智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論 課件 5-1 了解智能網(wǎng)聯(lián)汽車總線及車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應用

智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論能力模塊五掌握車載網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用方式任務(wù)一

了解智能網(wǎng)聯(lián)汽車總線及車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應用新授Newteaching1目錄一、汽車總線技術(shù)與分類二、CAN/CANFD總線技術(shù)三、汽車總線的發(fā)展趨勢——車載以太網(wǎng)一、汽車總線技術(shù)與分類（一）汽車總線技術(shù)點對點的單一通信方式，使汽車上的導線在長度方面、質(zhì)量方面、占用空間方面帶來布線復雜、占用空間、成本提高、可靠性和可維修性降低等諸多問題。常規(guī)布線方式汽車總線就是指在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信息可以被多個系統(tǒng)共享，從而最大限度地提高系統(tǒng)整體的效率，可充分利用有限的資源?？偩€技術(shù)的應用，取代了傳統(tǒng)的線束，使信息交換變得安全、迅速、高效。汽車總線技術(shù)一、汽車總線技術(shù)與分類（一）汽車總線技術(shù)汽車電控系統(tǒng)的總線連接方式如圖所示，汽車電控系統(tǒng)之間的通信線束大大減少，從而節(jié)省了空間，降低了成本，實現(xiàn)了資源共享，提高了系統(tǒng)工作的可靠性和可維修性。一、汽車總線技術(shù)與分類（二）汽車總線技術(shù)的分類為了方便研究和設(shè)計應用，根據(jù)系統(tǒng)的復雜程度、傳輸流量、傳輸速度、傳輸可靠性、動作響應時間等參量，美國汽車工程師學會（SAE）的汽車網(wǎng)絡(luò)委員會將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)劃分為A、B、C、D、E五類。。類別內(nèi)容應用系統(tǒng)實車應用A類網(wǎng)絡(luò)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10kbit/s，是應用在控制模塊與智能傳感器或智能執(zhí)行器之間的通信網(wǎng)絡(luò)（子總線）。用于車外后視鏡調(diào)整、電動車窗、燈光照明、智能刮水器等控制，其特點是傳輸速率低、成本低。LINTTP/A豐田專用的車身電子局域網(wǎng)絡(luò)（BodyElectronicAreaNetwork，BEAN）一、汽車總線技術(shù)與分類（二）汽車總線技術(shù)的分類B類網(wǎng)絡(luò)面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率在10～125kbit/s之間，主要應用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)。用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)。低速控制器局域網(wǎng)（ControllerAreaNetwork，CAN）車輛局域網(wǎng)（VehicleAreaNetwork，VAN）J1850C類網(wǎng)絡(luò)面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)，位速率在125kbit/s～1Mbit/s之間。用于牽引力控制、發(fā)動機控制、ABS、ESP等系統(tǒng)。高速CANTTP/CFlexRay一、汽車總線技術(shù)與分類D類網(wǎng)絡(luò)面向多媒體信息的高速傳輸網(wǎng)絡(luò)，稱為智能數(shù)據(jù)總線，其位率在250kbit/s～100Mbit/s之間。用于車載視頻、車載音響、車載電話、導航等影音信息娛樂系統(tǒng)。按照SAE的分類:IDB-C為低速網(wǎng)絡(luò)IDB-M為高速網(wǎng)絡(luò)，IDB-Wireless為無線通信網(wǎng)絡(luò)。IDB-C主要有CAN總線，IDB-Wireless。IDB-Wireless主要采用IDB-M主要有MOST、DDB等總線藍牙技術(shù)。E類網(wǎng)絡(luò)面向汽車被動安全系統(tǒng)的高速、實時網(wǎng)絡(luò)，用于車輛被動性安全領(lǐng)域，其位速率在10Mbit/s以上。用于安全氣囊系統(tǒng)。典型的安全總線有寶馬公司的Byteflight。（二）汽車總線技術(shù)的分類二、CAN/CANFD總線技術(shù)（一）CAN總線定義

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ControleAreaNetwork）的英文縮寫，是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議，在1985年時德國博世公司為了解決汽車上眾多測試儀器與控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸，而開發(fā)的一種支持分布式控制的串行數(shù)據(jù)通信總線，也是汽車上應用最多、最為普遍的一種總線技術(shù)，是汽車B類和C類網(wǎng)絡(luò)的主流總線。二、CAN/CANFD總線技術(shù)（二）CAN總線系統(tǒng)的總體構(gòu)成

