汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課件_第1章_緒論

1、汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)沈陽大學(xué)沈陽大學(xué) 凌永成凌永成 配配 套套 教教 材材 信信 息息教材名稱：汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教材名稱：汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教材主編：凌永成教材主編：凌永成教材定價：教材定價：35RMB出版社：清華大學(xué)出版社出版社：清華大學(xué)出版社出版時間：出版時間：2012年年3月月國際標(biāo)準(zhǔn)書號（國際標(biāo)準(zhǔn)書號（ISBN ）：）： 978-7-302-28149-8 教材所屬系列：教材所屬系列： 普通高等院校汽車工程類規(guī)劃教材普通高等院校汽車工程類規(guī)劃教材 第第1章章 緒論緒論1.1 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展1.1.1 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷程汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷程 汽車電子技術(shù)在經(jīng)歷了零部

2、件層次的汽車電器時代、子汽車電子技術(shù)在經(jīng)歷了零部件層次的汽車電器時代、子系統(tǒng)層次的單片機(jī)（汽車電腦）控制時代之后，已經(jīng)開始進(jìn)系統(tǒng)層次的單片機(jī)（汽車電腦）控制時代之后，已經(jīng)開始進(jìn)入汽車網(wǎng)絡(luò)化時代，并向汽車信息化時代邁進(jìn)。入汽車網(wǎng)絡(luò)化時代，并向汽車信息化時代邁進(jìn)。 按照電子產(chǎn)品和電子控制系統(tǒng)的技術(shù)特點，可將汽車電按照電子產(chǎn)品和電子控制系統(tǒng)的技術(shù)特點，可將汽車電子技術(shù)的發(fā)展粗略劃分為四個階段。子技術(shù)的發(fā)展粗略劃分為四個階段。1.第一階段第一階段零部件層次的汽車電器時代零部件層次的汽車電器時代 19651980年屬于零部件層次的汽車電器時代。汽車發(fā)年屬于零部件層次的汽車電器時代。汽車發(fā)電機(jī)晶體管電壓調(diào)

3、節(jié)器和晶體管點火裝置等開始裝備汽車，電機(jī)晶體管電壓調(diào)節(jié)器和晶體管點火裝置等開始裝備汽車，而且電子控制裝置又逐步實現(xiàn)了由分立元件向集成化的過渡。而且電子控制裝置又逐步實現(xiàn)了由分立元件向集成化的過渡。 這一階段，裝備汽車的其這一階段，裝備汽車的其他電子裝置還有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子他電子裝置還有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子式閃光器、電子控制式喇叭、式閃光器、電子控制式喇叭、電子式間歇刮水控制器、數(shù)字電子式間歇刮水控制器、數(shù)字時鐘及高能點火（時鐘及高能點火（HEI）線圈）線圈和集成電路點火系統(tǒng)等。和集成電路點火系統(tǒng)等。2.第二階段第二階段子系統(tǒng)層次的汽車電腦控制時代子系統(tǒng)層次的汽車電腦控制時代 19801995年屬于子系統(tǒng)層

4、次的汽車單片機(jī)（汽車電腦）年屬于子系統(tǒng)層次的汽車單片機(jī)（汽車電腦）控制時代。在這一時期，單片機(jī)（微處理器）在汽車上得到廣控制時代。在這一時期，單片機(jī)（微處理器）在汽車上得到廣泛應(yīng)用，以單片機(jī)為控制核心，以實現(xiàn)特定控制內(nèi)容或功能為泛應(yīng)用，以單片機(jī)為控制核心，以實現(xiàn)特定控制內(nèi)容或功能為基本目的的各種電子控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展?；灸康牡母鞣N電子控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。 圖圖1-4 電子點火系統(tǒng)組成示意圖電子點火系統(tǒng)組成示意圖 進(jìn)入進(jìn)入20世紀(jì)世紀(jì)90年代，出現(xiàn)全面、綜合的電子控制系統(tǒng)。年代，出現(xiàn)全面、綜合的電子控制系統(tǒng)。 電子控制技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，不僅拓展了電子控電子控制技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)

5、用，不僅拓展了電子控制的功能和控制內(nèi)容，提高了控制精度和汽車性能，而且也制的功能和控制內(nèi)容，提高了控制精度和汽車性能，而且也為汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。為汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。3.第三階段第三階段整車聯(lián)網(wǎng)層次的汽車網(wǎng)絡(luò)化時代整車聯(lián)網(wǎng)層次的汽車網(wǎng)絡(luò)化時代 19952010年屬于整車聯(lián)網(wǎng)層次的汽車網(wǎng)絡(luò)化時代。采用年屬于整車聯(lián)網(wǎng)層次的汽車網(wǎng)絡(luò)化時代。采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)和車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，形成了車上的分布式、網(wǎng)先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)和車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，形成了車上的分布式、網(wǎng)絡(luò)化的電子控制系統(tǒng)。整車電氣系統(tǒng)被連成一個多絡(luò)化的電子控制系統(tǒng)。整車電氣系統(tǒng)被連成一個多ECU、多、多節(jié)點的有機(jī)的整體

6、，使得其性能也更加完善。節(jié)點的有機(jī)的整體，使得其性能也更加完善。 目前，世界主要汽車制造商生產(chǎn)的的多數(shù)汽車上均采用目前，世界主要汽車制造商生產(chǎn)的的多數(shù)汽車上均采用了以了以CAN、LIN、MOST、DDB等為代表的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，等為代表的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，將車輛控制系統(tǒng)簡化為節(jié)點模塊化。將車輛控制系統(tǒng)簡化為節(jié)點模塊化。 在基于現(xiàn)場總線的分布式控制中，任何傳統(tǒng)意義上的傳在基于現(xiàn)場總線的分布式控制中，任何傳統(tǒng)意義上的傳感器和執(zhí)行器都可以與同一現(xiàn)場的節(jié)點相組合，構(gòu)成節(jié)點模感器和執(zhí)行器都可以與同一現(xiàn)場的節(jié)點相組合，構(gòu)成節(jié)點模塊，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化了汽車的控制系統(tǒng)，極大地提塊，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化了汽車

7、的控制系統(tǒng)，極大地提升了汽車的整體控制水平。升了汽車的整體控制水平。圖圖1-6 BMW E60的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 圖圖1-7 AUDI A4的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)4.第四階段第四階段以以Telematics技術(shù)為代表的汽車信息化時代技術(shù)為代表的汽車信息化時代 以國際以國際Telematics產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ITIF）正式成立為標(biāo)志，）正式成立為標(biāo)志，2010年成為汽車信息化時代的發(fā)軔之年。年成為汽車信息化時代的發(fā)軔之年。 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的重要組成部分，也汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的重要組成部分，也是現(xiàn)代汽車通信與控制的基礎(chǔ)。伴隨著汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨是現(xiàn)代

