車載網(wǎng)絡(luò)課件：車用總線技術(shù)概述

車用總線技術(shù)2.1

概述2.1.1

車用總線發(fā)展的背景及必要性1.

車用總線發(fā)展的背景（1）車上電子設(shè)備不斷增加，使電子線路迅速膨脹，線束越來(lái)越復(fù)雜，布線越來(lái)越困難。減少線束是必須解決的問(wèn)題，而點(diǎn)到點(diǎn)的并行連接方式無(wú)能為力，基于串行信息傳輸?shù)目偩€是一種必然的選擇。2.1.1

車用總線發(fā)展的背景及必要性（2）隨著汽車電子化的深入，以網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)的線控技術(shù)將在車上普遍應(yīng)用。用電子信息的傳送取代機(jī)械的或液壓的或氣動(dòng)的系統(tǒng)連接的傳動(dòng)部分。人機(jī)接口執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感機(jī)構(gòu)功能裝置電信號(hào)（電路或無(wú)線信號(hào)）線控系統(tǒng)基本原理圖2.1.1

車用總線發(fā)展的背景及必要性（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用和智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用，使汽車成為互聯(lián)網(wǎng)上的終端。ITS：汽車具有接收和提供相關(guān)信息的功能，如接收定位信號(hào)、提供地理信息服務(wù)、接收管理信息、發(fā)送本車狀態(tài)信息、進(jìn)行安全服務(wù)請(qǐng)求等。2.1.1

車用總線發(fā)展的背景及必要性2.

車用總線的特點(diǎn)（1）汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要求可靠、廉價(jià)，與系統(tǒng)一體化、線路簡(jiǎn)單和實(shí)時(shí)性好。（2）汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)是范圍小、節(jié)點(diǎn)數(shù)少，多數(shù)應(yīng)用要求的傳輸速度不高。2.1.1

車用總線發(fā)展的背景及必要性（3）車輛引入總線技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：①

減少了線束的數(shù)量和體積，提高了電子系統(tǒng)的可靠性，維修容易、安裝簡(jiǎn)便。②

由于采用了通用傳感器，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可以達(dá)到消除冗余傳感器并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的目的。2.1.1

車用總線發(fā)展的背景及必要性③改善了車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)和配置的靈活性，實(shí)現(xiàn)車輛各個(gè)裝置的模塊化。④

使用網(wǎng)絡(luò)將車輛各個(gè)電子裝置連接起來(lái)，讓車輛真正成為系統(tǒng)控制的整體對(duì)象，利于車輛動(dòng)力性、排放性、操縱性、經(jīng)濟(jì)性和安全性的改進(jìn)。美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）目前已確定通訊網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)類別：（1）A類是面向傳感器、執(zhí)行器的低速網(wǎng)絡(luò)，該類網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，位速率一般為1～10Kbit/s，主要應(yīng)用于電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制，采用LIN。2.1.2車用總線的分類及發(fā)展概況（2）B類主要面向獨(dú)立模塊間的數(shù)據(jù)共享，是中速網(wǎng)絡(luò)，該網(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它電子部件，主要應(yīng)用于車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示等系統(tǒng)，采用低速CAN。（3）C類主要面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，典型應(yīng)用是發(fā)動(dòng)機(jī)控制、懸架控制、ABS等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，采用高速CAN。2.1.2車用總線的分類及發(fā)展概況NetworkProtocolsinEmbedded(Automotive)SystemsD2B,MOSTTokenRingOpticalBusByteFlightLINJ1850DataRate[Bit/s]ClassA20K125K1M10M25MLowSpeedCANArbitration

FaultTolerant,DualWireHighSpeedCANArbitration(CSMA)

EventTriggered,DualWireFlexray,TTxTimeTriggered(TDMA)

FaultTolerant2x2Wire/OpticalBluetoothWirelessBusClassBClassCMulti-Media2.1.2車用總線的分類及發(fā)展概況

汽車工程協(xié)會(huì)（SAE）將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)劃分為三類：類別對(duì)象傳輸速度kb/s應(yīng)用范圍A面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)

<10

燈光照明、電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)等系統(tǒng)

