽車故障電腦診斷儀在檢測車輛時不工作，你就會不知所措，或者即使你的故障掃描儀在工作，你卻找不到本應(yīng)該找到的故障。多路傳輸即在同一通道或線路上同時傳輸多條信息。這聽起來好像不可能，但在某種意義上講是可能的?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

從圖14-2中可以看出，常規(guī)線路要比多路傳輸線路簡單得多，然而多路傳輸系統(tǒng)ECU之間所用的導線比常規(guī)線路所用導線少得多。由于ECU可以觸發(fā)儀表板上的警告燈或燈光故障指示燈等，又由于多路傳輸可以通過一根線（數(shù)據(jù)總線）執(zhí)行多個指令，因此可以增加許多功能裝置。圖14-2常規(guī)線路與多路傳輸線路的對比活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（1）頻分多路復用頻分多路復用就是將信道帶寬按頻率分割為若干個子信道，每個子信道用來傳輸一路信號。當信道帶寬大于各路信號的總帶寬時，信號的頻譜在傳輸過程中不會被改變，在接收端通過一個相應(yīng)帶寬的濾波器可將信號完整地恢復出來，例如，有線電視網(wǎng)就是這樣。（2）時分多路復用時分多路復用就是將使用信道的時間分成一個個時間片，按一定規(guī)律將這些時間片分配給各路信號，每路信號只能在自己的時間片內(nèi)獨占信道進行傳輸。當然，各路信號的數(shù)據(jù)傳輸率的總和只能小于信道能達到的最大傳輸率，例如，長途電話系統(tǒng)就是采用這種方式。活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（3）碼分多址（使用所謂擴頻技術(shù)）它允許所有站點在同一時間使用整個信道進行數(shù)據(jù)傳輸。在CDMA中，每個比特時間又再分成m個碼片（Chip)，每個站點分配一個唯一的m比特碼系列。當某個站欲發(fā)送“1”時，它就在信道中發(fā)送它的碼系列；當欲發(fā)送“O”時，就發(fā)送它的碼序列的反碼。以上三類多路復用技術(shù)可以形象地比喻為多個人要發(fā)言討論不同問題時，如何使用同一個會議廳（信道）?？梢园褧h廳分成幾組（好比頻分多路），各組同時進行各自不同的討論互不干擾；也可以在一個廳內(nèi)讓各議題在固定的時間片內(nèi)輪流發(fā)言（好比時分多路）；還可以在一個廳內(nèi)讓各自議題同時發(fā)言，但是要用不同的語言（好比碼分多址），對某個議題的人來說只能聽懂自己的語言，而其他語言被視為隨機噪音，可以排除?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2、多路傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用（1）電噴計算機系統(tǒng)中多路傳輸?shù)膽?yīng)用除了負責給發(fā)動機噴油和點火外，電噴計算機還把它從傳感器接收到的信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中供其他計算機使用。電噴計算機通過多路傳輸網(wǎng)絡(luò)接收到分配控制計算機所下的解除鎖止的指令。電噴計算機同時還要向其他計算機通報發(fā)動機運行狀況的信息。它把有關(guān)的信息都交與它們使用。此外它還通過一條專用線路與故障診斷工具對話。（2）多路傳輸系統(tǒng)在自動變速器中的應(yīng)用自動變速器計算機需要了解來自發(fā)動機計算機的信息。除了它本身自動變速管理的功能外，自動變速器計算機要向發(fā)動機計算機通知擋位以及自動變速器油溫度。活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

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（二）局域網(wǎng)