8、汽車通信與控制的基礎(chǔ)。伴隨著汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨成熟，汽車電子技術(shù)開始向信息化時代邁進(jìn)。成熟，汽車電子技術(shù)開始向信息化時代邁進(jìn)。 網(wǎng)絡(luò)化時代的汽車電網(wǎng)絡(luò)化時代的汽車電子技術(shù)注重解決汽車內(nèi)部子技術(shù)注重解決汽車內(nèi)部各個系統(tǒng)之間的信息交換各個系統(tǒng)之間的信息交換問題，而信息化時代的汽問題，而信息化時代的汽車電子技術(shù)則可以實現(xiàn)車車電子技術(shù)則可以實現(xiàn)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與車外網(wǎng)絡(luò)之間的內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與車外網(wǎng)絡(luò)之間的信息交換，全面解決人信息交換，全面解決人車車外部環(huán)境之間的信息外部環(huán)境之間的信息交流問題。交流問題。圖圖1-9 全面實現(xiàn)人全面實現(xiàn)人車車外部環(huán)境之間的信息交流外部環(huán)境之間的信息交流1.1.2 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢汽

9、車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢Telematics 汽車技術(shù)的發(fā)展腳步遠(yuǎn)未停止，在主要以動力傳動、車身汽車技術(shù)的發(fā)展腳步遠(yuǎn)未停止，在主要以動力傳動、車身控制、行駛安全性、多媒體傳輸為主要控制目標(biāo)的汽車網(wǎng)絡(luò)技控制、行駛安全性、多媒體傳輸為主要控制目標(biāo)的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步完善、日趨成熟的同時，又開始向汽車信息化時代邁進(jìn)。術(shù)逐步完善、日趨成熟的同時，又開始向汽車信息化時代邁進(jìn)?？梢灶A(yù)見，在不遠(yuǎn)的未來，汽車將進(jìn)入以可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的未來，汽車將進(jìn)入以Telematics技術(shù)為技術(shù)為代表的信息化時代（圖代表的信息化時代（圖1-10）。）。圖圖1-10 汽車將進(jìn)入信息化時代（由動力傳動、車身控制、汽車將進(jìn)入信息化時代

10、（由動力傳動、車身控制、行駛安全性、多媒體傳輸?shù)叫旭偘踩?、多媒體傳輸?shù)絋elematics）1.Telematics簡介簡介 Telematics是遠(yuǎn)程通信技術(shù)（是遠(yuǎn)程通信技術(shù)（Telecommunications）與信息科學(xué)技術(shù)（與信息科學(xué)技術(shù)（Informatics）的合成詞，意指通過內(nèi)置在）的合成詞，意指通過內(nèi)置在汽車、航空器、船舶、火車等運輸工具上的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，汽車、航空器、船舶、火車等運輸工具上的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，借助無線通信技術(shù)、借助無線通信技術(shù)、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)文字、圖像、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)文字、圖像、語音信息交換的綜合信息服務(wù)系統(tǒng)。語音信息交換的綜合信息服務(wù)系統(tǒng)。

11、也就是說，也就是說，Telematics技術(shù)整合了汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（也包括技術(shù)整合了汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（也包括其他移動運輸工具內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）、無線通信技術(shù)、其他移動運輸工具內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）、無線通信技術(shù)、GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）衛(wèi)星導(dǎo)航技，全球定位系統(tǒng)）衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)，隨時給行車中的人們提供駕駛、生活、娛術(shù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)，隨時給行車中的人們提供駕駛、生活、娛樂所必需的各種信息。樂所必需的各種信息。 通常所說的通常所說的Telematics就是指應(yīng)用無線通信技術(shù)的車載就是指應(yīng)用無線通信技術(shù)的車載電腦系統(tǒng)。電腦系統(tǒng)。Telematics是無線通

12、信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、網(wǎng)是無線通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和車載電腦的綜合產(chǎn)物，被認(rèn)為是未來的汽車網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信技術(shù)和車載電腦的綜合產(chǎn)物，被認(rèn)為是未來的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢。技術(shù)的發(fā)展趨勢。圖圖1-11 Telematics信息交換過程示意圖信息交換過程示意圖2.Telematics的功能的功能 Telematics特點在于大部分的應(yīng)用系統(tǒng)位于網(wǎng)絡(luò)上（如特點在于大部分的應(yīng)用系統(tǒng)位于網(wǎng)絡(luò)上（如通訊網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星與廣播等）而非汽車內(nèi)。駕駛者可運用無線通訊網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星與廣播等）而非汽車內(nèi)。駕駛者可運用無線傳輸?shù)姆绞?，連結(jié)網(wǎng)絡(luò)傳輸與接收信息與服務(wù)，以及下載應(yīng)傳輸?shù)姆绞?，連結(jié)網(wǎng)絡(luò)傳輸與接收信息與服務(wù)，以

13、及下載應(yīng)用系統(tǒng)或更新軟件等，所耗的成本較低，主要功能仍以行車用系統(tǒng)或更新軟件等，所耗的成本較低，主要功能仍以行車安全與車輛保全為主，主要功能如圖安全與車輛保全為主，主要功能如圖1-12所示。所示。圖圖1-12 Telematics的主要功能的主要功能衛(wèi)星定位導(dǎo)航。衛(wèi)星定位導(dǎo)航。 通過通過GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（圖全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（圖1-13） ，結(jié)合行車路，結(jié)合行車路線，作電子地圖與語音導(dǎo)航相結(jié)合的路況報導(dǎo)、路線指引線，作電子地圖與語音導(dǎo)航相結(jié)合的路況報導(dǎo)、路線指引（圖（圖1-14） ，并能提前預(yù)報前方路口的車速限制及交通違法，并能提前預(yù)報前方路口的車速限制及交通違法攝像頭的安裝情況，以確保安

14、全行車。攝像頭的安裝情況，以確保安全行車。圖圖1-13 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 圖圖1-14 電子地圖與語音導(dǎo)航電子地圖與語音導(dǎo)航 道路救援。道路救援。 行車過程中，如果發(fā)生行車過程中，如果發(fā)生車禍或車輛出現(xiàn)故障，駕駛車禍或車輛出現(xiàn)故障，駕駛員可通過員可通過Telematics系統(tǒng)的系統(tǒng)的緊急呼叫按鍵，自動聯(lián)系緊緊急呼叫按鍵，自動聯(lián)系緊急服務(wù)機(jī)構(gòu)（急服務(wù)機(jī)構(gòu)（119、120等急等急救機(jī)構(gòu)）或汽車服務(wù)站，以救機(jī)構(gòu)）或汽車服務(wù)站，以獲得道路救援。獲得道路救援。圖圖1-15 緊急呼叫按鍵緊急呼叫按鍵1-左側(cè)免提話筒；左側(cè)免提話筒；2-活動天窗按鍵；活動天窗按鍵；3-緊急呼叫按鍵；緊急

15、呼叫按鍵；4-右側(cè)免提話筒右側(cè)免提話筒汽車防盜及搜尋。汽車防盜及搜尋。 通過通過GPS衛(wèi)星定位技術(shù)確定失竊車輛的位置和行車路線，衛(wèi)星定位技術(shù)確定失竊車輛的位置和行車路線，以便搜尋與追蹤，追繳車輛并緝拿盜車賊。以便搜尋與追蹤，追繳車輛并緝拿盜車賊。車輛調(diào)度管理。車輛調(diào)度管理。 通過無線信息傳輸，實現(xiàn)運營車輛的調(diào)度管理。通過無線信息傳輸，實現(xiàn)運營車輛的調(diào)度管理。圖圖1-16 運營車輛的調(diào)度管理運營車輛的調(diào)度管理自動防撞系統(tǒng)。自動防撞系統(tǒng)。 通過測距傳通過測距傳感器或雷達(dá)，監(jiān)感器或雷達(dá)，監(jiān)測前、后車輛之測前、后車輛之間的車距，自動間的車距，自動調(diào)用車載自適應(yīng)調(diào)用車載自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，使前、巡航系統(tǒng)，使

16、前、后車輛之間保持后車輛之間保持必要的安全距離。必要的安全距離。圖圖1-17 自適應(yīng)巡航系統(tǒng)監(jiān)測前、后車輛之間的車距自適應(yīng)巡航系統(tǒng)監(jiān)測前、后車輛之間的車距車況掌握。車況掌握。 車輛性能與車況的自動監(jiān)測、傳輸，進(jìn)行多地、遠(yuǎn)程車輛性能與車況的自動監(jiān)測、傳輸，進(jìn)行多地、遠(yuǎn)程 “專家會診專家會診”，指導(dǎo)車輛維修等。，指導(dǎo)車輛維修等。個人化信息接收與發(fā)布。收發(fā)電子郵件與個人化信息等。個人化信息接收與發(fā)布。收發(fā)電子郵件與個人化信息等。 多媒體影音娛樂信息接收。多媒體影音娛樂信息接收。 高畫質(zhì)與高音質(zhì)的視聽設(shè)備、游戲機(jī)、上網(wǎng)機(jī)、個人行高畫質(zhì)與高音質(zhì)的視聽設(shè)備、游戲機(jī)、上網(wǎng)機(jī)、個人行動信息中心、隨選視頻資訊等

17、（圖動信息中心、隨選視頻資訊等（圖1-18）。）。車輛應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)。車輛應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)。 當(dāng)行駛中的車輛遇到緊急情況是，可以借助當(dāng)行駛中的車輛遇到緊急情況是，可以借助Telematics系統(tǒng)向外界系統(tǒng)向外界（其他車輛或道路交通管理部門）發(fā)出應(yīng)急申請，亦可接收來自道路交通（其他車輛或道路交通管理部門）發(fā)出應(yīng)急申請，亦可接收來自道路交通管理部門發(fā)布的緊急情況警告及應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，確保行車安全和道路暢通。管理部門發(fā)布的緊急情況警告及應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，確保行車安全和道路暢通。圖圖1-18 后座多媒體影音娛樂系統(tǒng)后座多媒體影音娛樂系統(tǒng)3.Telematics系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 Telematics系統(tǒng)

18、在汽車上的布置（圖系統(tǒng)在汽車上的布置（圖1-19）可分為前座）可分為前座系統(tǒng)、后座系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)系統(tǒng)三大子系統(tǒng)。系統(tǒng)、后座系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)系統(tǒng)三大子系統(tǒng)。圖圖1-19 Telematics系統(tǒng)在汽車上的布置系統(tǒng)在汽車上的布置 前座系統(tǒng)主要以行車安全、車輛保全、駕駛方便性與舒前座系統(tǒng)主要以行車安全、車輛保全、駕駛方便性與舒適性為主要目標(biāo)。適性為主要目標(biāo)。 為了避免造成駕駛者分神，前座系統(tǒng)的信息輸入方式主為了避免造成駕駛者分神，前座系統(tǒng)的信息輸入方式主要采用語音輸入或觸摸屏（觸控面板）；信息輸出方式則為要采用語音輸入或觸摸屏（觸控面板）；信息輸出方式則為中尺寸面板（中尺寸面板（LCD或或OLED）、語音

19、輸出或投射在汽車前擋）、語音輸出或投射在汽車前擋風(fēng)玻璃的抬頭顯示（風(fēng)玻璃的抬頭顯示（Head-Up Display, HUD。圖。圖1-20）等。）等。雪鐵龍雪鐵龍C6汽車的汽車的HUD系統(tǒng)系統(tǒng)圖圖1-20 行車信息的抬頭顯示（行車信息的抬頭顯示（HUD） 后座系統(tǒng)則以多媒體娛樂為主，包括互動式游戲、高保后座系統(tǒng)則以多媒體娛樂為主，包括互動式游戲、高保真音響視聽系統(tǒng)、隨選視頻資訊、數(shù)字廣播與數(shù)字電視等。真音響視聽系統(tǒng)、隨選視頻資訊、數(shù)字廣播與數(shù)字電視等。 發(fā)動機(jī)系統(tǒng)主要是根據(jù)汽車電腦所收集的車況信息，進(jìn)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)主要是根據(jù)汽車電腦所收集的車況信息，進(jìn)行車況診斷、行車效率最佳化、遠(yuǎn)程發(fā)動機(jī)調(diào)整或

20、零件預(yù)定行車況診斷、行車效率最佳化、遠(yuǎn)程發(fā)動機(jī)調(diào)整或零件預(yù)定等。等。 從上述分析不難看出，從上述分析不難看出，Telematics技術(shù)基于技術(shù)基于GPS全球定全球定位系統(tǒng)技術(shù)、位系統(tǒng)技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）技術(shù)、）技術(shù)、ITS智能交通系統(tǒng)（智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System）技術(shù)和無線通信技術(shù)。）技術(shù)和無線通信技術(shù)。Telematics技術(shù)的發(fā)展，體技術(shù)的發(fā)展，體現(xiàn)了一個國家的綜合科技實力，已經(jīng)成為世界各國競相研發(fā)現(xiàn)了一個國家的綜合科技實力，已經(jīng)成為世界各國競相研發(fā)的技術(shù)熱點之一。的

21、技術(shù)熱點之一。 目前，國內(nèi)在目前，國內(nèi)在Telematics技術(shù)研究領(lǐng)域起步較早且頗有技術(shù)研究領(lǐng)域起步較早且頗有進(jìn)展的是同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院。進(jìn)展的是同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院。2010年年7月，國際月，國際Telematics產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ITIF）成立大會暨）成立大會暨2010首屆國際首屆國際Telematics產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇在廣東佛山市隆重舉行，標(biāo)志著發(fā)展高峰論壇在廣東佛山市隆重舉行，標(biāo)志著Telematics研研究將進(jìn)入一個新階段。究將進(jìn)入一個新階段。1.2 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用1.2.1汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生背景汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生背景1.信息傳輸?shù)钠款i問題信息傳輸?shù)钠款i問題

22、 在汽車單片機(jī)控制時代，特在汽車單片機(jī)控制時代，特別是早期生產(chǎn)的汽車，車上只有別是早期生產(chǎn)的汽車，車上只有一個電子控制單元（一個電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU），其信息），其信息傳輸量較少，電子控制系統(tǒng)的傳傳輸量較少，電子控制系統(tǒng)的傳感器、電子控制單元和執(zhí)行器之感器、電子控制單元和執(zhí)行器之間的連接電線（線束）的數(shù)量還間的連接電線（線束）的數(shù)量還不太多，尚可接受。不太多，尚可接受。圖圖1-21 汽車內(nèi)部的電線（線束）數(shù)量汽車內(nèi)部的電線（線束）數(shù)量（裝備（裝備1個電子控制單元）個電子控制單元） 隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步和消費者需求的進(jìn)一步提高，汽車隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步

