《汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修》 （第4版） 課件 第七章 汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修

（第4版）第一節(jié)概述第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用

第七章汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)Contents第一節(jié)概述一、汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用為簡化線路，提高車輛內(nèi)部各電控單元之間的通信速度，汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把眾多的電控單元（ECU）連成網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線的形式傳輸，可以達(dá)到信息共享的目的。第一節(jié)概述一、汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用一輛汽車不管有多少塊電控單元，不管信息量有多大，每塊電控單元都只需引出兩根導(dǎo)線，共同接在兩個節(jié)點上，這兩條導(dǎo)線就被稱為數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線又常被稱為BUS線。汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：1.布線簡化，降低成本。2.電控單元之間的交流更加簡單快捷。3.傳感器數(shù)目減少，實現(xiàn)信息資源共享。4.提高汽車總體運行可靠性。第一節(jié)概述二、汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展歷程1986年2月RobertBosch公司在美國汽車工程師協(xié)會（SAE）汽車工程協(xié)會大會上介紹了一種新型的串行總線——CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng)）。隨后日本、歐洲汽車廠商也陸續(xù)采用CAN總線實現(xiàn)對汽車各個控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接和信息共享。以下為常用的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò)和CANFD（可變傳輸速率的控制器局域網(wǎng)絡(luò)），最大速率分別為1Mbit/s和5Mbit/s。VAN（VehicleAreaNetwork）車身系統(tǒng)控制用LAN協(xié)議，以法國車系為中心，速率為1Mbit/s。LIN（LocalInterconnectNetwork），本地內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，主從結(jié)構(gòu)，速度為20kbit/s。Byteflight，重視安全、按用途分類的控制用LAN協(xié)議，通用時分多路復(fù)用（FTDMA），速度為10Mbit/s。FlexRay，重視安全、按用途分類的控制用LAN協(xié)議，速度為10Mbit/s。MOST，信息系統(tǒng)定向通信協(xié)議，以光纖或雙絞線為信息傳輸介質(zhì)。當(dāng)前最高速度為150Mbit/s。DDB/Optical（DomesticDigitalBus），音頻系統(tǒng)通信協(xié)議，將DDB作為音頻系統(tǒng)總線，采用光通信。速度5.6Mbit/s。第一節(jié)概述一、汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用

隨著汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和汽車智能網(wǎng)聯(lián)（v2x）系統(tǒng)的發(fā)展，汽車車載網(wǎng)絡(luò)與車輛外部網(wǎng)絡(luò)的通訊和協(xié)同控制是今后汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。第一節(jié)概述三、汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用的基本術(shù)語1.數(shù)據(jù)總線

數(shù)據(jù)總線是模塊間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道，即所謂的信息高速公路。數(shù)據(jù)總線可以實現(xiàn)一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號可以被多個系統(tǒng)（控制單元）共享，充分利用有限的資源，從而最大限度的提高系統(tǒng)整體效率。2.CANCAN（ControllerAreaNetwork）控制局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在汽車各電控單元ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計到２０２２年，更多車型將采用CAN

FD

技術(shù)。3.局域網(wǎng)在一個有限區(qū)域內(nèi)各個電腦之間的通信連接稱為局域網(wǎng)。局域網(wǎng)一般的數(shù)據(jù)傳輸速度為102Kbit/s——105Kbit/s，傳輸距離為100——250米，誤碼率低。第一節(jié)概述4.現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線（FieldBus）是在工業(yè)過程控制和生產(chǎn)自動化領(lǐng)域發(fā)展起來的一種網(wǎng)絡(luò)體系，是在過程現(xiàn)場，安裝在控制室先進(jìn)自動化裝置中的一種串行數(shù)字通信鏈路。5.多路傳輸多路傳輸用SWS（smartwiringsystem）表示，是指在同一條通道上同時傳輸多條信息。汽車上使用的是單線或是雙線分時多路傳輸系統(tǒng)。6.網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)可以使采用不同協(xié)議及速度的數(shù)據(jù)總線間實現(xiàn)無差錯數(shù)據(jù)傳輸，一個網(wǎng)關(guān)必須具備有從一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議到另一個協(xié)議轉(zhuǎn)換信息的能力，通過它可以實現(xiàn)各條總線上信息的共享以及實現(xiàn)汽車內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)管理和故障診斷功能。

