第九章汽車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介

1、 8.1.1 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的背景車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的背景8.1.2 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)8.1.3 常用基本術(shù)語(yǔ)常用基本術(shù)語(yǔ)8.1.1車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的背景車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的背景發(fā) 動(dòng) 機(jī)發(fā) 動(dòng) 機(jī)控制控制制 動(dòng) 防制 動(dòng) 防抱死抱死燈光燈光空調(diào)空調(diào)電子電子鎖鎖儀儀表表板板變 速 控變 速 控制制主 動(dòng) 懸主 動(dòng) 懸架架自動(dòng)自動(dòng)座椅座椅自動(dòng)自動(dòng)門(mén)窗門(mén)窗安全安全氣囊氣囊傳U1統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊方式CAN總線的通訊方式8.1.2 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖8.1.3 常用基本術(shù)語(yǔ)常用基本術(shù)語(yǔ)1.數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線是模塊間運(yùn)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(shí)現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號(hào)能被多個(gè)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(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中，將多種信息混合或交叉通過(guò)一個(gè)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(diǎn)模塊節(jié)點(diǎn)模塊就是一種電子裝置。簡(jiǎn)單一點(diǎn)的如溫度和壓力傳感器，復(fù)雜的如計(jì)算機(jī)（微處理器）。傳感器是一個(gè)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(hào)。這些電壓信號(hào)在計(jì)算機(jī)（一種數(shù)字裝置）的輸人接口被轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。在計(jì)算機(jī)多路傳輸系統(tǒng)中一些簡(jiǎn)單的模塊被稱為節(jié)點(diǎn)。各節(jié)點(diǎn)通過(guò)插接器連接到多路傳輸系統(tǒng)中。4.網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)實(shí)際上是一個(gè)單片微型計(jì)算機(jī)，

3、是連接不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的接口裝置。網(wǎng)關(guān)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(jìn)行通信時(shí)，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(chē)載網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議車(chē)載網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)、約定的集合，即數(shù)據(jù)在總線上的傳輸規(guī)則。在汽車(chē)上，要實(shí)現(xiàn)車(chē)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(shí)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(chē)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖8.2.1 A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) A類(lèi)是面向傳感器執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)類(lèi)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(diào)，主要用于后視鏡調(diào)整，電動(dòng)窗、燈光照明等車(chē)身控制。該類(lèi)網(wǎng)絡(luò)有多種通整，電動(dòng)窗、燈光照明等車(chē)身控制。該類(lèi)網(wǎng)絡(luò)有多種通信協(xié)議，目前首選的標(biāo)準(zhǔn)是信協(xié)議，目前首選的標(biāo)準(zhǔn)是LIN。LIN是用于汽車(chē)分是用于汽車(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(jié)）的數(shù)據(jù)格式，是主從結(jié)構(gòu)的單線構(gòu)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(lèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)B類(lèi)是面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率在10125kbit/s，屬于數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)亩嗫偩€系統(tǒng)，可取消多余的系統(tǒng)組件。該類(lèi)網(wǎng)絡(luò)適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的通訊場(chǎng)合，以減少冗余傳感器和其他電子部件，主要應(yīng)用于車(chē)身電子舒適性模塊、儀表顯示、負(fù)載信息、故障診斷等。 8.2.3 C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) C類(lèi)是面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，類(lèi)是面向高速、實(shí)時(shí)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(chē)安全相關(guān)，以及實(shí)時(shí)性要求比較高的地于與汽車(chē)安全相關(guān)

6、，以及實(shí)時(shí)性要求比較高的地方，如牽引控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、自動(dòng)變速器、方，如牽引控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、自動(dòng)變速器、ABS/ASR、安全氣囊、主動(dòng)懸架、巡航系統(tǒng)、安全氣囊、主動(dòng)懸架、巡航系統(tǒng)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)及組合儀表信號(hào)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)及組合儀表信號(hào)的采集系統(tǒng)等。在采集系統(tǒng)等。在C類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中，歐洲的汽車(chē)制造商類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中，歐洲的汽車(chē)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(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。8.2.4 MOST技術(shù)技術(shù) MOST采用塑料光纜（POF）的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將音響裝置、電視、全球定位系統(tǒng)及電話等設(shè)備相互連接起來(lái)，給用戶帶來(lái)極大的便利。MOST利

