汽車電子控制技術(shù)第十章-汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課件

1、第十章 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目 錄第一節(jié) 概述第二節(jié) 總線網(wǎng)絡(luò)及其診斷技術(shù)第三節(jié) LIN總線網(wǎng)絡(luò)第四節(jié) 其它網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介第一節(jié) 概述傳統(tǒng)布線方式的主要缺點(diǎn)：1）整個(gè)汽車的布線將十分復(fù)雜，顯得凌亂；2）增加的復(fù)雜電路降低了汽車的可靠性；3）一般線束都裝在縱梁下等看不見(jiàn)的地方，一旦線束出現(xiàn)問(wèn)題，查找相當(dāng)麻煩，增加了維修的難度；4）占用空間大，使得在有限的汽車空間內(nèi)布線越來(lái)越困難，限制了功能的擴(kuò)展；5）電控單元并不是僅僅與負(fù)載設(shè)備簡(jiǎn)單的連接，更多的是與外圍設(shè)備及其它電控單元進(jìn)行信息交流，并經(jīng)過(guò)復(fù)雜的控制運(yùn)算發(fā)出控制指令，如果按傳統(tǒng)的連接方式，線束的成本較高。6）增加裝配困難以及車身重量，增加售后維修人員對(duì)故障診

2、斷、維修的難度，最終導(dǎo)致故障率增加。汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：1）布線簡(jiǎn)化，降低成本；2）電控單元之間交流更加簡(jiǎn)單和快捷；3）傳感器數(shù)目減少，實(shí)現(xiàn)信息資源共享；4）提高汽車總體運(yùn)行可靠性。二、車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡(jiǎn)介總線分類1、A類總線面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，大多數(shù)A類總線都遵循UART (通用異步接收/發(fā)送器)標(biāo)準(zhǔn)，它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用經(jīng)濟(jì)，通訊速率通常小于20Kb/s ，主要用于天窗、雨刮、空調(diào)、照明等控制。A類總線以LIN規(guī)范為代表，它是由摩托羅拉( Motorola)、奧迪( Audi) 等知名企業(yè)聯(lián)手推出的一種新型低成本的開(kāi)放式串行通訊協(xié)議，主要用于車內(nèi)分布式電控系統(tǒng)，尤其是面向智能傳感器或執(zhí)行

3、器的數(shù)字化通訊場(chǎng)合。2、B類總線面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中低速網(wǎng)絡(luò)，通訊速率在20 125Kb/s，主要應(yīng)用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等實(shí)時(shí)性要求不高的系統(tǒng)。B 類總線以低速CAN 為代表。CAN 是20 世紀(jì)80 年代中期由德國(guó)Bosch公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種車用現(xiàn)場(chǎng)總線，硬件接口較為廉價(jià)，芯片種類豐富，軟件支持廠家眾多，因而較其它網(wǎng)絡(luò)總線使用得更為廣泛。3、C類總線面向?qū)崟r(shí)性控制的中高速網(wǎng)絡(luò)，通訊速率在125Kb/s1M/s之間，主要用于牽引控制、發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、ABS等系統(tǒng)。C 類總線以高速CAN 為代表。4、D類總線面向媒體傳輸?shù)母咚倬W(wǎng)絡(luò)，通訊速率在250Kb/s400M/s以上，

4、主要應(yīng)用于導(dǎo)航、車載音響、車載電話等信息娛樂(lè)系統(tǒng)，帶寬范圍大，D類總線所使用的傳輸介質(zhì)主要是光纖，目前主要的D類網(wǎng)絡(luò)總線有IDB-1394和MOST。 IDB-1394是從IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)演化而來(lái)的一種支持車內(nèi)信息娛樂(lè)系統(tǒng)的高速通信協(xié)議，傳輸速率可以達(dá)到400 Mb/s。MOST是專門(mén)針對(duì)多媒體設(shè)備在汽車上的應(yīng)用，以及其它諸如以流媒體傳輸效率為主要目標(biāo)的市場(chǎng)而設(shè)計(jì)的，傳輸速率可達(dá)50 Mb/s 。 5 、E類網(wǎng)絡(luò) 面向乘員的安全系統(tǒng)以及車輛被動(dòng)安全領(lǐng)域。目前主要的E類網(wǎng)絡(luò)是Byte flight，其最高傳輸速率可達(dá)10 Mb/s。它是由BMW , Motorola , Elmos , I

5、nfineon等公司針對(duì)應(yīng)用在汽車主動(dòng)安全性、被動(dòng)安全性及車身電子系統(tǒng)制定的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。一個(gè)典型的汽車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第二節(jié) 總線網(wǎng)絡(luò)及其診斷技術(shù)（1）成本低；（2）極高的總線利用率；（3）遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離（可長(zhǎng)達(dá)十米）；（4）高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（可達(dá)1Mb/s）；（5）可根據(jù)報(bào)文的ID來(lái)決定接收或屏蔽該報(bào)文；（6）可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制；（7）發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)；（8）節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能；（9）報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息。CAN總線系統(tǒng)的組成及工作原理1、控制單元帶有CAN 收發(fā)功能的控制單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)2鏈路）雙絞線由兩