CAN總線系統(tǒng)主要由電控單元（ECU）、CAN數(shù)據(jù)總線及終端電阻組成。每塊電控單元（ECU）的內(nèi)部包含一個CAN控制器、一個CAN收發(fā)器。CAN系統(tǒng)的組成二、CAN/CANFD總線技術(shù)（二）CAN總線系統(tǒng)的總體構(gòu)成1.電控單元（ECU）控制器的基本功能是作為一個運算器，得到傳感器的信息、使用者的操作以及其他控制器的信息，運用相應的程序進行運算或評價，并且以此結(jié)果來實現(xiàn)與其連接執(zhí)行器的功能，乃至將有關(guān)信息發(fā)送給其他控制器。CAN控制器CAN數(shù)據(jù)總線是用以傳輸數(shù)據(jù)的雙向串行總線，大都采用具有較強抗干擾能力的雙絞線，分為CAN高位（CAN-high）線和CAN低位（CAN-low），可以雙向傳遞數(shù)，這樣的結(jié)構(gòu)可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響，也可以防止本身對外界的干擾。CAN收發(fā)器二、CAN/CANFD總線技術(shù)（二）CAN總線系統(tǒng)的總體構(gòu)成2.CAN數(shù)據(jù)總線

CAN數(shù)據(jù)總線是用以傳輸數(shù)據(jù)的雙向串行總線，大都采用具有較強抗干擾能力的雙絞線，分為CAN高位（CAN-high）線和CAN低位（CAN-low），可以雙向傳遞數(shù)，這樣的結(jié)構(gòu)可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響，也可以防止本身對外界的干擾。CAN通信總線3.終端電阻終端電阻的作用是防止信號在傳輸線終端產(chǎn)生反射波，而使正常傳輸?shù)臄?shù)據(jù)受到干擾。二、CAN/CANFD總線技術(shù)節(jié)點1向節(jié)點n傳輸數(shù)據(jù)流程如下：（三）CAN總線原理點1的控制器1對傳感器1進行數(shù)據(jù)采集，然后將傳感器1對應的數(shù)字信號附加一個數(shù)據(jù)標識（ID）號發(fā)送給CAN控制器1CAN控制器1對數(shù)據(jù)進行打包，然后將數(shù)據(jù)包發(fā)送給CAN收發(fā)器1CAN收發(fā)器1再將其數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為對應的CAN總線電壓信號，從而完成數(shù)據(jù)發(fā)送過程。二、CAN/CANFD總線技術(shù)節(jié)點1向節(jié)點n傳輸數(shù)據(jù)流程如下：（三）CAN總線原理CAN控制器n首先對其收到的數(shù)據(jù)進行“驗收濾波”，判斷收到的信號是否是自身節(jié)點需要的數(shù)據(jù)。若是，則接收此數(shù)據(jù)并對其進行解包，為節(jié)點n的微控制器n提供有效數(shù)據(jù)（節(jié)點1的傳感器信號），微控制器n可根據(jù)節(jié)點1的傳感器信號控制執(zhí)行器n動作;否則，節(jié)點n放棄此次收到的CAN數(shù)據(jù)。二、CAN/CANFD總線技術(shù)CAN節(jié)點中的CAN控制器具有“數(shù)據(jù)打包/解包”和“驗收濾波”的作用，而CAN收發(fā)器具有“邊說邊聽（同時發(fā)送和接收）”和“信號轉(zhuǎn)換（數(shù)字信號與總線電壓信號的轉(zhuǎn)換）”的作用。CAN收發(fā)器對CAN-H和CAN-L兩根導線的電壓進行差分運算后，生成差分電壓信號，然后采用"負邏輯"將差分電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。（三）CAN總線原理二、CAN/CANFD總線技術(shù)（四）CAN總線特點

CAN總線采用雙絞線作為傳輸介質(zhì)，媒體訪問方式為位仲裁，是一種多主總線。CAN總線為事件觸發(fā)的實時通信網(wǎng)絡(luò)，其總線仲裁方式采用基于優(yōu)先級的載波偵聽多路訪問沖突檢測法。編號特點內(nèi)容1多主控制多主控制是指在總線空閑時，所有的單元都可以開始發(fā)送消息，最先訪問總線的單元可獲得發(fā)送權(quán)，多個單元同時開始發(fā)送時，發(fā)送高優(yōu)先級ID（標識符）消息的單元可獲得發(fā)送權(quán)。二、CAN/CANFD總線技術(shù)（四）CAN總線特點2消息的發(fā)送在CAN協(xié)議中，所有的消息都以固定的格式發(fā)送?？偩€空閑時，所有與總線相連的單元都可以開始發(fā)送新消息。兩個以上的單元同時開始發(fā)送消息時，根據(jù)ID決定優(yōu)先級。3系統(tǒng)的柔軟性與總線相連的單元沒有類似于"地址"的信息，因此在總線上增加單元時，連接在總線上的其他單元的軟硬件及應用層都不需要改變。二、CAN/CANFD總線技術(shù)（四）CAN總線特點4高速度和遠距離當通信距離小于40m時，CAN總線的傳輸速率可以達到1Mbit/s。通信速率與其通信距離成反比，當其通信距離達到10km時，其傳輸速率仍可以達到約5kbit/s。5遠程數(shù)據(jù)請求可通過發(fā)送“遙控幀”請求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。二、CAN/CANFD總線技術(shù)（四）CAN總線特點6錯誤檢測、錯誤通知、錯誤恢復功能錯誤檢測功能是指所有的單元都可以檢測錯誤；錯誤通知功能是指正在發(fā)送消息的單元一旦檢測出錯誤，會強制結(jié)束當前的發(fā)送，并立即同時通知其他所有單元;錯誤恢復功能是指強制結(jié)束發(fā)送的單元會不斷反復地重新發(fā)送此消息，直到成功發(fā)送為止。二、CAN/CANFD總線技術(shù)（五）CAN總線網(wǎng)絡(luò)幀類型CAN總線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸饕〝?shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀。（1）數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀用于傳輸數(shù)據(jù)，主要由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC校驗、應答域和幀結(jié)束構(gòu)成。數(shù)據(jù)幀組成二、CAN/CANFD總線技術(shù)（五）CAN總線網(wǎng)絡(luò)幀類型（2）遠程幀遠程幀主要用于接收單元向發(fā)送單元請求主動發(fā)送數(shù)據(jù)，包含了數(shù)據(jù)幀中除了數(shù)據(jù)段以外的部分，其實質(zhì)是沒有數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)幀。遠程幀組成二、CAN/CANFD總線技術(shù)（五）CAN總線網(wǎng)絡(luò)幀類型（3）錯誤幀錯誤幀用于在接收和發(fā)送消息時檢測出錯誤并向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通知錯誤發(fā)出的幀，主要包含錯誤標志和錯誤界定符。錯誤幀組成二、CAN/CANFD總線技術(shù)（五）CAN總線網(wǎng)絡(luò)幀類型（4）過載幀當總線數(shù)據(jù)傳輸量過大，接收節(jié)點對接收的數(shù)據(jù)無法及時處理時，會在相鄰的兩個數(shù)據(jù)幀之間穿插發(fā)送一個過載幀，以告求發(fā)送節(jié)點延遲下一幀消息的發(fā)送。由過載標志疊加區(qū)和過載界定符組成示。過載幀組成二、CAN/CANFD總線技術(shù)