B面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)

10~125

車輛電子信息中心、安全氣囊、故障診斷、儀表顯示等系統(tǒng)

C面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的高速傳輸網(wǎng)125~1000

牽引控制、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、懸架控制、ABS控制等系統(tǒng)

2.1.2車用總線的分類及發(fā)展概況

三類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍不同，且采用不同的協(xié)議。

盡管新開(kāi)發(fā)出的總線網(wǎng)絡(luò)通信速度越來(lái)越高，但是還沒(méi)有一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)可以完全滿足未來(lái)汽車的所有成本和性能要求；因此，在車輛的各功能模塊中采用多種協(xié)議以實(shí)現(xiàn)未來(lái)車輛上的聯(lián)網(wǎng)。2.2

幾種車用總線通信技術(shù)2.2幾種車用總線通信技術(shù)

并行：速度快、效率高，但是如果通信雙方距離較遠(yuǎn)，并行傳送會(huì)使傳輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，投資增加。

串行：按位順序地傳送，傳送速度慢、效率低，但它可以大幅度的減少通信系統(tǒng)的投資。所以，在通信距離較遠(yuǎn)時(shí)，必須采用串行通信。2.2幾種車用總線通信技術(shù)1.串口通信為了數(shù)據(jù)采集或與其它控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，車用ECU經(jīng)常采用串口通信的方式，其中RS232C協(xié)議是目前最為常用的一種串行通信接口。2.2幾種車用總線通信技術(shù)2.I2C總線通信I2C總線InterIntegratedCircuitBus的縮寫，用于芯片間串行通信的總線。I2C總線以兩根連線實(shí)現(xiàn)全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)器件之間地址和數(shù)據(jù)信息的雙向傳送，具有引出線少、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。2.2幾種車用總線通信技術(shù)信號(hào)的傳輸是由串行數(shù)據(jù)線SDL和串行時(shí)鐘線SCL兩條線雙向傳輸，兩線均由CPU引出，其它單元電路均掛接在SCL和SDL上。IIC電路圖2.2幾種車用總線通信技術(shù)3.CAN總線通信德國(guó)博世公司于80年代初，為了解決眾多傳感器與執(zhí)行裝置之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，是車輛領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一種。2.2幾種車用總線通信技術(shù)4.LIN總線通信局部互連網(wǎng)絡(luò)LIN（LocalInterconnectNetwork）是一種將簡(jiǎn)單控制設(shè)備連接起來(lái)的串行通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN總線是一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)，在不需要CAN

總線的帶寬和多功能的場(chǎng)合，比如智能傳感器和其他裝置之間的通信，使用LIN總線可大大節(jié)省成本。2.2幾種車用總線通信技術(shù)

5.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)基礎(chǔ)（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：具有資源共享和通信功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合體。汽車上的網(wǎng)絡(luò)，通信的含義比較重一些。它們是按照一定的通信協(xié)議連接的一些控制單元或智能裝置，控制信號(hào)、傳感器信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到目的系統(tǒng)。2.2幾種車用總線通信技術(shù)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類：汽車上的網(wǎng)絡(luò)是多個(gè)局域網(wǎng)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。

按網(wǎng)絡(luò)范圍或網(wǎng)絡(luò)上終端的距離：廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。

廣域網(wǎng)：覆蓋范圍大，距離遠(yuǎn)。

局域網(wǎng)：在一個(gè)特定的局部單位內(nèi)連接的網(wǎng)絡(luò)。多個(gè)局域網(wǎng)可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接在一起構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)是連接不同網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的設(shè)備。2.2幾種車用總線通信技術(shù)

按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型網(wǎng)、總線網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的互連形式。2.2幾種車用總線通信技術(shù)

星型拓?fù)渚W(wǎng)：

每個(gè)入網(wǎng)機(jī)器（工作站）通過(guò)點(diǎn)-點(diǎn)連接到中央節(jié)點(diǎn)，任何兩臺(tái)工作站之間的通信都必須通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)。2.2幾種車用總線通信技術(shù)由于汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用目的之一是簡(jiǎn)化線路，所以這種結(jié)構(gòu)不可能成為整車網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，但有可能在一個(gè)部件或總成上使用。