6、根相互絕緣的銅導(dǎo)線按照一定的規(guī)格互相纏繞在一起而成的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。雙絞線主要是用來(lái)傳輸模擬信號(hào)的，但同樣適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。）同軸電纜也是局域網(wǎng)中最常見(jiàn)的傳輸介質(zhì)之一。它用來(lái)傳遞信息的一對(duì)導(dǎo)體是按照一層圓筒式的外導(dǎo)體套在內(nèi)導(dǎo)體（一根細(xì)芯）外面，兩個(gè)導(dǎo)體間用絕緣材料互相隔離的結(jié)構(gòu)制選的，外層導(dǎo)體和中心軸芯線的圓心在同一個(gè)軸心上，所以叫做同軸電纜。）光纖光纖即為光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱。光纖通訊是以光波為載頻，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的一種通信方式。3. 數(shù)據(jù)傳輸總線構(gòu)件數(shù)據(jù)傳輸總線是鏈路的一種，是控制單元/節(jié)點(diǎn)之間傳遞數(shù)據(jù)的通道，如果一條數(shù)據(jù)總線既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)，則這樣的數(shù)據(jù)總線稱為雙向數(shù)據(jù)總線

7、。汽車上的數(shù)據(jù)總線實(shí)際上是一條導(dǎo)線（單線制），或者是兩條導(dǎo)線（雙線制）。雙線制中的一條導(dǎo)線不是用作額外的通道，它的作用有點(diǎn)像公路上的路肩上面立的交通標(biāo)識(shí)和信號(hào)燈，一旦數(shù)據(jù)通道出現(xiàn)了故障，這條導(dǎo)線可用來(lái)通過(guò)數(shù)據(jù)總線中未發(fā)生故障的部分或者令數(shù)據(jù)換向4. 收發(fā)器收發(fā)器通過(guò)TX 線(發(fā)送導(dǎo)線)或RX 線(接收導(dǎo)線)與數(shù)據(jù)傳輸總線相連發(fā)送器與總線的藕合三、CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程1. 發(fā)送過(guò)程數(shù)據(jù)總線傳輸信息格式2. 接收過(guò)程3. CAN 總線的傳輸仲裁（1) 每個(gè)控制單元在發(fā)送信息時(shí)通過(guò)發(fā)送標(biāo)識(shí)符來(lái)識(shí)別。（2) 所有的控制單元都是通過(guò)各自的RX線來(lái)跟蹤總線上的一舉一動(dòng)并獲知總線的狀態(tài)。（3) 每個(gè)發(fā)射

8、器將回信和RX線的狀態(tài)逐位進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送；如果發(fā)送的是“0”電平，而監(jiān)視的是“1”電平，那么單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。（4）數(shù)據(jù)傳輸總線的調(diào)整規(guī)則：用標(biāo)識(shí)符中位于前部的0 的個(gè)數(shù)代表信息的重要程度，從而保證按重要程度的順序來(lái)發(fā)送信息，當(dāng)具有相同標(biāo)示符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)初始化時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。第三節(jié)LIN總線網(wǎng)絡(luò)LIN 的主要特性如下:(1)低成本，基于通用UART 接口，幾乎所有單片機(jī)都具備LIN 必需的硬件;(2) 極少的信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS09141 規(guī)定;(3)傳輸速率最高可達(dá)20 Kbps;(4) 單主控器/多從設(shè)備模式，無(wú)需仲裁

9、機(jī)制;(5) 從節(jié)點(diǎn)不需晶振或陶瓷振蕩器就能實(shí)現(xiàn)自同步，節(jié)省了從設(shè)備的硬件成本;(6) 保證信號(hào)傳輸?shù)难舆t時(shí)間;(7)不需要改變LIN 從節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點(diǎn);(8) 通常一個(gè)LIN 網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)目小于12 個(gè)，共有64個(gè)標(biāo)志符。二、LIN 總線組成及工作原理一個(gè)LIN 節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)LIN 網(wǎng)邏輯0/1 的電平幀結(jié)構(gòu)LIN 總線控制實(shí)例門(mén)模塊驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)原理圖一、MOST總線（1）MOST在制訂上完全符合ISO/OSI的7層數(shù)據(jù)通訊協(xié)議參考模型，在網(wǎng)線連接上MOST采行環(huán)狀拓?fù)?，也允許改采星狀（亦稱放射狀）或雙環(huán)狀的連接組態(tài)。 （2）MOST支持隨插即用機(jī)制，可在MOST網(wǎng)絡(luò)運(yùn)

10、作時(shí)直接加插裝置或移除裝置，每套MOST網(wǎng)絡(luò)允許最多容許連接64個(gè)的節(jié)點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)間最多可有8個(gè)接口接頭，最長(zhǎng)可達(dá)10米。 （3）在MOST中有一個(gè)時(shí)序主控者（Timing Master）的節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)會(huì)持續(xù)地將資訊送入環(huán)狀接線中，在傳輸?shù)挠嵖蛑?，其前段的預(yù)序（Preamble）部分，或稱封包檔頭（Packet Header）部分將會(huì)重復(fù)地發(fā)送，與休閑中的時(shí)序受控者（Timing Slave）保持同步性。（4）現(xiàn)有的MOST的傳輸率為24.8Mb/s，今后MOST將朝50Mb/s與150Mb/s的更高速化方向努力。第四節(jié) 其它網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介二、FlexRay （1）冗余和非冗余通信。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性，F(xiàn)lexRay提供了冗余傳輸消息的選項(xiàng)。FlexRay具備的冗余通信能力可實(shí)現(xiàn)通過(guò)硬件完全復(fù)制網(wǎng)絡(luò)配置，