1、局域網(wǎng)的定義及特點局域網(wǎng)絡(luò)是在一個有限區(qū)域內(nèi)連接的計算機的網(wǎng)絡(luò)。一般這個區(qū)域具有特殊的職能，通過這個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)這個系統(tǒng)內(nèi)的資源共享和信息通信。連接到網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點可以是計算機、基于這微處理器的應(yīng)用系統(tǒng)或智能裝置。局域網(wǎng)一般的數(shù)據(jù)傳輸速度在102-105Kbit/s范圍，傳輸距離100-250m，誤碼率低。汽車上的網(wǎng)絡(luò)是局域網(wǎng)與現(xiàn)場總線(FieldBus）之間的一種結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)傳輸速度一般在10-103Kbit/s范圍，傳輸距離在幾十米范圍。通常，將局域網(wǎng)劃分成三類，即一般局域網(wǎng)（LAN）、高速局域網(wǎng)（HSLN）和計算機化分組交換機（C13X）。這三類局域網(wǎng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計方案上差距很大，三類局域網(wǎng)主要是為滿足不同要求而獨立研制的。一般局域網(wǎng)和高速局域網(wǎng)的通信協(xié)議是分別定義的。活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2、局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)所謂拓撲結(jié)構(gòu)就是網(wǎng)絡(luò)的物理連接方式。局域網(wǎng)的常用拓撲結(jié)構(gòu)有三種：星型、環(huán)形、總線型。（1）星形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)星型網(wǎng)絡(luò)即以一臺稱之為中心處理機為主組成的網(wǎng)絡(luò)，各種類型的入網(wǎng)機均與該中心處理機有物理鏈路直接相連，因此，所有的網(wǎng)上傳輸信息均需通過該機轉(zhuǎn)發(fā)，其結(jié)構(gòu)如圖14-3所示。星型網(wǎng)絡(luò)由于其物理結(jié)構(gòu)，使其具有以下特點：通信功能簡單，它可以根據(jù)需要由中心處理機分時或按優(yōu)先權(quán)排隊處理；中心處理機負載過重，擴充困難；構(gòu)造較容易，適于同種機型相連；每臺入網(wǎng)計算機均需與中心處理機有線路直接互連，因此線路利用率不高，信道容量浪費較大。圖14-3星形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（2）總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)總線型網(wǎng)絡(luò)即所有入網(wǎng)計算機通過分接頭接入一條載波傳輸線上，如圖14-4所示?？偩€型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的特點：通道利用率高，但網(wǎng)絡(luò)延伸距離有限，網(wǎng)絡(luò)容納節(jié)點數(shù)有限（受信道訪問機制影響）。它適用于傳輸距離較短、地域有限的組網(wǎng)環(huán)境，目前車載局域網(wǎng)多采用此種方式。圖14-4總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

(3）環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)環(huán)型網(wǎng)的主要特點是：由于一次通信信息在網(wǎng)中傳輸最大時間是固定的，因此實時性較高，每個網(wǎng)上結(jié)點只與其他兩個結(jié)點有物理鏈路直接互連，因此傳輸控制機制較為簡單；一個結(jié)點出故障可能會終止全網(wǎng)運行，因此可靠性較差；網(wǎng)絡(luò)擴充需對全網(wǎng)進行拓撲和對訪問控制機制進行調(diào)整，因此較為復雜。圖14-5環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

環(huán)型網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)環(huán)型網(wǎng)通過一個轉(zhuǎn)發(fā)器將每臺入網(wǎng)計算機接入網(wǎng)絡(luò)，每個轉(zhuǎn)發(fā)器與相鄰兩臺轉(zhuǎn)發(fā)器用物理鏈路相連，所有轉(zhuǎn)發(fā)器組成一個拓撲為環(huán)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如圖13-5所示。環(huán)型網(wǎng)由于其點一點通信的唯一性，因此，不宜在廣域范圍內(nèi)組建計算機網(wǎng)絡(luò)。它也是一種較為實用的局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，尤其是在實時性要求較高的環(huán)境中更是如此。（三）現(xiàn)場總線（FieldBus）是在工業(yè)過程控制和生產(chǎn)自動化領(lǐng)域發(fā)展起來的一種網(wǎng)絡(luò)體系，是在過程現(xiàn)場安裝在控制室先進自動化裝置中的一種串行數(shù)字通信鏈路。該系統(tǒng)是用于過程自動化和制造自動化最底層的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（四）CANCAN，全稱為“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初,CAN被設(shè)計作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速器控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。一個由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點。實際應(yīng)用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。例如，當使用PhilipsP82C250作為CAN收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接110個節(jié)點。CAN可提供高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（五）數(shù)據(jù)總線模塊間運行數(shù)據(jù)的通道，即所謂的信息高速公路，如圖14-6所示。如果模塊可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，則這樣的數(shù)據(jù)總線就稱為雙向數(shù)據(jù)總線。汽車上的信息高速公路實際是一條或兩條導線。圖13-6數(shù)據(jù)總線信息傳輸活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

