《智能网联汽车技术概论》第六章 课后习题

第六章 汽车总线及车载网络技术学习目标1能够理解CAN总线的原理，熟悉CAN总线在汽车中的应用2能够理解LIN总线的原理，熟悉LIN总线在汽车中的应用3能够理解FlexRay总线的原理，熟悉CAN总线在汽车中的应用4能够理解MOST总线的原理，熟悉MOST总线在汽车中的应用5能够理解车载以太网的主要技术，熟悉车载以太网的应用本章小结本章的学习目标你已经达成了吗？请通过思考以下问题的答案进行结果检验。序号问题自检结果1汽车总线相对传统布线有何优势？传统的布线方式会带来布线复杂、占用空间、成本提高、可靠性和可维修性降低等诸多问题。总线技术。采用汽车CAN总线技术可以将汽车电控系统之间的通信线束大大减少，从而节省了空间、降低了成本，实现了资源共享，提高了系统工作可靠性和可维修性。2说明汽车总线分类、典型总线和应用场合分类：美国汽车工程师协会的汽车网络委员会按照协议特性分为A、B、C、D四类。典型总线：主要包括CANBus、LINBus、FlexRay总线和MOST四种总线。应用场合：1）A类网络是面向传感器/执行器控制的低速网络，是应用在控制模块与智能传感器或智能执行器之间的通信网络，主要用于车外后视镜调整、电动车窗、灯光照明、智能刮水器等控制；2）B类网络是面向独立模块间数据共享的中速网络，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统；3）C类网络是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，主要应用于牵引力控制、发动机控制、ABS、ESP等系统；4）D类网络是面向多媒体信息的高速传输网络，主要应用于车载视频、车载音响、车载电话、导航等影音信息娱乐系统；5）E类网络是面向汽车被动安全系统的高速、实时网络，用于车辆被动性安全领域。3说明CAN节点向总线上发送数据的流程和从总线上接收数据的流程节点1的微控制器1对传感器1进行数据采集，然后将传感器1对应的数字信号附加一个数据ID号发送给CAN控制器1，CAN控制器1对数据进行打包，然后将数据包发送给CAN收发器1，CAN收发器1再将其数字信号转换为对应的CAN总线电压信号，从而完成数据发送过程；当节点n从CAN总线上接收到电压信号后，首先由CAN收发器n将总线电压信号转换为对应的数字信号，然后将其数字信号发送给CAN控制器n；CAN控制器n首先对其收到的数据进行“验收滤波”，判断收到的信号是否是自身节点需要的数据，若是，则接受此数据并对其进行解包，为节点n的微控制器n提供有效数据（节点1的传感器信号），微控制器n可根据节点1的传感器信号控制执行器n动作；否则，节点n放弃此次收到的CAN数据。4CAN总线是如何实现数据仲裁的？1）CAN总线的多个节点同时向总线上发送数据时，总线上的结果是多个数据的“逻辑与”值。2）CAN收发器具有“边说边听”功能，即节点向CAN总线上发送数据时，同时也能监听到总线上的数据。5CAN总线是如何实现验收滤波的？每个节点的CAN控制器中都有两个寄存器：验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器。当某节点的验收屏蔽寄存器设置为“有关”时，则该节点只能接受数据ID号与自身验收代码寄存器内容完全相同的数据；当某节点的验收屏蔽寄存器设置为“无关”时，则该节点“来者不拒”，可接受数据ID号为任意值的数据，这就是所谓的CAN验收滤波原理。借助验收滤波功能，可以灵活实现CAN总线的“点对点”、“一点对多点（广播）”的数据通信方式。6CAN总线具有高可靠性、安全性和实时性，其具体表现有哪些？1）CAN总线采用双绞线和差分电压方式，对外抗干扰，同时又不对外产生干扰。2）CAN总线采用“边说边听”方式的无破坏性仲裁。3）CAN总线采用短帧格式，核心的数据最多8个字节，从而保证实时性和可靠性。4）CAN总线采用先进的循环冗余校验（CRC），保证可靠性。5）CAN总线采用帧内应答，保证实时性。7CAN总线在智能网联汽车应用中存在哪些挑战？在引入信息娱乐系统和基于视频的ADAS高级驾驶辅助系统时，这些应用的数据传输带宽要求明显高于传统的控制系统。CAN总线通信缺乏加密和访问控制机制，缺少认证和消息验证机制，无法识别和警告异常消息。8LIN总线和CAN总线有何区别？LIN总线是一种辅助的串行通信总线网络，多用于不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，在车载网络中，LIN处于低端，与CAN以及其他B级或C级网络比较，它的传输速度低、结构简单、价格低廉；在汽车上，LIN与这些网络是互补的关系。9LIN总线有几种信息传输模式？LIN总线共有3种信息传输模式1）主节点请求从节点数据2）主节点向从节点发送数据3）从节点之间发送数据10MOST总线在汽车中采用什么拓扑结构？在MOST总线中，各个终端设备（节点、控制单元）之间通过一个数据只沿一个方向传输的环形总线连接，音频、视频信息在环形总线上循环，并由每个节点（控制单元）读取和转发。各个控制单元之间通过光导纤维相互连接而形成一个封闭环路，因此每个控制单元拥有两根光导纤维，一根光导纤维用于发射器，一根光导纤维用于接收器。11FlexRay总线有哪些优点和应用？FlexRay是一种用于汽车的高速、可确定性的、具备故障容错能力的总线技术，它将事件触发和时间触发两种方式相结合，具有高效的网络利用率和系统灵活性特点，可以作为新一代汽车内部网络的主干网络。12目前车载以太网物理层技术有哪些？（1）适合车辆环境的以太网物理层元件；（2）BroadR-Reach的100 Mbit/s汽车以太网解决方案；（3）IEEE RTPGE 及 PoE 技术。13车载以太网在智能网联汽车中有哪些优势？1）低成本下的高带宽。新的汽车功能需要的是更加开放、高速，车载以太网有助于减少功耗，线束重量和部署成本。2）支持不同应用的多种协议和功能。以太网可以同时支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP等多种协议或应用形式。3）适应未来的能力。以太网是一种可持续更新、发展的技术。不仅仅是一种成熟的通信技术，更是一种对未来的适应能力。4）无线功能。车载以太网的普及将加快引入WAVE，在智能交通时代，WAVE也将为V2X提供新的技术拓展潜力。