第一節(jié)概述7.幀

為可靠地傳輸數(shù)據(jù)，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一定長度的數(shù)據(jù)單元，這就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯卧?，稱為幀。8.通信協(xié)議通信協(xié)議是通信雙方控制信息交換規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)、約定的集合，即指數(shù)據(jù)在總線上的傳輸規(guī)則。要實現(xiàn)車內(nèi)各電控單元之間的通信，必須制定規(guī)則，即通信的方法、時間和內(nèi)容，以保證通信雙方能相互配合。第一節(jié)概述（四）汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分類

為方便研究的實際應(yīng)用，SAE（SocietyofAutomotiveEngineers）車輛網(wǎng)絡(luò)委員會將汽車數(shù)據(jù)傳輸按系統(tǒng)的復(fù)雜程度、信息量、必要的動作響應(yīng)速度分為A、B、C、D、E五類。A類是面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速度常小于10Kbit/s，主要用于后視鏡調(diào)整，電動天窗、燈光照明等控制。B類是面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率一般在10—125Kbit/s之間，主要應(yīng)用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)。C類是面向高速、實時控制的多路傳輸網(wǎng)，位速率125Kbit/s--1Mbit/s之間，主要用于牽引控制、先進(jìn)發(fā)動機(jī)控制、ABS（Anti-lockBrakingSystem）等系統(tǒng)。D類是網(wǎng)絡(luò)智能數(shù)據(jù)總線IDB(IntelligentDataBus)協(xié)議，主要面向信息、多媒體系統(tǒng)等，IDB-C為低速、IDB-M為高速、IDB-Wireless為無線通信，速率在250kbit/s-100Mbit/s之間。E類網(wǎng)絡(luò)主要面向乘員的安全系統(tǒng)，應(yīng)用于車輛被動安全性領(lǐng)域。第一節(jié)概述典型的汽車車載網(wǎng)絡(luò)第一節(jié)概述（五）汽車網(wǎng)絡(luò)常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)二、汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用（一）CAN總線技術(shù)應(yīng)用1.CAN總線系統(tǒng)的構(gòu)成CAN總線系統(tǒng)由控制單元、雙絞線和終端電阻組成。每個控制單元的內(nèi)部都有一個CAN控制器，一個CAN收發(fā)器。每個電腦連接兩條CAN數(shù)據(jù)總線。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用1）CAN控制器CAN控制器接收在控制單元中的微處理器中的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并傳給CAN收發(fā)器。同時控制器接受收發(fā)器的數(shù)據(jù)，處理并傳給微處理器。2）CAN收發(fā)器CAN收發(fā)器是一個發(fā)送器和接收器的組合，它將CAN控制器提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號并通過數(shù)據(jù)線發(fā)送出去。同時，它接受總線數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳到CAN控制器。3）終端電阻

終端電阻的主要作用是防止數(shù)據(jù)在傳輸終端被反射回來并產(chǎn)生反射波而使數(shù)據(jù)破壞。4）CAN數(shù)據(jù)總線

數(shù)據(jù)總線是用來傳輸數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)線，分為CAN高位（CAN-HIGH）和CAN低位（CAN-LOW）數(shù)據(jù)線。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用2.CAN總線數(shù)據(jù)傳遞原理