23、和消費者需求的進(jìn)一步提高，汽車上的電子控制系統(tǒng)越來越多（圖上的電子控制系統(tǒng)越來越多（圖1-22），其內(nèi)部的線束也會），其內(nèi)部的線束也會越來越復(fù)雜（圖越來越復(fù)雜（圖1-23）。）。圖圖1-22 汽車上的電子控制系統(tǒng)越來越多汽車上的電子控制系統(tǒng)越來越多 隨著汽車電子化程度逐年提高，從發(fā)動機(jī)控制到傳動系控隨著汽車電子化程度逐年提高，從發(fā)動機(jī)控制到傳動系控制，從行駛、制動、轉(zhuǎn)向系控制到安全保障系統(tǒng)及儀表報警系制，從行駛、制動、轉(zhuǎn)向系控制到安全保障系統(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，使汽車電子統(tǒng)，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽車電子系統(tǒng)形成了一個復(fù)雜的大系統(tǒng)（圖系統(tǒng)

24、形成了一個復(fù)雜的大系統(tǒng)（圖1-24）。）。 這些系統(tǒng)除需要互相通信，且信息傳輸量急劇加大。如果這些系統(tǒng)除需要互相通信，且信息傳輸量急劇加大。如果依然采用傳統(tǒng)的布線方式（圖依然采用傳統(tǒng)的布線方式（圖1-25），那么，對于復(fù)雜控制系），那么，對于復(fù)雜控制系統(tǒng)，其連接電線（線束）的數(shù)量將急劇增加，甚至難以承受。統(tǒng)，其連接電線（線束）的數(shù)量將急劇增加，甚至難以承受。圖圖1-24 復(fù)雜的、多控制單元的汽車電腦控制系統(tǒng)復(fù)雜的、多控制單元的汽車電腦控制系統(tǒng) 圖圖1-23 汽車內(nèi)部的電線（線束）數(shù)量汽車內(nèi)部的電線（線束）數(shù)量（裝備（裝備3個電子控制單元）個電子控制單元） 對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，若采用傳統(tǒng)布線方式

25、（一對一布對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，若采用傳統(tǒng)布線方式（一對一布線），將導(dǎo)致車上電線數(shù)目急劇增加，其質(zhì)量將會占到整車線），將導(dǎo)致車上電線數(shù)目急劇增加，其質(zhì)量將會占到整車質(zhì)量的質(zhì)量的4%左右。而且，數(shù)量龐大的線束、電線插接器也會降左右。而且，數(shù)量龐大的線束、電線插接器也會降低車輛電氣系統(tǒng)的可靠性，使故障率加大。低車輛電氣系統(tǒng)的可靠性，使故障率加大。 為解決這一制約汽車電子技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的信息傳輸瓶為解決這一制約汽車電子技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的信息傳輸瓶頸問題，一種新的信息傳輸技術(shù)頸問題，一種新的信息傳輸技術(shù)汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運而生。汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運而生。圖圖1-25 2個控制單元個控制單元之間傳統(tǒng)的布線方式之間傳

26、統(tǒng)的布線方式（一對一布線）（一對一布線）2.采用汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息傳輸采用汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息傳輸 就像汽車電子技術(shù)在就像汽車電子技術(shù)在20世紀(jì)世紀(jì)70年代引入集成電路、年代引入集成電路、80年年代引入單片機(jī)（微處理器）一樣，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入也是代引入單片機(jī)（微處理器）一樣，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入也是汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。 在采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)代汽車上，信息的傳輸是基于數(shù)據(jù)在采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)代汽車上，信息的傳輸是基于數(shù)據(jù)總線總線DB（Data Bus）原理進(jìn)行的。）原理進(jìn)行的。 所謂數(shù)據(jù)總線，簡單地說，就是指一種能在一條（或幾所謂數(shù)據(jù)總線，簡單地說，就是指一

27、種能在一條（或幾條）數(shù)據(jù)線上，同時（或分時）傳輸大量的按照一定規(guī)律進(jìn)條）數(shù)據(jù)線上，同時（或分時）傳輸大量的按照一定規(guī)律進(jìn)行編碼的數(shù)據(jù)（信號）的技術(shù)，其所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（信號）可行編碼的數(shù)據(jù)（信號）的技術(shù)，其所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（信號）可以被多個系統(tǒng)共享，從而最大限度地提高系統(tǒng)的信息傳輸效以被多個系統(tǒng)共享，從而最大限度地提高系統(tǒng)的信息傳輸效率，充分利用有限的資源。率，充分利用有限的資源。 作為一種優(yōu)良的信息傳輸方式，總線技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、作為一種優(yōu)良的信息傳輸方式，總線技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和日常生活中的應(yīng)用極為廣泛，隨處可見。例如，科學(xué)研究和日常生活中的應(yīng)用極為廣泛，隨處可見。例如，我們每天工作、學(xué)習(xí)中使

28、用的鍵盤與計算機(jī)主機(jī)之間的信息我們每天工作、學(xué)習(xí)中使用的鍵盤與計算機(jī)主機(jī)之間的信息傳輸，就是采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)進(jìn)行的。傳輸，就是采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)進(jìn)行的。圖圖1-26 鍵盤與計算機(jī)主機(jī)之間采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)進(jìn)行信息傳輸鍵盤與計算機(jī)主機(jī)之間采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)進(jìn)行信息傳輸 將計算機(jī)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)總線技術(shù)引入到汽車電氣系統(tǒng)中，將計算機(jī)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)總線技術(shù)引入到汽車電氣系統(tǒng)中，同樣可以在大大簡化汽車電路的同時，傳遞豐富的信息。同樣可以在大大簡化汽車電路的同時，傳遞豐富的信息。圖圖1-27 采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)在兩個控制單元之間進(jìn)行信息傳輸采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)在兩個控制單元之間進(jìn)行信息傳輸 如圖如圖1-27所示，采用數(shù)據(jù)總線

29、技術(shù)在兩個控制單元之間所示，采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)在兩個控制單元之間進(jìn)行信息傳輸，可以有效較少數(shù)據(jù)傳輸線的數(shù)量。進(jìn)行信息傳輸，可以有效較少數(shù)據(jù)傳輸線的數(shù)量。 圖圖1-28為在具有為在具有3個控制單元的系統(tǒng)中采用個控制單元的系統(tǒng)中采用CAN數(shù)據(jù)總數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息傳輸?shù)氖疽鈭D，相應(yīng)地，汽車內(nèi)部的線束連接也線進(jìn)行信息傳輸?shù)氖疽鈭D，相應(yīng)地，汽車內(nèi)部的線束連接也變得簡潔、清晰（圖變得簡潔、清晰（圖1-29），不再是一團(tuán)亂麻。），不再是一團(tuán)亂麻。圖圖1-28 在具有在具有3個控制單元的系統(tǒng)中采用個控制單元的系統(tǒng)中采用CAN數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息傳輸數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息傳輸圖圖1-29 汽車內(nèi)部的電線（線束）數(shù)量汽車內(nèi)部的

