車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述.ppt

1、車輛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，1，汽車網(wǎng)絡(luò)標準和協(xié)議，3，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用，2，學習內(nèi)容，1，資料傳輸方法，根據(jù)傳輸設(shè)備向接收設(shè)備傳輸信息時每個字節(jié)的傳輸方式，資料傳輸方法分為并行傳輸和串行傳輸，1。并行傳輸，圖2-13并行傳輸1傳輸設(shè)備2數(shù)據(jù)3接收設(shè)備MSB最大數(shù)字：LSB最小數(shù)字，2。串行傳輸，圖2-14串行傳輸1-傳輸設(shè)備2-數(shù)據(jù)3-接收設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸速率(速度)比特率比特率：每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)(位) (位/秒(bps)。波特率：每秒信號更改的次數(shù)(B/s)。如果沒有調(diào)制，則波特率與比特率速度完全相同。使用相位調(diào)制技術(shù)時，波特率不等于比特率速度。網(wǎng)絡(luò)速度：4 Mbps 1 Gbps

2、=1000 Mbps=1000 * 1000 bps，目前在汽車的3360控制單元內(nèi)部線路上使用并行資料傳輸方法，控制單元外部傳輸信息大多以串行傳輸方式進行。串行數(shù)據(jù)傳輸可以使用同步傳輸或異步傳輸。3 .使用通用時鐘脈沖生成器保持發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備時間管理之間的同步的同步資料傳輸。牙齒方法是同步傳輸方法。圖2-15動機傳輸模式1動機脈沖；2數(shù)據(jù)3停止4啟動；5接收設(shè)備，串行資料傳輸：動機傳輸方法，異步傳輸方法。4 .異步資料傳輸、發(fā)送和接收設(shè)備之間最常用的時間管理方法是異步傳輸方法。在異步資料傳輸中，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間沒有通用的系統(tǒng)位。圖2-16異步資料傳輸時數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)1接收單元2起始位

3、3最低數(shù)字；45-8位數(shù)據(jù)5最大數(shù)字：6個檢查位；78停止位；9傳輸設(shè)備，5 .數(shù)據(jù)總線信息流方向，單任務(wù)通信。雙工通信。圖2-18雙工通信，圖2-17單孔通信，1.1汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，1.1.1汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展過程，汽車電子技術(shù)經(jīng)歷了零件水平的汽車傳記時代，子系統(tǒng)水平的微控制器(汽車電腦)控制時代，開始進入汽車網(wǎng)絡(luò)時代，根據(jù)電子產(chǎn)品和電子控制系統(tǒng)的技術(shù)特點，汽車電子技術(shù)的發(fā)展大致可以分為四個階段。1 .第一階段零件階層汽車傳記時代，19651980年屬于零件階層汽車傳記時代。汽車發(fā)電機電晶體電壓調(diào)節(jié)器、電晶體點火裝置等開始配備汽車設(shè)備，電子控制裝置逐步實現(xiàn)了從分立元件到集成的過渡。牙齒階段配

4、備汽車的其他電子設(shè)備包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子閃光燈、電子控制喇叭、電子間歇雨刷控制器、數(shù)字時鐘、高能點火(HEI)線圈、集成電路點火系統(tǒng)等。2 .第二階段子系統(tǒng)級的汽車電腦控制時代，19801995年屬于子系統(tǒng)級的汽車微控制器(汽車電腦)控制時代，以微控制器控制核心為特定控制內(nèi)容或功能為基本目的的各種電子控制系統(tǒng)迅速發(fā)展。圖1-4電子點火系統(tǒng)配置示意圖，進入90年代后出現(xiàn)了全面全面的電子控制系統(tǒng)。3 .第三階段車輛網(wǎng)絡(luò)水平的汽車網(wǎng)絡(luò)時代，19952010年屬于車輛網(wǎng)絡(luò)水平的汽車網(wǎng)絡(luò)時代。采用先進的微控制器技術(shù)和車輛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，分散在車上，形成了網(wǎng)絡(luò)化的電子控制系統(tǒng)。車輛傳記系統(tǒng)連接到多個ECU、多個節(jié)