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。例如，常見的電腦鍵盤有104位鍵，可以發(fā)出百多個不同的指令，但鍵盤與主機之間的數(shù)據(jù)連接線卻只有7根，鍵盤正是依靠這7根數(shù)據(jù)連接線上不同的電平組合（編碼信號）來傳遞信號的。如果把這種方式應(yīng)用在汽車電氣系統(tǒng)上，就可以大大簡化目前的汽車電路?？梢酝ㄟ^不同的編碼信號來表示不同的開關(guān)動作信號解碼后，根據(jù)指令接通或斷開對應(yīng)的用電設(shè)備（前照燈、刮水器、電動座椅等）。這樣，就能將過去一線一用的專線制改為一線多用制，大大減少了汽車上電線的數(shù)目，縮小了線束的直徑。當然，數(shù)據(jù)總線還將使計算機技術(shù)融入整個汽車系統(tǒng)之中，加速汽車智能化的發(fā)展?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

如果系統(tǒng)可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，則這樣的數(shù)據(jù)總線就稱之為雙向數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線實際是一條導線，或許是兩條導線。兩線式的其中一條導線不是用作額外的通道。它的作用有點像公路的路肩，上面立有交通標志和信號燈。一旦數(shù)據(jù)通道出了故障，這“路肩”在有些數(shù)據(jù)總線中被用來承載“交通”，或者令數(shù)據(jù)換向通過一條或兩條數(shù)據(jù)總線中未發(fā)出故障的部分。為了抗電子干擾，雙線制數(shù)據(jù)總線的兩條線是絞在一起的。各汽車制造商一直在設(shè)計各自的數(shù)據(jù)總線，如果不兼容，就稱為專用數(shù)據(jù)總線。如果是按照某種國際標準設(shè)計的，就是非專用的。為使不同廠家生產(chǎn)的零部件能在同一輛汽車上協(xié)調(diào)工作，必須制定標準。按照IS0有關(guān)標準，CAN的拓撲結(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線（CAN-BUS）?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（六）模塊/節(jié)點模塊是一種電子裝置，在計算機多路傳輸系統(tǒng)中的控制單元模塊被稱為節(jié)點。一般來說，普通傳感器是不能作為多路傳輸系統(tǒng)的節(jié)點的，如果傳感器要想成為一個模塊布點，則該傳感器必須具備支持多路傳輸功能的電控單元，如大眾車系的轉(zhuǎn)角傳感器。（七）鏈路（傳輸媒體）鏈路指網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)拿襟w，分為無線和有線兩種類型，目前車上使用的大多數(shù)都是有線網(wǎng)絡(luò)，通常用于局域網(wǎng)的傳輸媒體有：光纖、同軸電纜和雙絞線。活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1、雙絞線雙絞線是局域網(wǎng)中最普通的傳輸媒體，如圖14-7所示，一般用于低速傳輸，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達幾Mbit/s；雙絞線成本較低，傳輸距離較近，非常適合汽車網(wǎng)絡(luò)的情況，也是汽車網(wǎng)絡(luò)使用最多的傳輸媒體。2、同軸電纜同軸電纜可以滿足較高性能的要求，與雙絞線相比，它可以提供較高的吞吐量，連接較多的設(shè)備，跨越更大的距離。如圖14-8所示：圖14-7雙絞線活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖14-8同軸電纜