30、電線（線束）數(shù)量（裝備（裝備3個電子控制單元）個電子控制單元）下面，以寶來（下面，以寶來（BORA）汽車的駕駛員側(cè)車門控汽車的駕駛員側(cè)車門控制單元為例，進(jìn)一步說制單元為例，進(jìn)一步說明這一問題。明這一問題。 圖圖1-30 采用傳統(tǒng)的布線方式采用傳統(tǒng)的布線方式（9個線束插接器，共個線束插接器，共45根電線）根電線）圖圖1-31 采用數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息傳輸（只需采用數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息傳輸（只需2個線束插接器，個線束插接器，17根電線）根電線）3.采用汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點采用汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點減輕整車自重。減少電線用量，耗銅量下降，整車自重得減輕整車自重。減少電線用量，耗銅量下降，整車自重得以降低。同時，全

31、車線束變細(xì)，也為安裝其它新的部件預(yù)留以降低。同時，全車線束變細(xì)，也為安裝其它新的部件預(yù)留了空間。了空間。降低生產(chǎn)成本。除了電線用量減少、耗銅量下降帶來的成降低生產(chǎn)成本。除了電線用量減少、耗銅量下降帶來的成本降低之外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所秉持的本降低之外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所秉持的“信息共享、一線多能信息共享、一線多能”也也充分發(fā)揮了每一條電線的作用，現(xiàn)實了充分發(fā)揮了每一條電線的作用，現(xiàn)實了“物盡其用物盡其用”。提高工作可靠性。電線數(shù)量的減少，也使汽車電氣系統(tǒng)的提高工作可靠性。電線數(shù)量的減少，也使汽車電氣系統(tǒng)的線束插接器數(shù)量大大減少，由線束和插接器引發(fā)的斷路、短線束插接器數(shù)量大大減少，由線束和插接器引發(fā)的斷路、短路

32、、接觸不良等故障的發(fā)生率也大大降低，整車電氣系統(tǒng)的路、接觸不良等故障的發(fā)生率也大大降低，整車電氣系統(tǒng)的工作可靠性得以提高。工作可靠性得以提高。便于后續(xù)開發(fā)。采用開放式的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為后續(xù)技術(shù)便于后續(xù)開發(fā)。采用開放式的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為后續(xù)技術(shù)的開發(fā)留有充分的余地。以后，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的的開發(fā)留有充分的余地。以后，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的電子控制系統(tǒng)可以很方便地融入到已有的系統(tǒng)之中，而不必電子控制系統(tǒng)可以很方便地融入到已有的系統(tǒng)之中，而不必對現(xiàn)有系統(tǒng)作太大的改動。對現(xiàn)有系統(tǒng)作太大的改動。 同時，也便于同時，也便于實現(xiàn)控制器與執(zhí)行實現(xiàn)控制器與執(zhí)行器的就近安裝，甚器的就近安裝，甚至采用控制器

33、與執(zhí)至采用控制器與執(zhí)行器的一體化安裝，行器的一體化安裝，進(jìn)一步節(jié)省了安裝進(jìn)一步節(jié)省了安裝空間，提高了控制空間，提高了控制的實時性和控制精的實時性和控制精度，從而實現(xiàn)了良度，從而實現(xiàn)了良性循環(huán)。性循環(huán)。圖圖1-32 大眾開迪（大眾開迪（Caddy）、邁騰）、邁騰（Magotan）汽車的整體式）汽車的整體式ESP ECU1.2.2現(xiàn)場總線與汽車網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線與汽車網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場總線（現(xiàn)場總線（Field bus）是一種工業(yè)數(shù)據(jù)通信總線，主）是一種工業(yè)數(shù)據(jù)通信總線，主要用于過程自動化控制（如鋼鐵冶金、啤酒釀造）、制造自要用于過程自動化控制（如鋼鐵冶金、啤酒釀造）、制造自動化控制（如機(jī)械加工）、樓宇自動化控

34、制等領(lǐng)域，以解決動化控制（如機(jī)械加工）、樓宇自動化控制等領(lǐng)域，以解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。信息傳遞問題。 目前汽車上廣泛使用的控制局域網(wǎng)絡(luò)（目前汽車上廣泛使用的控制局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）就可以歸為現(xiàn)場總線類網(wǎng)絡(luò)，但同時又有）就可以歸為現(xiàn)場總線類網(wǎng)絡(luò)，但同時又有自身的一些特點。自身的一些特點。 汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅有汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅有CAN總線和總線和LIN總

35、線這樣的控制網(wǎng)總線這樣的控制網(wǎng)絡(luò)，還有多媒體影音娛樂信息網(wǎng)絡(luò)，如絡(luò)，還有多媒體影音娛樂信息網(wǎng)絡(luò)，如MOST、DDB等。等。 目前，汽車電子系統(tǒng)控制中應(yīng)用最廣泛的是目前，汽車電子系統(tǒng)控制中應(yīng)用最廣泛的是CAN總線。總線。1.現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線2.現(xiàn)場總線的組成現(xiàn)場總線的組成 現(xiàn)場總線由兩大部分組成，即數(shù)據(jù)傳輸線和節(jié)點?，F(xiàn)場總線由兩大部分組成，即數(shù)據(jù)傳輸線和節(jié)點。 圖圖1-33 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的基本組成現(xiàn)場總線系統(tǒng)的基本組成 在總線系統(tǒng)中節(jié)點包括控制單元在總線系統(tǒng)中節(jié)點包括控制單元和總線輔助設(shè)備，控制單元由控制器、和總線輔助設(shè)備，控制單元由控制器、濾波器、收發(fā)器、兩個數(shù)據(jù)傳輸終端濾波器、收發(fā)器、兩個數(shù)

36、據(jù)傳輸終端組成?？刂茊卧谟布隙嗔藢ｉT的組成?？刂茊卧谟布隙嗔藢ｉT的總線接口裝置（如總線接口裝置（如CAN總線接口），總線接口），并有相應(yīng)的軟件即通信標(biāo)準(zhǔn)的支持。并有相應(yīng)的軟件即通信標(biāo)準(zhǔn)的支持。圖圖1-34 現(xiàn)場總線中的控制單元現(xiàn)場總線中的控制單元 在現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，傳統(tǒng)意義上的傳感器、執(zhí)行器稱為在現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，傳統(tǒng)意義上的傳感器、執(zhí)行器稱為總線輔助裝置。同一現(xiàn)場的一個或多個輔助裝置與控制器總線輔助裝置。同一現(xiàn)場的一個或多個輔助裝置與控制器（控制單元）組合，構(gòu)成節(jié)點（也稱為總線模塊）。（控制單元）組合，構(gòu)成節(jié)點（也稱為總線模塊）。圖圖1-35 現(xiàn)場總線中的節(jié)點現(xiàn)場總線中的節(jié)點3.現(xiàn)場總

37、線的工作原理現(xiàn)場總線的工作原理1）節(jié)點和單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別）節(jié)點和單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別 在現(xiàn)場總線中，節(jié)點信息的發(fā)布和獲取是自由的和開放的。在現(xiàn)場總線中，節(jié)點信息的發(fā)布和獲取是自由的和開放的。2）節(jié)點的構(gòu)成原則）節(jié)點的構(gòu)成原則傳感器和執(zhí)行器需要放在一個節(jié)點上，有兩個最重要的原則：傳感器和執(zhí)行器需要放在一個節(jié)點上，有兩個最重要的原則：其一，要求構(gòu)成一個節(jié)點的傳感器和執(zhí)行器要安裝在一起或其一，要求構(gòu)成一個節(jié)點的傳感器和執(zhí)行器要安裝在一起或距離很近，稱為同一現(xiàn)場原則。距離很近，稱為同一現(xiàn)場原則。其二，要求傳感器信號和執(zhí)行單元的控制信號必須滿足該控其二，要求傳感器信號和執(zhí)行單元的控制信號必須滿足該控