5、點的有機整體，從而進一步提高了性能。目前，世界主要汽車制造商生產(chǎn)的大多數(shù)汽車都應(yīng)用了以CAN、LIN、MOST、DDB等為代表的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，將車輛控制系統(tǒng)簡化為節(jié)點模塊化。在基于現(xiàn)場總線的分布式控制中，現(xiàn)有的所有傳感器和執(zhí)行器都可以與同一現(xiàn)場的節(jié)點相結(jié)合，構(gòu)成節(jié)點模塊，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進一步優(yōu)化了汽車的控制系統(tǒng)，大大提高了汽車的整體控制水平。，圖1-6 BMW E60的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，圖1-7 AUDI A4的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，4。以Telematics技術(shù)為代表的汽車信息時代，國際Telematics產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(ITIF)牙齒正式成立，并于2010年成為汽車信息化。圖1-10汽車是信息時代(動力傳輸、

6、車體控制、行車安全、多媒體傳輸)，1 .Telematics簡介，Telematics是指通過嵌入在遠程通信技術(shù)(Telecommunications)汽車、飛機、船舶、火車等運輸工具中的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過無線通訊技術(shù)、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)進行文字、圖像和語音信息交換的統(tǒng)一信息服務(wù)系統(tǒng)。Telematics技術(shù)集成了汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(包括其他移動車輛內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)技術(shù))、無線通訊技術(shù)和全局定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，以便通過無線網(wǎng)絡(luò)開車的人開車、開車，圖1-11 Telematics信息更換過程圖表駕駛員使用無線傳輸連接網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收信息和服務(wù)、下載應(yīng)用系統(tǒng)或更新軟件等可能會降低成本，主要功能保持

7、在運輸安全和車輛安全方面，如圖1-12所示。通過圖1-12 Telematics的主要功能、GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(圖1-13)，可以提前預(yù)測穿行、電子地圖和語音導(dǎo)航相結(jié)合的公路報告、路徑引導(dǎo)(圖1-14)、前交叉路口的車速限制和交通違規(guī)攝像頭的安裝。圖1-13 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，圖1-14電子地圖和語音導(dǎo)航，公路結(jié)構(gòu)，駕駛過程中發(fā)生車禍或車輛故障時，駕駛員可以通過Telematics系統(tǒng)中的緊急呼叫按鈕自動與緊急服務(wù)機構(gòu)(119、120等急救機構(gòu))或汽車服務(wù)站聯(lián)系，獲得公路結(jié)構(gòu)。圖1-15緊急呼叫鍵1-左免提麥克風2-活動天窗按鈕；3-緊急呼叫按鈕；4-右免提麥克風，汽車防盜和搜索。通

8、過GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，可以確定被盜車輛的位置和行駛路徑，進行搜索和追蹤、追車、盜車檢舉。車輛調(diào)度管理。通過無線信息傳輸實現(xiàn)運營車輛的調(diào)度管理。圖1-16操作車輛的調(diào)度管理，自動防碰撞系統(tǒng)。通過測距傳感器或雷達監(jiān)視前后車輛之間的車輛距離，自動調(diào)用車輛自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，使前后車輛之間保持必要的安全距離。(威廉莎士比亞、模板、安全距離、安全距離、安全距離、安全距離、安全距離、安全距離、安全距離、安全距離)，圖1-17自適應(yīng)巡航系統(tǒng)監(jiān)控前后車輛之間的距離，確定車輛狀態(tài)。車輛性能和車輛狀態(tài)的自動監(jiān)控，傳送，道奇，遠程“專家會診”，車輛維修指導(dǎo)等。接收和發(fā)布個性化信息。收發(fā)電子郵件和個性化信息等。接收多媒體

9、音頻和視頻娛樂信息。高畫質(zhì)和高質(zhì)量視聽設(shè)備，游戲機，網(wǎng)絡(luò)機，個人移動信息中心，按需視頻信息等(圖1-18)。車輛費翔預(yù)警系統(tǒng)。如果行駛中的車輛遇到緊急情況，可以通過電話系統(tǒng)向外部(其他車輛或道路交通管理部)提出緊急申請，并可以得到道路交通管理部公布的緊急情況警告和應(yīng)急響應(yīng)計劃，從而確保交通安全和道路暢通。圖1-18后座多媒體音頻和視頻娛樂系統(tǒng)、Telematics系統(tǒng)的汽車布置(圖1-19)可以分為前座位系統(tǒng)、后座系統(tǒng)和引擎系統(tǒng)三個茄子子系統(tǒng)。圖1-19 Telematics系統(tǒng)的汽車布局，1.2汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用節(jié)目，圖1-22隨著汽車電子控制系統(tǒng)的增加，汽車的電子化程度逐年提高，從發(fā)動機控制

