車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-文檔資料

1、LOGO車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用與展望與展望2Contents1. 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史2. 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹3. 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車(chē)上的應(yīng)用4. 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹5. 結(jié)語(yǔ)31 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史v 從1980年起，汽車(chē)內(nèi)開(kāi)始裝用網(wǎng)絡(luò)。v 1983年，豐田公司在世紀(jì)牌汽車(chē)上最早采用了應(yīng)用光纜的車(chē)門(mén)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接通信、此系統(tǒng)采用了集中控制方法。v 1987年日產(chǎn)公司的車(chē)門(mén)相關(guān)系統(tǒng)，GM公司的車(chē)燈控制系統(tǒng)已經(jīng)處于批量生產(chǎn)的階段。這個(gè)時(shí)間德國(guó)的Robert Bosch公司提出了汽車(chē)車(chē)載局域網(wǎng)（LAN）的基本協(xié)議-控制器局域網(wǎng)（Controller

2、 Area Network），簡(jiǎn)稱(chēng)CAN。v 接著，美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)（SAE）提出了J1850，在美國(guó)通過(guò)采用SAE J1850普及了數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，在 SAE中也通過(guò)了CAN的標(biāo)準(zhǔn)，明確表示將轉(zhuǎn)向CAN協(xié)議，隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，歐洲又以與CAN協(xié)議不同的思路提出了控制系統(tǒng)的新協(xié)議TTP（Time Triggered Protocol），并已開(kāi)始應(yīng)用。4Contents1. 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史 2. 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹3. 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車(chē)上的應(yīng)用4. 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹5. 結(jié)語(yǔ)52 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹v現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 是用作現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的，直接與所有受控（設(shè)備）節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相連的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

3、控制系統(tǒng)既是一個(gè)開(kāi)放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一個(gè)全分布控制系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，使系統(tǒng)成為具有測(cè)量、控制、執(zhí)行和過(guò)程診斷等綜合能力的網(wǎng)絡(luò)。然而現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境干擾因素眾多，有些很強(qiáng)烈且?guī)в型话l(fā)性，這就決定了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有別于一般網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)具有自已特色的新型領(lǐng)域。62 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹v 自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，并在此特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示出其影響和優(yōu)勢(shì)，如：控制器局域網(wǎng)（CAN）、車(chē)載局域網(wǎng)（VAN）、局域網(wǎng)互聯(lián)（LIN）、過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（PROFIBOS）等，其中CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)是汽車(chē)電子控制中應(yīng)用最廣泛的總線(xiàn)。按照汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)屬于局域網(wǎng)、總線(xiàn)型結(jié)構(gòu)。由

4、于它要傳輸?shù)男畔级绦?，要求?shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高，因而要求網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次小，以有利于提高實(shí)時(shí)性和降低受干擾的概率。v 汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括兩大部分：一是通信部分，二是網(wǎng)絡(luò)管理部分。72 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹v 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的通信結(jié)構(gòu)只采用了ISO/OSI的三層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。如圖1所示：圖1 汽車(chē)局域網(wǎng)的參考模型應(yīng)用層（Application）數(shù)據(jù)鏈路層（Date link）物理層（Physical）物理層（Physical）數(shù)據(jù)鏈路層（Date link）應(yīng)用層（Application）物理介質(zhì)發(fā)送端接收端82 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹德國(guó)德國(guó)BOSCH最早開(kāi)發(fā)推出最早開(kāi)發(fā)推出的歐洲規(guī)范的歐

5、洲規(guī)范CAN。目前主要的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)范 美國(guó)汽車(chē)工程美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)師協(xié)會(huì)(SAE)開(kāi)發(fā)的美國(guó)規(guī)開(kāi)發(fā)的美國(guó)規(guī)范范J1850。 92 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹v目前汽車(chē)最新最快的數(shù)據(jù)傳輸方式應(yīng)屬于光纖網(wǎng)絡(luò)v奔馳光纖通信系統(tǒng)-D2B，它利用光波來(lái)傳送信息，數(shù)據(jù)按次序在光纖網(wǎng)絡(luò)中傳輸。此系統(tǒng)用于收音機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航、CD、音控放大器、移動(dòng)電話(huà)、道路交通導(dǎo)航系統(tǒng)之間。v寶馬光纖通信系統(tǒng)-MOST，全稱(chēng)是多媒體傳輸系統(tǒng)（Multimedia Oriented System Transportl），是專(zhuān)為在車(chē)輛中使用而開(kāi)發(fā)的一種多媒體應(yīng)用通信技術(shù)、在無(wú)線(xiàn)通信方面，采用Blue tooth規(guī)范，它主要是面向下一代汽

6、車(chē)應(yīng)用，如聲音系統(tǒng)、信息通信等。典型一 典型二 10Contents1. 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史 2. 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹3. 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車(chē)上的應(yīng)用4. 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹5. 結(jié)語(yǔ)113 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車(chē)上的應(yīng)用v 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車(chē)上主要用于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、車(chē)身系統(tǒng)安全系統(tǒng)和信息系統(tǒng)，其應(yīng)用等級(jí)如圖。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用等級(jí)圖 123 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車(chē)上的應(yīng)用v 各類(lèi)典型總線(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域上所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)特性與節(jié)點(diǎn)成本進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)如圖所示。 各種典型車(chē)用總線(xiàn)與節(jié)點(diǎn)成本的統(tǒng)計(jì)圖134 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹v （1）CAN總線(xiàn) v （2）局域網(wǎng)互聯(lián)（LIN）v （3）面向媒體的系統(tǒng)傳輸（MOST）v （4）

7、FlexR144 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹-CAN總線(xiàn)v CAN總線(xiàn)是由德國(guó)BOSCH公司為了解決汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)出的一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)以及靈活的通信方式適應(yīng)了汽車(chē)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求，己經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11898)，其應(yīng)用范圍也從最初的汽車(chē)電控逐步擴(kuò)展到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，成為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。154 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹-CAN總線(xiàn)vCAN總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單方便許多CAN控制器實(shí)現(xiàn)了CAN物理層及數(shù)據(jù)鏈層的大部分功能，用戶(hù)只需對(duì)CAN控制器進(jìn)行初始化和對(duì)CAN總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)操作即可實(shí)現(xiàn)通信。高可靠性CAN總線(xiàn)的

8、最大通信速率可達(dá)1Mbps，CAN總線(xiàn)是多種節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線(xiàn)仲裁獲得總線(xiàn)控制權(quán)。完善的錯(cuò)誤處理機(jī)制保證了高噪聲干擾環(huán)境下數(shù)據(jù)傳遞的可靠性。系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好CAN總線(xiàn)是基于發(fā)送報(bào)文的編碼，而不是對(duì)CAN控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼，故增加或者刪除CAN控制節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成太大的影響。164 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹-CAN總線(xiàn)汽車(chē)傳統(tǒng)布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖 汽車(chē)CAN總線(xiàn)布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖174 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹- LIN 局域網(wǎng)互聯(lián)(LIN)是用于汽車(chē)分布式電控系統(tǒng)的一種新型低成本串行通信系統(tǒng)，它是一種基于UART的數(shù)據(jù)格式、主從結(jié)構(gòu)的單線(xiàn)12V的總線(xiàn)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CAN總線(xiàn)的帶

9、寬和功能所不要求的部分。由于目前尚未建立低端多路通信的汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)，因此LIN正試圖發(fā)展成為低成本的串行通信的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。LIN的標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)化了現(xiàn)有的基于多路解決方案的低端SCI，同時(shí)將降低汽車(chē)電子裝置的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)費(fèi)用。LIN采用低成本的單線(xiàn)連接，傳輸速度最高可達(dá)20kb/s，對(duì)于低端的大多數(shù)應(yīng)用對(duì)象來(lái)說(shuō)，這個(gè)速度是可以接受的，它的媒體訪(fǎng)問(wèn)采用單主、多從的機(jī)制，不需要進(jìn)行仲裁。從節(jié)點(diǎn)中不需要晶體震蕩器而能進(jìn)行自同步，這極大地減少了硬件平臺(tái)的成本。184 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹- MOSTv面向媒體的系統(tǒng)傳輸（Media Oriented Systems Transport，MOST）是在汽車(chē)制造商和供