特點(diǎn)：采用集中式通信控制策略，中央節(jié)點(diǎn)必須建立和維持許多并行數(shù)據(jù)通路，因此中央節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而每個(gè)工作站的通信負(fù)擔(dān)很小，只需滿足點(diǎn)-點(diǎn)鏈路簡(jiǎn)單通信要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2.2幾種車用總線通信技術(shù)

總線拓?fù)渚W(wǎng)：

傳輸介質(zhì)是一條總線，工作站通過(guò)相應(yīng)硬件接口接至總線上。2.2幾種車用總線通信技術(shù)一個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)，所有其他站都能接收，此種傳輸介質(zhì)稱為多點(diǎn)式或廣播式。因?yàn)樗泄?jié)點(diǎn)共享一條傳輸鏈路，一次只允許一個(gè)站發(fā)信息，需有某種存取控制方式，確定下一個(gè)可以發(fā)送的站。

特點(diǎn)：2.2幾種車用總線通信技術(shù)（2）傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通路，也是通信中實(shí)際傳輸信息的載體。

網(wǎng)絡(luò)中常用的傳輸介質(zhì)：電話線、同軸電纜、雙絞線、光導(dǎo)纖維電纜、無(wú)線與衛(wèi)星通信。雙絞線2.2幾種車用總線通信技術(shù)雙絞線同軸電纜光纜物理特性按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的2根絕緣線組成由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層及外部環(huán)狀導(dǎo)體，外絕緣層、保護(hù)層組成50~100μm的柔軟、能傳導(dǎo)光波的介質(zhì)傳輸特性可達(dá)1Mbps可達(dá)400MHz。光纖傳輸率可達(dá)幾千Mbps。目前已投入使用的光纖在幾公里范圍內(nèi)速率達(dá)到幾百M(fèi)bps。連通性點(diǎn)—點(diǎn)、多點(diǎn)連接點(diǎn)—點(diǎn)、多點(diǎn)連接點(diǎn)—點(diǎn)、多點(diǎn)連接價(jià)格低，安裝維護(hù)方便中，維護(hù)方便高2.2幾種車用總線通信技術(shù)（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其功能

在通信中，任何一個(gè)作為信息發(fā)送或接收的個(gè)體稱為通信實(shí)體。當(dāng)兩個(gè)通信實(shí)體進(jìn)行通信時(shí)，必須按照一定的約定或規(guī)則進(jìn)行信息交換。2.2幾種車用總線通信技術(shù)如何講

在兩個(gè)（或多個(gè)）通信實(shí)體之間控制信息交換的規(guī)則和約定就是通信協(xié)議。一個(gè)通信協(xié)議通常對(duì)語(yǔ)法、語(yǔ)義和定時(shí)三個(gè)方面進(jìn)行約定。講什么事件發(fā)生的順序、速度匹配、同步規(guī)則等。2.2幾種車用總線通信技術(shù)

系統(tǒng)中通信控制部分（包括軟件和硬件）的功能，就是根據(jù)協(xié)議完成通信處理過(guò)程，一般包括數(shù)據(jù)的拆分與重裝、數(shù)據(jù)標(biāo)記、同步處理、錯(cuò)誤檢測(cè)、容錯(cuò)處理、錯(cuò)誤信令以及網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制等。2.2幾種車用總線通信技術(shù)

單工通信

傳送的信息始終是一個(gè)方向，而不進(jìn)行與此相反的傳送。A為發(fā)送終端，B為接收終端，數(shù)據(jù)只能從A傳送至B，而不能由B傳送至A。發(fā)送單向信道接收AB（4）通信方式2.2幾種車用總線通信技術(shù)

半雙工通信

信息流可在兩個(gè)方向上傳輸，但同一時(shí)刻只限于一個(gè)方向傳輸。

半雙工通信采用二線制線路，在一條信道上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)A→B與B→A兩個(gè)方向通信的方式。2.2幾種車用總線通信技術(shù)

信息可以從A傳至B，或從B傳