7、用一根光纖，最多可以同時(shí)傳送15個(gè)頻道的CD質(zhì)量的非壓縮音頻數(shù)據(jù)。在一個(gè)局域網(wǎng)上，最多要以連接64個(gè)節(jié)點(diǎn)。車(chē)上的多媒體系統(tǒng)則同時(shí)采用了IDB1394（智能傳輸系統(tǒng)）和MOST系統(tǒng)。汽車(chē)總線應(yīng)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(luò)（CANControllerAreaNetwork）。CAN總線是國(guó)際上應(yīng)用最廣的一種現(xiàn)場(chǎng)總線（區(qū)別于辦公室總線），是德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車(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)的一種串行通信協(xié)議。它的短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非破壞性總線性仲裁技術(shù)以及靈活的通訊方式適應(yīng)了汽車(chē)的實(shí)時(shí)性和可靠性

8、要求。 汽車(chē)上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用汽車(chē)上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條條CAN，一條用于，一條用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN，速率達(dá)到，速率達(dá)到500kb/s，即動(dòng)力總線；，即動(dòng)力總線；另一條用于車(chē)身系統(tǒng)的低速另一條用于車(chē)身系統(tǒng)的低速CAN，速率是，速率是100kb/s。驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)CAN主要連接對(duì)象是發(fā)動(dòng)機(jī)控制器（主要連接對(duì)象是發(fā)動(dòng)機(jī)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(chē)行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)。車(chē)的基本特征相同，都是控制與汽車(chē)行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)。車(chē)身系統(tǒng)身系統(tǒng)CAN主要連接和控

9、制的汽車(chē)內(nèi)外部照明、燈光信號(hào)、主要連接和控制的汽車(chē)內(nèi)外部照明、燈光信號(hào)、雨刮電機(jī)等電器。國(guó)內(nèi)完全引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的奧迪雨刮電機(jī)等電器。國(guó)內(nèi)完全引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的奧迪A6車(chē)型已車(chē)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(chē)型、哈飛賽馬等車(chē)型都不同程度地使用了都不同程度地使用了CAN總線技術(shù)?？偩€技術(shù)。 8.3.3 CAN數(shù)據(jù)總線傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)總線傳輸系統(tǒng)的構(gòu)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(guò)程

10、數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程8.3.4 CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1. OSI七層體系結(jié)構(gòu)七層體系結(jié)構(gòu)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(xiàng)目各層定義的主要項(xiàng)目軟件控制軟件控制7 7層：應(yīng)用層層：應(yīng)用層提供各種實(shí)際可以應(yīng)用的服務(wù)提供各種實(shí)際可以應(yīng)用的服務(wù)6 6層：表示層層：表示層對(duì)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式進(jìn)行變換。例如：文字的調(diào)整、數(shù)據(jù)的壓對(duì)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式進(jìn)行變換。例如：文字的調(diào)整、數(shù)據(jù)的壓縮、加密縮、加密5 5層：會(huì)話層層：會(huì)話層為實(shí)現(xiàn)會(huì)話通信，按正確的順序控制數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收為實(shí)現(xiàn)會(huì)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(cuò)誤等的通信