控制單元首先向CAN控制器提供需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，CAN收發(fā)器接收由CAN控制器傳來的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上。舉例：發(fā)動機(jī)控制單元向自動變速器控制單元發(fā)送冷卻液溫度信號，自動變速器CAN收發(fā)器接收到由發(fā)動機(jī)控制單元傳來的冷卻液溫度信號后，轉(zhuǎn)換信號并發(fā)給自動變速器控制單元內(nèi)部的控制器，在此項數(shù)據(jù)傳遞過程其它控制單元也會收到冷卻液溫度信號，但是不一定要接受它，原因是該信號對自身不一定有用。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用3.豐田COROLLA轎車CAN總線系統(tǒng)電路圖第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用卡羅拉GL型CAN總線系統(tǒng)組件連接圖第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用4.豐田COROLLA轎車CAN總線系統(tǒng)故障診斷與檢測1）CAN通信系統(tǒng)的故障。一般有三種：第一類是電源故障，由于電源系統(tǒng)電壓低，引起控制器無法正常工作。第二類是節(jié)點故障，多路信息傳輸系統(tǒng)的節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)連接的各個電控單元，因此節(jié)點故障即電控單元本身有故障。第三類是鏈路故障，因多路信息傳輸系統(tǒng)的鏈路不暢通或物理性質(zhì)被改變，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法正常通信。2）CAN總線系統(tǒng)故障診斷及維修的檢測方法故障代碼診斷分析——可根據(jù)豐田專用故障診斷儀IT2或金德KT600故障診斷儀等設(shè)備調(diào)取故障碼，根據(jù)故障碼的提示，按照維修手冊的要求，進(jìn)行檢測。數(shù)據(jù)流分析——與一般電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析一樣，CAN系統(tǒng)故障也會造成相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)生變化，以此進(jìn)故障判斷檢測。波形分析——這是判斷CAN總線系統(tǒng)鏈路故障的主要手段，通過示波器，以波形圖的形式檢查高速CAN與低速CAN的工作情況，CAN總線僅能有2種工作狀態(tài)，在隱性電位時(邏輯值為1)，兩者電壓值很接近；在顯性電位時(邏輯值為0)，CANH電壓值上升，而CANL電壓值下降，但二者的差值約為2．5V，并有100mV的波動。在實際檢測中根據(jù)示波器的波形顯示可以迅速判定總線系統(tǒng)的故障部位。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用DLC3診斷接口端子圖（OBD）第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用6.CAN總線典型故障波形圖CAN-LOW斷路故障波形第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用CAN-High斷路故障波形第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用CAN-LOW對蓄電池短路故障波形第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用CAN-LOW對地短路故障波形第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用CAN-HIGH與CAN-LOW短路故障波形第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用（二）LIN總線技術(shù)應(yīng)用1.LIN的發(fā)展

局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LIN（LocalInterconnectNetwork）是由奧迪、寶馬、DaimlerChrysler、摩托羅拉、VCT（VolcanoCommunicationsTechnologies）、Volkswagen等公司和部門（LIN聯(lián)合體）提出的一個汽車底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用2.LIN的特點LIN協(xié)議是以廣泛應(yīng)用的SCI（UART）為基礎(chǔ)定義的，采用單主/多從帶信息標(biāo)示的廣播式信息傳輸方式，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點根據(jù)在通信中的地位分為主節(jié)點和從節(jié)點。LIN系統(tǒng)具有以下一些特性：（1）單主/多從結(jié)構(gòu)。（2）基于UART/SCI接口的廉價硬件實現(xiàn)。（3）從節(jié)點無振蕩器的自同步功能。（4）保證延時和信號傳輸?shù)恼_性。（5）廉價的單總線和單片元器件結(jié)構(gòu)。（6）數(shù)據(jù)傳輸速度20Kbit/s。（7）一幀信息中數(shù)據(jù)長度為2、4B或8B。（8）系統(tǒng)配置靈活。（9）帶同步的廣播式發(fā)送/接受方式。（10）數(shù)據(jù)累加和校驗（Data-Checksum）及錯誤檢測功能。（11）具備故障節(jié)點的檢測功能。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用3.LIN與CAN的比較第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用4.LIN原理與協(xié)議LIN網(wǎng)絡(luò)主控制器可以執(zhí)行主任務(wù)和從任務(wù)，從控制器只能執(zhí)行從任務(wù)。LIN總線控制方式LIN總線信息幀傳送方式LIN系統(tǒng)中，除了主控制器命名外，節(jié)點不使用任何系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的信息；加入新控制器時，不需要其他從控制器作任何軟件或硬件的改動。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用LIN系統(tǒng)支持休眠工作模式。當(dāng)主節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送一個休眠命令時，所有節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到被喚醒之前總線上不會有任何活動。這時總線處于隱性狀態(tài)，節(jié)點沒有內(nèi)部活動，驅(qū)動器于接收狀態(tài)。LIN系統(tǒng)常見的故障為LIN總線斷路、對電源短路或?qū)Υ铊F短路等。線路接口連接情況LIN總線波形第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用（三）MOST總線技術(shù)應(yīng)用MOST概述1）MOST總線系統(tǒng)的定義與類型