3、光纖光纖在電磁兼容性等方面有獨特的優(yōu)點，而且數(shù)據(jù)傳輸速度比較高，傳輸距離遠，在汽車網(wǎng)絡(luò)上，尤其在一些要求傳輸速度高的車上網(wǎng)絡(luò)（如車上信息與多媒體網(wǎng)絡(luò)）上有很好的應(yīng)用前景。（1）光纖作為通信介質(zhì)的優(yōu)點光纖在多路傳輸系統(tǒng)應(yīng)用方面的主要優(yōu)點是：頻帶寬度較大和多路、尺寸小、質(zhì)量輕；信號功率損失小、通過效率大、與頻率的關(guān)系減弱；超高絕緣、不存在短路和接地問題；耐腐蝕、靈敏度高；能夠雙向傳輸信息、抗干擾性高（特別是對汽車車上電路的脈沖干擾）光纖允許有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和較高的信噪比比-帶寬積，可適用于發(fā)動機實時控制、車輛狀態(tài)監(jiān)測和通/斷負載的開關(guān)控制等要求。因此，光纖多路傳輸系統(tǒng)是汽車多路傳輸系統(tǒng)的發(fā)展方向，是汽車線束的發(fā)展方向?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（2）光纖多路傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成光纖多路傳輸系統(tǒng)主要由控制信號、光發(fā)射功能模塊、光接收功能模塊、三根總線電源線、系統(tǒng)地線、光纖信號、終端用電設(shè)備或執(zhí)行器等組成。（3）光纖傳送信息的方法光纖傳送信息的方法有3種方式：時分復用、波分復用、頻分復用。（4）光纖與CAN網(wǎng)盡管CAN協(xié)議本身也支持光纖介質(zhì)通信，但由CAN網(wǎng)是總線型，而光纖的信號傳輸是單向的，最適用的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是環(huán)型,同時，CAN網(wǎng)MAC層的總線仲裁是具有優(yōu)先級的非破壞性的CMSA,常用的環(huán)網(wǎng)MAC層仲裁技術(shù)是令牌傳遞。這其中主要問題是選用何種光纖耦合器、光收發(fā)器和光源，確定以何種網(wǎng)絡(luò)拓撲來構(gòu)成CAN總線，以保證光路的暢通、靈敏，并完全利用CAN硬件標準的優(yōu)點?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（八）幀為了可靠地傳輸數(shù)據(jù)，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一定長度的數(shù)據(jù)單元，這就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯卧Q其為幀。一幀內(nèi)應(yīng)包括同步信號（例如幀的開始與終止）、錯誤控制（各類檢錯碼或糾錯碼，大多數(shù)采用檢錯重發(fā)的控制方式）、流量控制（協(xié)調(diào)發(fā)送方與協(xié)調(diào)方的速率）、控制信息、數(shù)據(jù)信息、尋址（在信道共享的情況下，保證每一幀都能正確地到達目的站，收方也能知道信息來自何站）等。幀類型有以下四種：

1、數(shù)據(jù)幀:數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳送到接收器。

2、遠程幀:總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀。

3、錯誤幀:任何節(jié)點檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。

4、超載幀:超載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀(或遠程幀)之間提供一附加的延時?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（九）傳輸協(xié)議傳輸協(xié)議也稱通信協(xié)議，是控制通信實體間有效完成信息交換的一組約定和規(guī)則。換句話說，要想交流成功，通信雙方必須“說同樣的語言”（如相同的語法規(guī)則和語速等）。協(xié)議的三要素為：

1、語法：確定通信雙方之間“如何講”，即通信信息幀的格式。

2、語義：確定通信雙方之間“講什么”，即通信信息幀的數(shù)據(jù)和控制信息。

3、定時規(guī)則：確定事件傳輸?shù)捻樞蛞约八俣绕ヅ?。（十）傳輸仲裁當出現(xiàn)數(shù)個使用者同時申請利用總線發(fā)送信息時，會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突，好比同時有兩個或者多個人想要過獨木橋一樣，傳輸仲裁就是為了避免數(shù)據(jù)傳輸沖突，保證信息按其重要程度來發(fā)送。（十一）網(wǎng)關(guān)一種有特殊功能的計算機在車上有很多總線和網(wǎng)絡(luò)的情況下，能達到信息的共享而不產(chǎn)生協(xié)議間的沖突，實現(xiàn)無差錯的數(shù)據(jù)傳遞?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

網(wǎng)關(guān)也是一種節(jié)點，只不過同時屬于遵循不同協(xié)議規(guī)范的多個網(wǎng)段。汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)主要有兩種網(wǎng)關(guān)，一種是在高、低速CAN之間的網(wǎng)關(guān)，如圖14-9所示，主要由一片嵌有兩個CAN模塊的微控制器和兩類收發(fā)器構(gòu)成。另一種是CAN和LIN之間的網(wǎng)關(guān)。至于CAN-LIN網(wǎng)關(guān)，因為LIN是用串口和LIN收發(fā)器進行通信的，所以用一片嵌有CAN模塊及SCI串口的微控制器和兩種收發(fā)器便能實現(xiàn)，把圖14-9中的“診斷”模塊換成LIN的收發(fā)器就可以了。

圖14-9在高、低速CAN之間的網(wǎng)關(guān)活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