11、品質(zhì)。例如：訂正保證按順序控制數(shù)據(jù)及更正錯(cuò)誤等的通信品質(zhì)。例如：訂正錯(cuò)誤、重新發(fā)送的控制錯(cuò)誤、重新發(fā)送的控制3 3層：網(wǎng)絡(luò)層層：網(wǎng)絡(luò)層選擇數(shù)據(jù)的傳輸途徑及中轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)。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(hào)（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(hào)（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(duì)控制傳輸錯(cuò)誤等的數(shù)據(jù)加以傳輸。據(jù)，提供控制順序，以便對(duì)控制傳輸錯(cuò)誤等的數(shù)據(jù)加以傳輸。例如：例如：訪問(wèn)時(shí)的方法及數(shù)據(jù)形式；訪問(wèn)時(shí)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(cuò)誤檢測(cè)方式；方式、同步方式、錯(cuò)誤檢測(cè)方式；響應(yīng)方式、通信方式、響應(yīng)方式、通信方式、幀的構(gòu)成；幀的構(gòu)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(shí)所使用的電纜、插座等媒體，信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)等，以規(guī)定通信時(shí)所使用的電纜、插座等媒體，信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)等，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間信號(hào)的交接。例如：信號(hào)電平、發(fā)送與接收、實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間信號(hào)的交接。例如：信號(hào)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(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 應(yīng)用層交互層傳輸層CAN層網(wǎng)絡(luò)管理CAN總線8.3.5 CAN總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn) 1.CAN為多主方式工作，即網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)

13、地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無(wú)需站地址等節(jié)點(diǎn)信息2. CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)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(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)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(shí)間。4. CAN只需通過(guò)幀濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接受數(shù)據(jù)，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的調(diào)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(yuǎn)可）編碼，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)達(dá)10km（速率（速率5kb

14、/s）；通信速率最高可達(dá)）；通信速率最高可達(dá)1Mb/s（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m)。 6. CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)。標(biāo)示符可達(dá)個(gè)。標(biāo)示符可達(dá)2032種（種（CAN2.0A）,而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B)的標(biāo)示符幾乎不受限制。的標(biāo)示符幾乎不受限制。 7. 采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯(cuò)效果。的檢錯(cuò)效果。 8. CAN的每幀信息都有的每幀信息都有CRC效驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證數(shù)效驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。據(jù)出錯(cuò)

15、率極低。 9. CAN的通信介質(zhì)可為雙鉸線、同軸電纜或光纖，選擇靈的通信介質(zhì)可為雙鉸線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。活。 10. CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。以使總線上其他節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的特點(diǎn) 8.4.3 LIN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) LIN（Local Interconnect Network）網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)）網(wǎng)絡(luò)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(mén)（等公司和部門(mén)（LIN聯(lián)合體）聯(lián)合體）提出的一個(gè)汽車(chē)底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其目的是給出一個(gè)價(jià)格提出的一個(gè)汽車(chē)底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其目的是給出一個(gè)價(jià)格低廉、性能可靠的低速網(wǎng)，在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中作為低廉、性能可靠的低速網(wǎng)，在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中作為低端網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)與其相應(yīng)的開(kāi)發(fā)、測(cè)試以及維護(hù)平總線系統(tǒng)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與其相應(yīng)的開(kāi)發(fā)、測(cè)試以及維護(hù)平臺(tái)的應(yīng)用，將會(huì)降低車(chē)上電

17、子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、使用和臺(tái)的應(yīng)用，將會(huì)降低車(chē)上電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)的費(fèi)用。維護(hù)的費(fèi)用。8.4.1 LIN的發(fā)展的發(fā)展 LIN協(xié)議是以廣泛應(yīng)用的協(xié)議是以廣泛應(yīng)用的SCI（UART）為基礎(chǔ)定義的。它支持）為基礎(chǔ)定義的。它支持與這類(lèi)產(chǎn)品的連接。與這類(lèi)產(chǎn)品的連接。LIN采用單主多從帶信息標(biāo)識(shí)的廣播式信采用單主多從帶信息標(biāo)識(shí)的廣播式信息傳輸方式，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)在通信中的地位分為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)。息傳輸方式，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)在通信中的地位分為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)。 LIN的物理層是根據(jù)汽車(chē)故障診斷系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的物理層是根據(jù)汽車(chē)故障診斷系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO9141擬定的擬定的12V單總線（單總線（Single-Wire 12VBus），滿足汽車(chē)環(huán)境的電磁），滿足汽車(chē)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(yīng)用的廉價(jià)高效的通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。高通信頻帶環(huán)境中應(yīng)用的廉價(jià)高效的通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 LIN配置語(yǔ)言給出在開(kāi)發(fā)中描述系統(tǒng)