10、到傳動系統(tǒng)控制，從駕駛、制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保障系統(tǒng)和儀表報警系統(tǒng)，從電源管理到這些系統(tǒng)不僅需要徐璐通信，信息吞吐量也在急劇增加。繼續(xù)使用現(xiàn)有布線方法(圖1-25)，復(fù)雜控制系統(tǒng)的連接電線(線束)數(shù)量急劇增加，可能難以承受。圖1-24復(fù)雜多控制單元的汽車電腦控制系統(tǒng)，圖1-23汽車內(nèi)部電線(線束)數(shù)(裝有3個電子控制單元)，復(fù)雜控制系統(tǒng)的現(xiàn)有布線方法(一對一布線)會導(dǎo)致車輛電線數(shù)急劇增加，質(zhì)量可能會占據(jù)車輛質(zhì)量，同時大量線束、電線插頭也會降低車輛傳記系統(tǒng)的可靠性，從而提高故障速度。為了解決限制汽車電子技術(shù)發(fā)展的這種信息傳輸瓶頸，出現(xiàn)了一種新的信息傳輸技術(shù)汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。圖1-25兩個控制單元

11、之間的傳統(tǒng)布線(一對一布線)，圖1-26用于在鍵盤和電腦主機之間傳輸信息的數(shù)據(jù)總線技術(shù)，數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線，模塊之間的數(shù)據(jù)執(zhí)行通道，即信息高速公路。數(shù)據(jù)總線允許在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號牙齒共享多個系統(tǒng)(控制單元)，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。如果系統(tǒng)可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)總線稱為雙向數(shù)據(jù)總線，將電腦領(lǐng)域的數(shù)據(jù)總線技術(shù)引入汽車傳記系統(tǒng)，同樣，大大簡化了汽車電路，同時也能傳遞豐富的信息。圖1-27使用數(shù)據(jù)總線技術(shù)在兩個控制單元之間傳輸信息。如圖1-27所示，通過使用數(shù)據(jù)總線技術(shù)在兩個控制單元之間傳輸信息，可以減少數(shù)據(jù)傳輸線的數(shù)量。圖1-28是在具有3個控制單元的系統(tǒng)中

12、使用CAN數(shù)據(jù)總線(圖1-29)傳輸信息的示意圖，因此，汽車內(nèi)部的線束連接也變得簡潔明確(圖1-29)，不再是混亂。圖1-28以具有三個控制單元的系統(tǒng)中的CAN數(shù)據(jù)總線、圖1-29汽車內(nèi)部的電線(線束)數(shù)(裝有三個電子控制單元)、下面的BORA (Bora)汽車的駕駛員側(cè)車門控制單元為例，詳細說明牙齒問題。圖1-30為傳統(tǒng)布線方案(9個線束連接器，共45個電線)，圖1-31為數(shù)據(jù)總線(2個線束連接器，17個電線)，3 .采用汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢，減輕車輛重量。減少電線使用量，銅消耗量減少，可能降低整個車的自重。同時，電車線束變細，為安裝其他新部件提供了空間。降低生產(chǎn)成本。除了減少電線使用量、減少銅

13、消耗降低成本外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)充分發(fā)揮了所有電線作用，實現(xiàn)了“物盡其用”。提高工作可靠性。由于電線數(shù)量的減少，汽車傳記系統(tǒng)中線束連接器的數(shù)量大大減少，線束和連接器引起的開路、短路、接觸不良等故障的發(fā)生率也大大降低，提高了車輛傳記系統(tǒng)的工作可靠性。方便后續(xù)開發(fā)。采用開放式汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為后續(xù)技術(shù)開發(fā)留出足夠的空間。隨著技術(shù)的發(fā)展，新的電子控制系統(tǒng)可以輕松集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中，而無需對現(xiàn)有系統(tǒng)進行重大更改。此外，還便于控制器和執(zhí)行器之間的近距離安裝，以及控制器和執(zhí)行器的集成安裝，進一步節(jié)省了占地空間，提高了控制的實時性和控制精度，實現(xiàn)了良性循環(huán)。圖1-32大眾汽車卡迪、Magotan汽車的一體式ESP EC

14、U、1.2.2現(xiàn)場總線和汽車網(wǎng)絡(luò)，以及現(xiàn)場總線主要用于自動化控制的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)通信總線目前在汽車上廣泛使用的控制局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(can)可以歸類為現(xiàn)場總線類網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network，CAN)，但同時具有幾個茄子特征。汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有控制網(wǎng)絡(luò)(如CAN總線和LIN總線)、多媒體音頻和視頻娛樂信息網(wǎng)絡(luò)(如MOST、DDB等)。目前在汽車電子系統(tǒng)控制中應(yīng)用最廣泛的是CAN總線。1 .現(xiàn)場總線，2?，F(xiàn)場總線配置、現(xiàn)場總線兩個茄子主要組件，即數(shù)據(jù)傳輸線和節(jié)點?？偩€系統(tǒng)的節(jié)點包括控制器、過濾器、收發(fā)器、由兩個資料傳輸終端組成的控制設(shè)備和總線輔助設(shè)備?？刂茊卧獙Ｓ每偩€介面設(shè)備添加到硬件

15、(如CAN總線介面)，并提供軟件(電信標準支持)。圖1-34現(xiàn)場總線控制單元，在大眾速度汽車的電源管理系統(tǒng)中，J519是中央傳記控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點，位于電源管理、外部照明控制、內(nèi)部照明控制、儀表照明和亮度曹征、旋轉(zhuǎn)信號控制、配線柱控制，圖1-36中央傳記控制單元J519是中央傳記控制J527轉(zhuǎn)向柱控制單元，5 .現(xiàn)場總線優(yōu)勢，經(jīng)濟可靠；可控性綜合性互兼容性開放性。1.2.2次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上應(yīng)用了很多應(yīng)用汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)劃分，可以大致分為汽車網(wǎng)絡(luò)4個系統(tǒng)。動力傳動系統(tǒng)車體系統(tǒng)安全系統(tǒng)資訊系統(tǒng)。1動力傳動系統(tǒng)、3個動力CAN數(shù)據(jù)總線連接電腦、引擎、ABS/EDL和自動變速器電腦(可連接

16、電腦，如動力CAN數(shù)據(jù)總線安全氣囊、四輪驅(qū)動和儀表)。可以同時傳遞總線10組數(shù)據(jù)、引擎電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦2組。數(shù)據(jù)總線以500kbit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)組傳輸大約需要0.25ms，每個電氣控制單元7ms20ms傳輸一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先級包括ABS/EDL電子控制設(shè)備、引擎電子控制設(shè)備和自動變速器電子控制設(shè)備。2車身系統(tǒng)是與動力傳動系統(tǒng)相比，汽車各處都裝有車身系統(tǒng)的部件，線束長，容易受到干擾。舒適的CAN數(shù)據(jù)總線連接5個控制單元(包括中央控制單元和4個門控制單元)、5茄子功能(中央門鎖、電動車窗、照明開關(guān)、后視鏡加熱和自我診斷功能)牙齒。3安全系統(tǒng)安全系統(tǒng)是指根據(jù)多個傳感器的信息啟動安全氣囊等控制系統(tǒng)。由此使用的節(jié)點數(shù)將急劇增加。對牙齒系統(tǒng)的要求是成本低，通信速度快，通信可靠性高。4信息(娛樂，ITS)系統(tǒng)的資訊系統(tǒng)通信總線要求是容量大，通信速度很高。1.2.3汽車網(wǎng)絡(luò)分類，1 .按網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)分類，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)表示在線電腦或設(shè)備和信息傳輸介質(zhì)形成的節(jié)點和數(shù)據(jù)傳輸線的物理配置模式。汽車網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)主要有線性結(jié)構(gòu)、星