四、數(shù)據(jù)總線新技術(shù)-藍牙技術(shù)（一）藍牙技術(shù)的產(chǎn)生藍牙（Bluetooth）是由五家世界著名的大公司―愛立信（Ericsson）、諾基亞（Nokia）、東芝（Toshiba）、國際商用機器公司（IBM）和英特爾（Intel）聯(lián)合宣布的一項技術(shù)，可以使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、相互操作的性能。汽車系統(tǒng)和藍牙技術(shù)相結(jié)合，將會給汽車的生產(chǎn)和服務(wù)帶來更大的方便，如果進一步和移動電話甚至Internet連接起來，車主在任何時間任何地點都可以了解汽車的狀況并給予必要的控制。但要在汽車內(nèi)實現(xiàn)藍牙技術(shù)，還需要使藍牙技術(shù)和CAN技術(shù)相配合?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（二）藍牙技術(shù)的特點新一代的汽車將包含更多的通過兩個或更多的網(wǎng)絡(luò)連接起來的微處理器，其優(yōu)點是汽車參數(shù)可以通過軟件個別定制，并且汽車具有更大程度上的自診斷功能。這些生產(chǎn)工具在很大程度上是基于PC技術(shù)，汽車系統(tǒng)和生產(chǎn)工具間的連接是通過電纜、CAN總線或網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)。最廉價的方法是通過電纜直接使CAN總線和PC相連，但電纜必須很短，根據(jù)CAN的標準在1Mb/s應(yīng)小于3Ocm在實際應(yīng)用中可以再長一點，但從使用方便來說還是不夠長。在新的設(shè)計中，也使用CAN用USB（通信串行總線）網(wǎng)關(guān)。同時，因藍牙技術(shù)可在汽車系統(tǒng)和生產(chǎn)工具間建立無線通信，所以有很大優(yōu)勢?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

可以看出，藍牙技術(shù)的優(yōu)點是無線連接，不僅可用在汽車和生產(chǎn)工具之間，也可用在汽車和車主喜好的服務(wù)工具之間，缺點是反應(yīng)時間慢和安全性差。藍牙技術(shù)是為任何實體間建立開放連接而開發(fā)的，但對汽車系統(tǒng)來說大部分情況下是專一連接。（三）藍牙技術(shù)在汽車上的應(yīng)用藍牙技術(shù)在汽車上服務(wù)的場合如下：

1、當汽車進入服務(wù)站時，它的藍牙站和服務(wù)站主計算機建立連接，它和汽車計算機通過蜂窩電話系統(tǒng)交換信息。

2、服務(wù)人員在其PC上獲得必要的工作指示，當給汽車服務(wù)時，他可通過PC控制和調(diào)節(jié)一些功能，如燈、窗戶、空氣、發(fā)動機參數(shù)等，也可為任何電子控制單元下載最新版本的軟件。

3、服務(wù)站主計算機提醒服務(wù)人員分配任務(wù)，同時PC和汽車建立連接，并下載一些需要的信息?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（四）汽車中的藍牙網(wǎng)在汽車里，每個門、前座和操縱輪都有靈活電纜，而這些靈活的電纜常常會出現(xiàn)問題。這里可以在小范圍內(nèi)采用無線電纜延伸器，但在CAN網(wǎng)絡(luò)中，小范圍內(nèi)實現(xiàn)可靠的位一位無線連接很困難。因此，電纜延伸器應(yīng)是網(wǎng)橋而不是轉(zhuǎn)發(fā)器。電纜延伸器把CAN網(wǎng)分為兩個網(wǎng)，其中一個網(wǎng)絡(luò)將僅由一個節(jié)點組成，這就解決了高復雜性和高費用的問題。（五）發(fā)展前景在汽車工業(yè)中把藍牙技術(shù)用做CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，將使汽車具有更高的無線接口能力，從而具有更廣闊的市場前景。為得到這個市場，必須在汽車中存儲專用的藍牙MAC層,并能通過CPU的指令在它與用戶定制的MAC間切換。如果進一步，藍牙芯片與用戶定制MAC相結(jié)合，將藍牙單元安置在需要靈活電纜的地方：而不是僅僅與上面提到的藍牙CAN網(wǎng)關(guān)通信，市場潛力會更大?；顒右卉囕d網(wǎng)絡(luò)概述