38、制系統(tǒng)實時控制的要求。如果實時時間很短，總線信息傳輸制系統(tǒng)實時控制的要求。如果實時時間很短，總線信息傳輸速度不能滿足其要求，則傳感器和執(zhí)行器就必須與控制器放速度不能滿足其要求，則傳感器和執(zhí)行器就必須與控制器放在一個節(jié)點內(nèi)。在一個節(jié)點內(nèi)。 由于單片機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，在現(xiàn)代汽車的由于單片機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，在現(xiàn)代汽車的CAN總線中，一個節(jié)點可以包括十幾個傳感器和執(zhí)行器，即總線中，一個節(jié)點可以包括十幾個傳感器和執(zhí)行器，即一個節(jié)點可以同時接收并發(fā)送十幾個傳感器信號，同時控制一個節(jié)點可以同時接收并發(fā)送十幾個傳感器信號，同時控制十幾個執(zhí)行器。十幾個執(zhí)行器。 在大眾速騰（在大眾速騰（SAG

39、ITAR）汽車的電源管理系統(tǒng)中，）汽車的電源管理系統(tǒng)中，J519作為中央電作為中央電器控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個節(jié)點，可以實現(xiàn)電源管理、車外燈控制、車內(nèi)燈控器控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個節(jié)點，可以實現(xiàn)電源管理、車外燈控制、車內(nèi)燈控制、儀表照明及光亮度調(diào)整、轉(zhuǎn)向信號控制、接線柱控制、前制、儀表照明及光亮度調(diào)整、轉(zhuǎn)向信號控制、接線柱控制、前/后風(fēng)擋玻璃后風(fēng)擋玻璃的雨刷控制、燃油泵電源接通、發(fā)電機(jī)勵磁、后風(fēng)窗加熱等十幾種功能，的雨刷控制、燃油泵電源接通、發(fā)電機(jī)勵磁、后風(fēng)窗加熱等十幾種功能，控制功能十分豐富?？刂乒δ苁重S富。 圖圖1-36 中央電器控制單元中央電器控制單元J519作為中央電器控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個節(jié)點存在

40、作為中央電器控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個節(jié)點存在J519中央電器控制單元；中央電器控制單元；J527轉(zhuǎn)向柱控制單元轉(zhuǎn)向柱控制單元4.節(jié)點工作原理節(jié)點工作原理 現(xiàn)場總線是一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每一個節(jié)點都可以向網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)場總線是一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每一個節(jié)點都可以向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，同時也可以接收網(wǎng)絡(luò)信息，節(jié)點可以根據(jù)這些信息送信息，同時也可以接收網(wǎng)絡(luò)信息，節(jié)點可以根據(jù)這些信息決定控制策略，向執(zhí)行器發(fā)送指令。各節(jié)點之間的關(guān)系是平?jīng)Q定控制策略，向執(zhí)行器發(fā)送指令。各節(jié)點之間的關(guān)系是平等的，節(jié)點的信息（包括所有傳感器信息和控制信息）是共等的，節(jié)點的信息（包括所有傳感器信息和控制信息）是共享的。享的。圖圖1-35 現(xiàn)場總線中的節(jié)點（

41、現(xiàn)場總線的工作過程現(xiàn)場總線中的節(jié)點（現(xiàn)場總線的工作過程 ） 圖圖1-37 奔馳奔馳S 級級221網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點點火開關(guān)節(jié)點（點火開關(guān)控制單元點火開關(guān)節(jié)點（點火開關(guān)控制單元N73）A1組合儀表；組合儀表；A40/3COMAND（駕駛室管理及數(shù)據(jù)系統(tǒng)）控制裝置；（駕駛室管理及數(shù)據(jù)系統(tǒng)）控制裝置；A40/9前部中央操作裝置；前部中央操作裝置；S16/5自動變速器換擋規(guī)律選擇開關(guān)；自動變速器換擋規(guī)律選擇開關(guān)；A80智能換擋控制單元；智能換擋控制單元；Y3/8n4自動變速器控制裝置；自動變速器控制裝置；N93中中央網(wǎng)關(guān)控制單元；央網(wǎng)關(guān)控制單元；X11/4數(shù)據(jù)鏈路插頭；數(shù)據(jù)鏈路插頭；

42、N3/10發(fā)動機(jī)控制單元；發(fā)動機(jī)控制單元；N73點火開關(guān)控制單元；點火開關(guān)控制單元；A7/3ABS控制單元；控制單元；S16/13DIRECT SELECT換擋開關(guān)；換擋開關(guān)； N80轉(zhuǎn)向柱控制單元；轉(zhuǎn)向柱控制單元；S111/2右側(cè)方向盤換擋按鈕；右側(cè)方向盤換擋按鈕； S110/2左側(cè)方向盤換擋按鈕；左側(cè)方向盤換擋按鈕；A遠(yuǎn)程信息處理遠(yuǎn)程信息處理CAN； C動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)CAN； D診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng)CAN； E底盤底盤系統(tǒng)系統(tǒng)CAN； F中央系統(tǒng)中央系統(tǒng)CAN5.現(xiàn)場總線的優(yōu)點現(xiàn)場總線的優(yōu)點經(jīng)濟(jì)性；經(jīng)濟(jì)性； 可靠性；可靠性； 可控性；可控性；綜合性；綜合性； 互換性；互換性； 開放性。開放性

43、。 1.2.3汽車網(wǎng)絡(luò)的分類汽車網(wǎng)絡(luò)的分類1.按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（Topological Structure）是指網(wǎng)上計）是指網(wǎng)上計算機(jī)或設(shè)備與信息傳輸介質(zhì)形成的節(jié)點與數(shù)據(jù)傳輸線的物理算機(jī)或設(shè)備與信息傳輸介質(zhì)形成的節(jié)點與數(shù)據(jù)傳輸線的物理構(gòu)成模式。汽車網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有線形結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)、構(gòu)成模式。汽車網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有線形結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)等幾種。環(huán)形結(jié)構(gòu)等幾種。1）線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種信道共享的物理結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種信道共享的物理結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中總線具有信息的雙向傳輸功能，普遍用于控制器局域

44、網(wǎng)的連總線具有信息的雙向傳輸功能，普遍用于控制器局域網(wǎng)的連接，總線一般采用同軸電纜或雙絞線。接，總線一般采用同軸電纜或雙絞線。圖圖1-38 線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2）星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種以星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種以中央節(jié)點為中心，把若干外中央節(jié)點為中心，把若干外圍節(jié)點連接起來的輻射式互圍節(jié)點連接起來的輻射式互聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)適用于局聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)適用于局域網(wǎng)。域網(wǎng)。圖圖1-39 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 3）環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由各節(jié)點首尾相連由各節(jié)點首尾相連形成一個閉合環(huán)形形成一個閉合環(huán)形線路。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中線路。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的信息傳送是單向