10、應(yīng)商中越來(lái)越受推崇的一種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它提供了一個(gè)可以管理所有多媒體設(shè)備的單個(gè)界面，能夠處理針對(duì)不同目標(biāo)的多個(gè)數(shù)據(jù)流，而不失和諧。v MOST 系統(tǒng)是利用光導(dǎo)纖維作為信息傳導(dǎo)媒介，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳輸。首先各控制元件將電磁脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為光脈沖信號(hào)，傳送到光纖上，而后相應(yīng)的接收電腦又將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換回電磁脈沖信號(hào)，從而完成相應(yīng)的控制功能。由于MOST 系統(tǒng)的高傳輸速率，因此它可以做到只用兩根光纖即可同時(shí)傳遞多路信號(hào)。 19MOST網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn) 低成本 - 4 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹- MOST204 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹- FlexRayv FlexRay是一個(gè)為車(chē)載應(yīng)用系統(tǒng)高層網(wǎng)絡(luò)和“線(xiàn)控”系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的通信標(biāo)

11、準(zhǔn)。它的最大特點(diǎn)就是在提高數(shù)據(jù)傳輸率的條件下，能夠滿(mǎn)足汽車(chē)安全要求的可靠性指標(biāo)。FlexRay利用兩條獨(dú)立的物理線(xiàn)路進(jìn)行通信，每條線(xiàn)路的數(shù)據(jù)速率為10Mb/s。兩條通信線(xiàn)路主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余，因此消息傳輸具有容錯(cuò)能力，也可以利用兩條線(xiàn)路來(lái)傳輸不同的消息，以使數(shù)據(jù)吞吐量可以加倍。214 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹- FlexRayvTTP/C和FlexRay比較：v 在總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)方式上，TTP/C和FlexRay都提供了時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)方式，它們都能滿(mǎn)足未來(lái)的“線(xiàn)控”（X-by-wire）系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性的要求，但FlexRay在事件觸發(fā)方面，其節(jié)點(diǎn)共享決定了其靈活性更好。 v 從成本方面來(lái)考慮

12、，初始價(jià)格FlexRay不占優(yōu)勢(shì)，但是生產(chǎn)商在后期組裝線(xiàn)上節(jié)約的時(shí)間和金錢(qián)以及用戶(hù)維護(hù)成本的下降，將使得FlexRay在TTP/C的競(jìng)爭(zhēng)上具有優(yōu)勢(shì)。 224 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹- FlexRay FlexRay在物理連接結(jié)構(gòu)方面總線(xiàn)監(jiān)控與其監(jiān)控的節(jié)點(diǎn)共用電源和同步時(shí)鐘。 FlexRay的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖234 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹- FlexRayvFlexRay具有以下特點(diǎn)： 一個(gè)有故障耐受能力的系統(tǒng)必須保證網(wǎng)上成員不能將系統(tǒng)阻斷。網(wǎng)絡(luò)上的物理故障，例如：短路，可以將出問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)分支封閉，故障的封閉由獨(dú)立事件控制。故障耐受故障耐受能力能力 最大數(shù)據(jù)傳輸率為10Mb/s，還可更高一些。FlexRay網(wǎng)

13、的結(jié)構(gòu)可以有四種形式，即：總線(xiàn)式星形網(wǎng)、星形總線(xiàn)混合式及多個(gè)星形串接式。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸率及結(jié)構(gòu)率及結(jié)構(gòu) 時(shí)間同步時(shí)間同步 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)總體時(shí)鐘，每一個(gè)控制單元有一個(gè)局部時(shí)鐘，F(xiàn)lexRay系統(tǒng)有一個(gè)特定的控制算法，使網(wǎng)絡(luò)中每一單個(gè)節(jié)點(diǎn)的局部時(shí)鐘與總體時(shí)鐘同步，利用偏移修正和時(shí)間修正這兩種方法與總體時(shí)鐘同步。244 各種車(chē)用總線(xiàn)的介紹- FlexRayvFlexRay的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用v FlexRay的重要應(yīng)用之一是線(xiàn)控操作(如線(xiàn)控轉(zhuǎn)向、線(xiàn)控剎車(chē)等)，即利用容錯(cuò)的電氣/電子系統(tǒng)取代機(jī)械/液壓部分。線(xiàn)控操作包括從轉(zhuǎn)向到剎車(chē)和加速等所有汽車(chē)控制應(yīng)用互連技術(shù)，它可以補(bǔ)充并將最終代替目前的機(jī)械和液壓解決