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)活動一車載網(wǎng)絡(luò)概述課后練習：

1、通過學習本活動內(nèi)容，簡述車載網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展歷史。

2、通過課外閱讀等方式，進一步車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用實例。

CAN總線是當前車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所使用的主體類型，該總線結(jié)構(gòu)具有成本低、響應(yīng)快、可靠性高、抗高溫和高噪音等優(yōu)點。本活動從CAN總線系統(tǒng)的特點、組成和控制出發(fā)，簡要介紹了該系統(tǒng)的工作原理和過程，并通過大眾POLO車型的實例介紹，進一步強化對CAN總線原理的分析。將CAN總線應(yīng)用在汽車中使用有很多優(yōu)點：

1、用低成本的雙絞線電纜代替了車身內(nèi)昂貴的導線，并大幅度減少了用線數(shù)量；提高可靠性,安全性、降低成本。

2、具有快速響應(yīng)時間和高可靠性，并適合對實時性要求較高的應(yīng)用如剎車裝置和氣囊；控制平臺、信息平臺、駕駛平臺的互連基礎(chǔ)。

3、CAN芯片可以抗高溫和高噪聲，并且具有較低的價格，開放的工業(yè)標準。故在現(xiàn)代轎車的設(shè)計中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置例如奔馳、寶馬、大眾、奧迪、通用、豐田、本田、日產(chǎn)、三菱、馬自達、雪鐵龍、保時捷、美洲豹等。CAN的組成及控制方式如下所述?；顒佣﨏AN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

一、CAN總線的特點、組成及控制（一）CAN總線的特點

CAN總線是一種多主總線，通信速率可達1Mbps。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等工作。1、CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。2、CAN總線為多主站總線，各節(jié)點可在任意時刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通信靈活。3、CAN總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，可滿足實時性要求。

4、CAN總線具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能。

活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

5、CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，并有CRC及其他校驗措施，數(shù)據(jù)出錯率極低。

6、CAN總線上某一節(jié)點出現(xiàn)嚴重錯誤時，可自動脫離總線，而總線上的其他操作不受影響。7、CAN總線系統(tǒng)擴充時，可直接將新節(jié)點掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)擴充容易，改型靈活。8、CAN總線最大傳輸速率可達1Mb/s（此時通信距離最長為40m），直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）。

9、CAN總線上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路。在標準幀（11位報文標識符）可達110個，而在擴展幀（29位報文標識符）其個數(shù)幾乎不受限制。

活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（二）CAN總線的組成CAN數(shù)據(jù)總線由一個控制器，一個收發(fā)器，兩個數(shù)據(jù)傳輸終端以及兩條數(shù)據(jù)線組成。除數(shù)據(jù)傳輸線外，其他元件都置于控制單元內(nèi)部。控制單元功能不變。（如圖14-10）1、CAN控制器CAN控制器是用來接收控制單元中微電腦傳來的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行處理并將其傳往CAN收發(fā)器。同樣CAN控制器也接收CAN收發(fā)器傳來的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行處理并將其傳往控制單元中的微電腦。圖14-10CAN數(shù)據(jù)總線的組成活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2、CAN收發(fā)器

CAN收發(fā)器將CAN控制器傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線。它也為CAN控制器接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

3、數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端是一個電阻器，其作用是防止數(shù)據(jù)在線端被反射，并以回聲的形式返回。數(shù)據(jù)在線端被反射會影響數(shù)據(jù)的傳輸。

4、數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸線（亦稱BUS線）是雙向?qū)?shù)據(jù)進行傳輸?shù)?。兩條傳輸線分別被稱為CAN（H）和CAN(L)。為了防止外界電磁波的干擾和向外輻射，CAN總線將兩條線纏繞在一起。

活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

圖14-11數(shù)據(jù)傳輸線這兩條線的電位相反，如果一條是5V，另一條就是0V，始終保持電壓總和為一常數(shù)。通過這種方法，CAN數(shù)據(jù)總線得到了保護，使其免受外界的電磁場干擾。如圖14-11所示。5、數(shù)據(jù)傳遞過程（如圖14-12）活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖14-12數(shù)據(jù)傳遞過程