45、的信息傳送是單向的，即沿一個方向的，即沿一個方向從一個節(jié)點傳到另從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點；每個節(jié)一個節(jié)點；每個節(jié)點需安裝中繼器，點需安裝中繼器，以接收、放大、發(fā)以接收、放大、發(fā)送信號。送信號。圖圖1-40 環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖圖1-41 BMW車系影音娛樂系統(tǒng)的車系影音娛樂系統(tǒng)的MOST總線采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.按聯(lián)網(wǎng)范圍和控制能力分按聯(lián)網(wǎng)范圍和控制能力分 總線按聯(lián)網(wǎng)范圍分為主總線系統(tǒng)、子總線系統(tǒng)。總線按聯(lián)網(wǎng)范圍分為主總線系統(tǒng)、子總線系統(tǒng)。 主總線系統(tǒng)負(fù)責(zé)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，主總線系統(tǒng)相關(guān)參主總線系統(tǒng)負(fù)責(zé)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，主總線系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)見表數(shù)見表1-1。主總線主總線

46、系統(tǒng)名系統(tǒng)名稱稱數(shù)據(jù)傳數(shù)據(jù)傳輸速率輸速率總線拓總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)撲結(jié)構(gòu)傳輸傳輸介質(zhì)介質(zhì)K總線總線9.6kbit/s線形，線形，單線單線銅質(zhì)銅質(zhì)電線電線D總線總線10.5115 kbit/s線形，線形，單線單線銅質(zhì)銅質(zhì)電線電線CAN100 kbit/s線形，線形，雙線雙線銅質(zhì)銅質(zhì)電線電線K-CAN100 kbit/s線形，線形，雙線雙線銅質(zhì)銅質(zhì)電線電線F-CAN100 kbit/s線形，線形，雙線雙線銅質(zhì)銅質(zhì)電線電線表表1-1 主總線系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)主總線系統(tǒng)相關(guān)參數(shù) 子總線系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換，子總線系統(tǒng)相關(guān)參子總線系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換，子總線系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)見表數(shù)見表1-2。這些系統(tǒng)用于交換特定系

47、統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)量相對較少的。這些系統(tǒng)用于交換特定系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)量相對較少的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。子總線系統(tǒng)名稱子總線系統(tǒng)名稱數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)K總線協(xié)議總線協(xié)議9.6kbit/s線形，單線線形，單線銅質(zhì)電線銅質(zhì)電線BSD9.6kbit/s線形，單線線形，單線銅質(zhì)電線銅質(zhì)電線DWA總線總線9.6kbit/s線形，單線線形，單線銅質(zhì)電線銅質(zhì)電線LIN總線總線9.619.2 kbit/s線形，單線線形，單線銅質(zhì)電線銅質(zhì)電線表表1-2 子總線系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)子總線系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)3.按信息傳輸速度分按信息傳輸速度分 為方便研究和設(shè)計應(yīng)用，美國汽車工程師學(xué)會（為方便研究和設(shè)計應(yīng)用，美國

48、汽車工程師學(xué)會（SAE）的汽車網(wǎng)絡(luò)委員會按照系統(tǒng)的復(fù)雜程度、傳輸流量、傳輸速的汽車網(wǎng)絡(luò)委員會按照系統(tǒng)的復(fù)雜程度、傳輸流量、傳輸速度、傳輸可靠性、動作響應(yīng)時間等參量，將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)度、傳輸可靠性、動作響應(yīng)時間等參量，將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)劃分為絡(luò)劃分為A、B、C、D、E五類。五類。 A類網(wǎng)絡(luò)是面向傳感器類網(wǎng)絡(luò)是面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常小于輸位速率通常小于10kbit/s，主要用于車外后視鏡調(diào)整，電動，主要用于車外后視鏡調(diào)整，電動車窗、燈光照明等控制；車窗、燈光照明等控制； B類網(wǎng)絡(luò)是面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率類網(wǎng)絡(luò)是面向獨立模塊

49、間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率在在10125kbit/s之間，主要應(yīng)用于車身電子舒適性模塊、儀表之間，主要應(yīng)用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)；顯示等系統(tǒng)； C類網(wǎng)絡(luò)是面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)，類網(wǎng)絡(luò)是面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)，位速率在位速率在125 kbit/s1Mbit/s之間，主要用于牽引力控制、發(fā)之間，主要用于牽引力控制、發(fā)動機(jī)控制、動機(jī)控制、ABS、ESP等系統(tǒng)。等系統(tǒng)。 D類網(wǎng)絡(luò)是智能數(shù)據(jù)總線類網(wǎng)絡(luò)是智能數(shù)據(jù)總線IDB（Intelligent Data BUS）網(wǎng)絡(luò)，主要面向影音娛樂信息、多媒體系統(tǒng)，其位速率在網(wǎng)絡(luò)，主要面向影音娛樂信息、多媒體系統(tǒng)，其位速

50、率在250kbit/s100Mbit/s之間。按照之間。按照SAE的分類，的分類，IDB-C為低速為低速網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)，IDB-M為高速網(wǎng)絡(luò)，為高速網(wǎng)絡(luò)，IDB-Wireless為無線通信網(wǎng)絡(luò)。為無線通信網(wǎng)絡(luò)。 E類網(wǎng)絡(luò)是面向汽車被動安全系統(tǒng)（安全氣囊）的網(wǎng)絡(luò)，類網(wǎng)絡(luò)是面向汽車被動安全系統(tǒng)（安全氣囊）的網(wǎng)絡(luò)，其位速率為其位速率為10Mbit/s。影音娛樂信息、多媒體系統(tǒng)多采用影音娛樂信息、多媒體系統(tǒng)多采用DDB（Domestic Digital Bus）總線或）總線或MOST（Media Oriented Systems Transport）總線?？偩€。 無線通信則通過藍(lán)牙（無線通信則通過藍(lán)牙（B

51、luetooth）技術(shù)加以實現(xiàn)。）技術(shù)加以實現(xiàn)。 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在未來的隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在未來的510年里，時間觸發(fā)協(xié)年里，時間觸發(fā)協(xié)議議TTP（Time Trigger Protocol）和）和FlexRay將得到廣泛使用，將得到廣泛使用，使汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到一次脫胎換骨的提升。使汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到一次脫胎換骨的提升。1.2.4汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用概況汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用概況1.汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu) 在汽車電氣系統(tǒng)內(nèi)部采用基于總線的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以達(dá)在汽車電氣系統(tǒng)內(nèi)部采用基于總線的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以達(dá)到信息共享、減少布線、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性的目的。到信息共享、減少布線、

52、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性的目的。有鑒于此，各大汽車制造商在其生產(chǎn)的汽車上大量使用了汽有鑒于此，各大汽車制造商在其生產(chǎn)的汽車上大量使用了汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（表車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（表1-3）。）。 圖圖1-42 BMW E60車系全車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成車系全車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成2.汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的典型應(yīng)用汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的典型應(yīng)用1）A類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用 汽車防盜報警系統(tǒng)是典型的汽車防盜報警系統(tǒng)是典型的A類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（LIN總線系統(tǒng)）總線系統(tǒng)）應(yīng)用實例。應(yīng)用實例。圖圖1-43 汽車防盜報警汽車防盜報警A類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（LIN總線系統(tǒng)）總線系統(tǒng)）2）B類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用 當(dāng)大量共享數(shù)據(jù)