多媒體定向系統(tǒng)傳輸（MediaOrientedSystemsTransport），簡稱為MOST。它是媒體信息傳送的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)?？筛咝鬏斠纛l、視頻、數(shù)據(jù)包和控制數(shù)據(jù)。大部分車型的MOST網(wǎng)絡(luò)通常使用光纖傳輸數(shù)據(jù)，也有部分車型如通用和豐田采用MicrochipMOST50INIC產(chǎn)品，該產(chǎn)品使用UTP（非屏蔽雙絞線）銅線硬件架構(gòu)，該架構(gòu)與高速GMLAN的相同，最高速度可達(dá)50Mb/s，大幅降低生產(chǎn)成本。2）光纖式MOST總線系統(tǒng)特征光纖式MOST網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用塑料光纜（POF）進(jìn)行信息傳輸?shù)腗OST網(wǎng)絡(luò)，將音響裝置、電視、全球定位系統(tǒng)以及電話等視頻、音頻和多媒體設(shè)備相互連接起來。具有以下基本特征：（1）按照速度的不同有MOST25、MOST50、MOST150三種規(guī)格，分別對應(yīng)25Mbit/s、50Mbit/s、150Mbit/s三種不同的傳輸速率。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用（2）無論是否有主控計算機(jī)都可以工作。（3）使用POF（PlasticOpticalFiber）優(yōu)化信息傳送質(zhì)量。（4）支持聲音和壓縮圖像的實時處理。（5）支持?jǐn)?shù)據(jù)的同步和異步傳輸。（6）發(fā)送/接收器嵌有虛擬網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。（7）支持多種網(wǎng)絡(luò)連接方式。（8）不受電磁干擾。光傳輸與電傳輸?shù)膮^(qū)別第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用2.MOST基本結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)

基本的MOST由光學(xué)控制單元和光導(dǎo)纖維組成。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用3.雙絞線式MOST總線系統(tǒng)特征及原理

使用雙絞線的MOST系統(tǒng)（MOST50）與光纖式MOST總線（MOST25和MOST150）均采用媒體定向信息傳輸方式，但在傳輸介質(zhì)方面MOST50采用了成本較低的“無屏蔽雙絞銅線”硬件架構(gòu)，使車輛各媒體設(shè)備之間傳輸速率可達(dá)50Mb/s。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用１)ＭＯＳＴ網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ＭＯＳＴ總線系統(tǒng)采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？刂茊卧ㄟ^光導(dǎo)纖維或雙絞線沿環(huán)形方向?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到下一個控制單元。第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用２)MOST網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)。MOST網(wǎng)絡(luò)的工作分為喚醒和數(shù)據(jù)傳輸兩個階段。首先須通過喚醒過程將系統(tǒng)切換到備用模式。如果某一控制單元（系統(tǒng)管理器除外）喚醒了MOST總線，那么該控制單元就會向下一個控制單元發(fā)射一種專門調(diào)制的光信號喚起整個系統(tǒng)。

系統(tǒng)喚醒第二節(jié)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳輸