汽车车载网络技术简介课件

汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术主编王秀红田有为 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.1.1 车载网络技术发展的背景车载网络技术发展的背景8.1.2 车载网络的结构车载网络的结构8.1.3 常用基本术语常用基本术语 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.1.1车载网络技术发展的背景车载网络技术发展的背景发 动 机发 动 机控制控制制 动 防制 动 防抱死抱死灯光灯光空调空调电子电子锁锁仪仪表表板板变 速 控变 速 控制制主 动 悬主 动 悬架架自动自动座椅座椅自动自动门窗门窗安全安全气囊气囊传U1 统点对点通讯方式 传统的点对点的通讯方式 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介CAN总线的通讯方式 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.1.2 车载网络的结构车载网络的结构车载网络结构示意图 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.1.3 常用基本术语常用基本术语 1. 数据总线 数据总线是模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信号能被多个系统（控制单元）共享，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 2. 多路传输所谓多路传输，指在计算机局域网中，将多种信息混合或交叉通过一个通信信道传送的方式。 传统线路与多路传输线路 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 3. 模块节点模块节点模块就是一种电子装置。简单一点的如温度和压力传感器，复杂的如计算机（微处理器）。传感器是一个模块装置，根据温度和压力的不同产生不同的电压信号。这些电压信号在计算机（一种数字装置）的输人接口被转变成数字信号。在计算机多路传输系统中一些简单的模块被称为节点。各节点通过插接器连接到多路传输系统中。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 4. 网关 网关实际上是一个单片微型计算机，是连接不同网络系统的接口装置。网关的作用就是为在不同的通信协议和不同的传输速度的模块之间进行通信时，建立连接和信息解码，重新编译，并将数据传输给其他系统。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.2 车载网络通信协议车载网络通信协议 通信协议是指通信双方控制信息交换规则的标准、约定的集合，即数据在总线上的传输规则。在汽车上，要实现车内各ECU之间的通信，必须制定规则，即通信的方法、通信时间、通信内容，保证通信双方能相互配合，使通信双方能共同遵守、可接受的一组规定和规则。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 汽车总线网络系统示意图 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.2.1 A类网络协议标准类网络协议标准 A类是面向传感器执行器控制的低速网络，类是面向传感器执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于数据传输位速率通常小于l0kbit/s，主要用于后视，主要用于后视镜调整，电动窗、灯光照明等车身控制。该类网镜调整，电动窗、灯光照明等车身控制。该类网络有多种通信协议，目前首选的标准是络有多种通信协议，目前首选的标准是LIN。LIN是用于汽车分布式电控系统的一种新型低成是用于汽车分布式电控系统的一种新型低成本串行通信系统，它是一种基于本串行通信系统，它是一种基于 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）的数据格式，是主从结构的单线的数据格式，是主从结构的单线12V的总线通信的总线通信系统。主要用于智能传感器和执行器的串行通信，系统。主要用于智能传感器和执行器的串行通信， 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.2.2 B类网络协议标准类网络协议标准 B类是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在10125kbit/s，属于数据在节点间传输的多总线系统，可取消多余的系统组件。该类网络适用于对实时性要求不高的通讯场合，以减少冗余传感器和其他电子部件，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示、负载信息、故障诊断等。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 8.2.3 C类网络协议标准类网络协议标准 C类是面向高速、实时闭环控制的多路传类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网，位速率在输网，位速率在125kbit/s1Mbit/s之间，主之间，主要用于与汽车安全相关，以及实时性要求比要用于与汽车安全相关，以及实时性要求比较高的地方，如牵引控制、发动机控制、自较高的地方，如牵引控制、发动机控制、自动变速器、动变速器、ABS/ASR、安全气囊、主动悬、安全气囊、主动悬架、巡航系统、电动转向系统、故障诊断系架、巡航系统、电动转向系统、故障诊断系统及组合仪表信号的采集系统等。在统及组合仪表信号的采集系统等。在C类标类标准中，欧洲的汽车制造商基本上采用的都是准中，欧洲的汽车制造商基本上采用的都是高速通信的高速通信的CAN总线标准总线标准ISO11898。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.2.4 MOST技术技术 MOST采用塑料光缆（POF）的网络协议，将音响装置、电视、全球定位系统及电话等设备相互连接起来，给用户带来极大的便利。MOST利用一根光纤，最多可以同时传送15个频道的CD质量的非压缩音频数据 。在一个局域网上，最多要以连接64个节点。车上的多媒体系统则同时采用了IDB1394（智能传输系统）和MOST系统。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 汽车总线应用示意图 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.3 CAN数据总线传输系统数据总线传输系统8.3.1 CAN的含义的含义CAN总线全称为控制器局域网络（CANController Area Network）。CAN总线是国际上应用最广的一种现场总线（区别于办公室总线），是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行通信协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线性仲裁技术 以及灵活的通讯方式适应了汽车的实时性和可靠性要求。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 汽车上的网络连接方式主要采用汽车上的网络连接方式主要采用2条条CAN，一条用于，一条用于驱动系统的高速驱动系统的高速CAN，速率达到，速率达到500kb/s，即动力总线；，即动力总线；另一条用于车身系统的低速另一条用于车身系统的低速CAN，速率是，速率是100kb/s。驱动。驱动系统系统CAN主要连接对象是发动机控制器（主要连接对象是发动机控制器（ECU）、）、ABS/ASR控制器、安全气囊控制器、组合仪表等，它们的控制器、安全气囊控制器、组合仪表等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统身系统CAN主要连接和控制的汽车内外部照明、灯光信号、主要连接和控制的汽车内外部照明、灯光信号、雨刮电机等电器。国内完全引进技术生产的奥迪雨刮电机等电器。国内完全引进技术生产的奥迪A6车型已车型已于于2000年起采用年起采用CAN总线替代原有线束，总线替代原有线束，PassatB5、 Bora、Polo、Fiat的的Palio、 Siena、哈飞赛马等车型都不、哈飞赛马等车型都不同程度地使用了同程度地使用了CAN总线技术。总线技术。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.3.3 CAN数据总线传输系统的构成数据总线传输系统的构成1. CAN控制器控制器2. CAN收发器收发器3. 数据传递终端数据传递终端4. CAN数据总线数据总线5. 数据传输过程数据传输过程 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.3.4 CAN网络结构网络结构 1. OSI七层体系结构七层体系结构ISO/OSIISO/OSI的基本参考模型的基本参考模型各层定义的主要项目各层定义的主要项目软件控制软件控制7 7层：应用层层：应用层提供各种实际可以应用的服务提供各种实际可以应用的服务6 6层：表示层层：表示层对数据的表现形式进行变换。例如：文字的调整、数据对数据的表现形式进行变换。例如：文字的调整、数据的压缩、加密的压缩、加密5 5层：会话层层：会话层为实现会话通信，按正确的顺序控制数据的发送与接收为实现会话通信，按正确的顺序控制数据的发送与接收4 4层：传输层层：传输层保证按顺序控制数据及更正错误等的通信品质。例如：保证按顺序控制数据及更正错误等的通信品质。例如：订正错误、重新发送的控制订正错误、重新发送的控制3 3层：网络层层：网络层选择数据的传输途径及中转。例如；各单元之间的数据选择数据的传输途径及中转。例如；各单元之间的数据交换及地址管理交换及地址管理硬件控制硬件控制2 2层：数据链路层：数据链路层层将从物理层获得的信号（字符集）汇总成具有某种意义将从物理层获得的信号（字符集）汇总成具有某种意义的数据，提供控制顺序，以便对控制传输错误等的数据的数据，提供控制顺序，以便对控制传输错误等的数据加以传输。例如：加以传输。例如：访问时的方法及数据形式；访问时的方法及数据形式；通信通信方式、连接控制方式、同步方式、错误检测方式；方式、连接控制方式、同步方式、错误检测方式；响响应方式、通信方式、帧的构成；应方式、通信方式、帧的构成；组帧方式组帧方式1 1层：物理层层：物理层规定通信时所使用的电缆、插座等媒体，信号的标准等，规定通信时所使用的电缆、插座等媒体，信号的标准等，以实现设备之间信号的交接。例如：信号电平、发送与以实现设备之间信号的交接。例如：信号电平、发送与接收、电缆及插接器等的形式接收、电缆及插接器等的形式 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介2. CAN网络结构网络结构 应用层交互层传输层CAN层网络管理CAN总线 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.3.5 CAN总线的特点总线的特点 1.CAN为多主方式工作，即网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息2. CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134us内得到传输。3. CAN采用非破坏性总线性仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。4. CAN只需通过帧滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接受数据，无需专门的调度。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介5. CAN采用非归零式（采用非归零式（NRZ）编码，直接通信距离最远）编码，直接通信距离最远可达可达10km（速率（速率5kb/s）；通信速率最高可达）；通信速率最高可达1Mb/s（此（此时通信距离最长为时通信距离最长为40m)。 6. CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。标示符可达个。标示符可达2032种（种（CAN2.0A）,而扩展标准而扩展标准(CAN2.0B)的标示符几乎不受限制。的标示符几乎不受限制。 7. 采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。的检错效果。 8. CAN的每帧信息都有的每帧信息都有CRC效验及其他检错措施，保证效验及其他检错措施，保证数据出错率极低。数据出错率极低。 9. CAN的通信介质可为双铰线、同轴电缆或光纤，选择灵的通信介质可为双铰线、同轴电缆或光纤，选择灵活。活。 10. CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。以使总线上其他节点的操作不受影响。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 8.4.1 LIN的发展的发展 8.4.2 LIN的特点的特点 8.4.3 LIN的网络结构的网络结构 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 LIN（Local Interconnect Network）网络创始于）网络创始于1998年，是由年，是由Audi、BMW、Daimler、Chrysler、Motorola、Volcano Communications Technologies（VCT）、）、Volkswagen和和Volvo等公司和部门等公司和部门（LIN联合体）提出的一个汽车底层网络协议。其联合体）提出的一个汽车底层网络协议。其目的是给出一个价格低廉、性能可靠的低速网，目的是给出一个价格低廉、性能可靠的低速网，在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议，在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议，并逐渐取代目前各种各样的低端总线系统。这个并逐渐取代目前各种各样的低端总线系统。这个标准与其相应的开发、测试以及维护平台的应用，标准与其相应的开发、测试以及维护平台的应用，将会降低车上电子系统开发、生产、使用和维护将会降低车上电子系统开发、生产、使用和维护的费用。的费用。8.4.1 LIN的发展的发展 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介 LIN协议是以广泛应用的协议是以广泛应用的SCI（UART）为基础定义的。它支持）为基础定义的。它支持与这类产品的连接。与这类产品的连接。LIN采用单主多从带信息标识的广播式采用单主多从带信息标识的广播式信息传输方式，网络节点根据在通信中的地位分为主节点和从信息传输方式，网络节点根据在通信中的地位分为主节点和从节点。节点。 LIN的物理层是根据汽车故障诊断系统标准的物理层是根据汽车故障诊断系统标准ISO9141拟定的拟定的12V单总线（单总线（Single-Wire 12VBus），满足汽车环境的电磁兼容、），满足汽车环境的电磁兼容、静电放电和抗噪声干扰要求。静电放电和抗噪声干扰要求。LIN提供了一种在不需要更高通提供了一种在不需要更高通信频带环境中应用的廉价高效的通信网络标准。信频带环境中应用的廉价高效的通信网络标准。 LIN配置语言给出在开发中描述系统结构和系统特性（如节配置语言给出在开发中描述系统结构和系统特性（如节点、接口、延时等）的标准。按照这个标准，来自不同开发商点、接口、延时等）的标准。按照这个标准，来自不同开发商的数据库、网络设备、网络分析仿真工具可以互相兼容。的数据库、网络设备、网络分析仿真工具可以互相兼容。 LIN 应用程序接口（应用程序接口（API）提供了应用程序与）提供了应用程序与LIN通信系统通信系统软件的调用接口，这是一个比较简单但对提高系统设计效率非软件的调用接口，这是一个比较简单但对提高系统设计效率非常有效的标准。常有效的标准。 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术 汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术2006年3月汽车车载网络技术简介8.4.3 LIN的网络结构的网络结构