53、需要在車內(nèi)各個控制單元間進(jìn)行交換時，當(dāng)大量共享數(shù)據(jù)需要在車內(nèi)各個控制單元間進(jìn)行交換時，A類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不再勝任，可采用類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不再勝任，可采用B類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 圖圖1-44 基于基于CAN總線的總線的B類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3）A、B兩類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組合應(yīng)用兩類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組合應(yīng)用 通常將通常將A類網(wǎng)絡(luò)通過車身計算機(jī)（網(wǎng)關(guān)）連接到類網(wǎng)絡(luò)通過車身計算機(jī)（網(wǎng)關(guān)）連接到CAN總總線組成的線組成的B類網(wǎng)絡(luò)中，使得該類網(wǎng)絡(luò)中，使得該A類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為CAN總線的一總線的一個節(jié)點，這樣無需在各傳感器執(zhí)行器部件安裝個節(jié)點，這樣無需在各傳感器執(zhí)行器部件安裝CAN控制器控制器件，就能使得信號在件，

54、就能使得信號在CAN總線上傳輸，有效地利用了總線上傳輸，有效地利用了A類網(wǎng)類網(wǎng)絡(luò)低成本的優(yōu)點。絡(luò)低成本的優(yōu)點。圖圖1-45 A、B兩類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組合應(yīng)用兩類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組合應(yīng)用4）C類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用 在在C類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案中，類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案中，CAN總線有效地將發(fā)動機(jī)控制系總線有效地將發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)及自動巡航系統(tǒng)等連接成為一個綜合控制系統(tǒng)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)及自動巡航系統(tǒng)等連接成為一個綜合控制系統(tǒng)，整車性能得到大幅度堤高。統(tǒng)，整車性能得到大幅度堤高。圖圖1-46 基于基于CAN總線的總線的C類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 圖圖1-47 奔馳車系的奔馳車系的CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

55、1.3 汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議1.3.1 A類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議 A類網(wǎng)絡(luò)通信大部分采用通用異步接收類網(wǎng)絡(luò)通信大部分采用通用異步接收/發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)UART 。隨著技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計隨著技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計UART在今后幾年中將會逐步在汽車通在今后幾年中將會逐步在汽車通信系統(tǒng)中被停止使用。信系統(tǒng)中被停止使用。 A類網(wǎng)絡(luò)通信目前首選的標(biāo)準(zhǔn)是局域互聯(lián)網(wǎng)類網(wǎng)絡(luò)通信目前首選的標(biāo)準(zhǔn)是局域互聯(lián)網(wǎng)LIN（Local Interconnect Network）。）。LIN是用于汽車分布式電控系統(tǒng)的是用于汽車分布式電控系統(tǒng)的一種低成本串行通信系統(tǒng)，它是一種基于一種低成本串行通信系統(tǒng)，它是一

56、種基于UART的數(shù)據(jù)格式、的數(shù)據(jù)格式、主從結(jié)構(gòu)的單線主從結(jié)構(gòu)的單線12V的總線通信系統(tǒng)，主要用于智能傳感器和的總線通信系統(tǒng)，主要用于智能傳感器和執(zhí)行器的串行通信，而這正是執(zhí)行器的串行通信，而這正是CAN總線的帶寬和功能所不要總線的帶寬和功能所不要求的部分。求的部分。 LIN總線采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達(dá)總線采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達(dá)20kbit/s，對于低端的大多數(shù)應(yīng)用對象（如中央門鎖控制、，對于低端的大多數(shù)應(yīng)用對象（如中央門鎖控制、空調(diào)系統(tǒng)控制等）來說，這個速度是完全可以滿足要求的?？照{(diào)系統(tǒng)控制等）來說，這個速度是完全可以滿足要求的。 LIN總線的媒體訪問采用單主總線

57、的媒體訪問采用單主/多從的機(jī)制，不需要進(jìn)行多從的機(jī)制，不需要進(jìn)行仲裁，在從節(jié)點中不需要晶體振蕩器而能進(jìn)行自同步，這極仲裁，在從節(jié)點中不需要晶體振蕩器而能進(jìn)行自同步，這極大地減少了硬件平臺的成本，大大降低了汽車電子裝置的開大地減少了硬件平臺的成本，大大降低了汽車電子裝置的開發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)費用。發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)費用。1.3.2 B類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議 B類網(wǎng)絡(luò)通信中使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)是類網(wǎng)絡(luò)通信中使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)是CAN總線?？偩€。CAN總總線是德國線是德國BOSCH公司開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是公司開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖

58、一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)維。通信速率可達(dá)1Mbit/s。 CAN總線通信接口中集成了總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈協(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)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)先級判別等項工作。據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。 B類網(wǎng)絡(luò)通信的國際標(biāo)準(zhǔn)是類網(wǎng)絡(luò)通信的國際標(biāo)準(zhǔn)是ISO11898，其傳輸速率在，其傳輸速率在100kbit/s左右。歐洲的各大汽車制造商從左右。歐洲的各大汽車制造商從1992年起，一直采年起，一直采用用ISO118

59、98，所使用的傳輸速率范圍從，所使用的傳輸速率范圍從47.6500kbit/s不等。不等。 1.3.3 C類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議 根據(jù)根據(jù)SAE的分類，高速總線系統(tǒng)屬于的分類，高速總線系統(tǒng)屬于C類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 由于高速總線系統(tǒng)主要用于與汽車安全相關(guān)，以及實時由于高速總線系統(tǒng)主要用于與汽車安全相關(guān)，以及實時性要求比較高的領(lǐng)域，如動力系統(tǒng)等，所以其傳輸速率比較性要求比較高的領(lǐng)域，如動力系統(tǒng)等，所以其傳輸速率比較高，通常在高，通常在125kbit/s1Mbit/s之間，且必須支持實時的周期之間，且必須支持實時的周期性的數(shù)據(jù)傳輸。性的數(shù)據(jù)傳輸。 在在C類標(biāo)準(zhǔn)中，歐洲的汽車制造商大多

60、采用類標(biāo)準(zhǔn)中，歐洲的汽車制造商大多采用CAN總線標(biāo)總線標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)ISO11898。ISO11898主要面向乘用車電子控制單元之間主要面向乘用車電子控制單元之間的通信，信息傳輸速率大于的通信，信息傳輸速率大于125kbit/s，最高可達(dá)，最高可達(dá)1Mbit/s。 J1939也是高速通信標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸速率為也是高速通信標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbit/s，主要供貨車及其拖車、大客車、建筑機(jī)械及農(nóng)業(yè)機(jī)械使用。主要供貨車及其拖車、大客車、建筑機(jī)械及農(nóng)業(yè)機(jī)械使用。 在美國，在美國，GM公司已開始在所有的車型上使用其專屬的所公司已開始在所有的車型上使用其專屬的所謂謂GMLAN總線標(biāo)準(zhǔn)，它是一種基于總線標(biāo)