汽車CAN總線有兩條：一條用于驅(qū)動系統(tǒng)的高速CAN總線，速率達到500kbit/s；另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN總線，速率為100kbit/s。（六）CAN總線在汽車上的應用二、CAN/CANFD總線技術(shù)低速CAN總線低速CAN總線主要連接燈光、電動車窗、自動空調(diào)及信息顯示系統(tǒng)等，多為低速電動機和開關(guān)量器件，對實時性要求低而數(shù)量眾多高速CAN總線高速CAN總線主要連接發(fā)動機、自動變速器、ABS/ASR、ESP等對通信實時性有較高要求的系統(tǒng)（六）CAN總線在汽車上的應用

以太網(wǎng)是由美國施樂（Xerox）公司創(chuàng)建并由Xerox、英特（Intel）和DEC（數(shù)字裝備）公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。以太網(wǎng)包括標準以太網(wǎng)（10Mbi/s）、快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）、千兆以太網(wǎng)（1000Mbit/s）和萬兆以太網(wǎng)（10Gbit/s）。三、汽車總線的發(fā)展趨勢——車載以太網(wǎng)三、汽車總線的發(fā)展趨勢——車載以太網(wǎng)（一）以太網(wǎng)特點編號特點內(nèi)容1數(shù)據(jù)傳輸速率快現(xiàn)在以太網(wǎng)的最大傳輸速率能達到10Gbi/s，并且還在提高，比任何一種現(xiàn)場總線都快。2應用廣泛以太網(wǎng)是一種標準的開放式網(wǎng)絡(luò)，不同廠商的設(shè)備很容易互聯(lián)。三、汽車總線的發(fā)展趨勢——車載以太網(wǎng)3容易與信息網(wǎng)絡(luò)集成有利于資源共享。由于具有相同的通信協(xié)議，以太網(wǎng)能實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的無縫連接，方便車輛網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)的通信。車輛互聯(lián)網(wǎng)的接入極大地解除了為獲取車輛信息而帶來地理位置上的束縛，這一性能是目前其他任何一種現(xiàn)場總線都無法比擬的。4支持多種物理介質(zhì)和拓撲結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)支持多種傳輸介質(zhì)，包括同軸電纜、雙絞線、光纜、無線等，使用戶可根據(jù)帶寬、距離、價格等因素作多種選擇。（一）以太網(wǎng)特點三、汽車總線的發(fā)展趨勢——車載以太網(wǎng)5軟硬件資源豐富由于以太網(wǎng)已應用多年，人們對以太網(wǎng)的設(shè)計、應用等方面有很多的經(jīng)驗，對其技術(shù)也十分熟悉。大量的軟件資源和設(shè)計經(jīng)驗可以顯著降低系統(tǒng)的開發(fā)成本，從而可以顯著降低系統(tǒng)的整體成本，并大大加快系統(tǒng)的開發(fā)和推廣速度。6可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ笥捎谝蕴W(wǎng)的廣泛應用，使其發(fā)展一直受到廣泛的重視和大量的技術(shù)投入。車載網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，可以避免其發(fā)展游離于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展主流之外，從而使車載網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互相促進，共同發(fā)展。（一）以太網(wǎng)特點三、汽車總線的發(fā)展趨勢——車載以太網(wǎng)（二）以太網(wǎng)在汽車上的應用

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