（1）提供數(shù)據(jù)：控制單元向CAN控制器提供數(shù)據(jù)用于傳輸。（2）發(fā)送數(shù)據(jù)：CAN收發(fā)器從CAN控制器處接收信號，并將其轉(zhuǎn)化為二進制電信號發(fā)送出去。（3）接收數(shù)據(jù)：CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所有的控制單元的收發(fā)器都接收數(shù)據(jù)。（4）檢驗數(shù)據(jù)：控制單元對接收到的數(shù)據(jù)進行檢測，看此數(shù)據(jù)是否是其功能所需。（5）認可數(shù)據(jù)：如果接收到的數(shù)據(jù)是有用的，將被認可及處理，反之則忽略掉。活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（三）控制方式汽車上有很多的電控單元，例如電控燃油噴射系統(tǒng)、電控傳動系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、防滑控制系統(tǒng)（ASR）、廢氣再循環(huán)控制、巡航系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等。為了滿足各子系統(tǒng)的實時性要求，有必要對汽車公共數(shù)據(jù)實行共享，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、油門踏板位置等。但每個控制單元對實時性的要求是因數(shù)據(jù)的更新速率和控制周期不同而不同的。這就要求其數(shù)據(jù)交換網(wǎng)是基于優(yōu)先競爭的模式，且本身具有較高的通信速率，CAN總線可滿足這些要求。汽車的一些基本狀態(tài)信息（如發(fā)動機轉(zhuǎn)速，車輪轉(zhuǎn)速，冷卻液溫度等）是大部分控制單元必須獲取的數(shù)據(jù)，控制單元采用廣播發(fā)送式向總線發(fā)送。如果在同一時刻所有控制單元都向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，將發(fā)生總線數(shù)據(jù)沖突，此時，CAN總線協(xié)議提出用標識符識別數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)的總線仲裁?；顒佣﨏AN總線系統(tǒng)

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（四）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制單元以帕薩特領(lǐng)馭轎車為例，介紹其電控系統(tǒng)中以CAN總線傳遞數(shù)據(jù)的控制單元。各個控制單元如下：（1）ABS控制單元J104；（2）發(fā)動機控制單元J220；（3）多功能轉(zhuǎn)向盤控制單元J453；（4）自診斷接口T16；（5）組合儀表控制單元J285；（6）駕駛員側(cè)車門控制單元J386；（7）舒適電子系統(tǒng)控制單元J393；（8）帶記憶的駕駛員座椅調(diào)整控制單元J136；（9）左后車門控制單元J388；活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（10）前照燈調(diào)節(jié)控制單元J431；（11）安全氣囊控制單元J234；（12）自動變速器控制單元J217；（13）右前車門控制單元J387；（14）收音機和導航系統(tǒng)控制單元J5O3；（15）自動空調(diào)控制單元J255；（16）右后車門控制單元J389；（17）功率放大器R12。上述控制單元主要可分為動力系統(tǒng)和舒適系統(tǒng)兩大系統(tǒng)?；顒佣﨏AN總線系統(tǒng)

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1、動力系統(tǒng)CAN總線（如圖14-13所示）圖14-13動力系統(tǒng)CAN總線活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

屬于動力系統(tǒng)的控制單元有：ABS、發(fā)動機、多功能轉(zhuǎn)向盤、自動變速器和安全氣囊控制單元。數(shù)據(jù)總線以5000Kbps速率傳遞數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元以7-20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。在動力傳動系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)盡可能快速，以便及時利用數(shù)據(jù)，所以需要一個高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會加快點火系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，這樣使接收到的數(shù)據(jù)立即應(yīng)用到下一個點火脈沖中去。CAN數(shù)據(jù)總線連接點通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點也可能設(shè)在發(fā)動機電控單元內(nèi)部。優(yōu)先級順序為：

ABS電控單元→發(fā)動機電控單元→自動變速器電控單元。注意：其數(shù)據(jù)不能進行單線控制。活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2、舒適系統(tǒng)CAN總線（構(gòu)成如圖14-14所示）圖14-14舒適系統(tǒng)CAN總線構(gòu)成活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（一）POLO的總線結(jié)構(gòu)（如圖14-15）在此車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，以控制單元為核心部件，它位于駕駛員側(cè)儀表板飾件后。它承擔以前一直由單獨的斷電器和控制單元所執(zhí)行的功能。主要功能如下：負荷控制；轉(zhuǎn)向信號燈控制；燃油系統(tǒng)供給控制；后窗刮水器控制；前窗刮水器控制；后視鏡控制；后窗加熱控制；后座椅靠背控制；車內(nèi)燈控制；報警燈控制；編碼。圖14-15POLO轎車CAN總線的連接活動二CAN總線系統(tǒng)

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1、負荷控制在行駛中如座椅加熱裝置、后窗加熱裝置、外后視鏡加熱和電子輔助