车载网络技术概述课件

车载网络技术概述.车载车载网网络络技技术术概述概述.1车载网络技术概述车载网络技术概述汽汽车网网络技技术的的发展展1汽汽车网网络标准与准与协议3汽汽车网网络技技术的的应用用2学学习内内容容.汽汽车车网网络络技技术术的的发发展展1汽汽车车网网络标络标准与准与协议协议3汽汽车车网网络络技技术术的的应应用用22车载网络技术概述车载网络技术概述.3车载网络技术概述车载网络技术概述一、数据一、数据传输方式方式 根据根据发送装置向接收装置送装置向接收装置传输信息信息时各字各字节的的传输方式方式不同，数据不同，数据传输方式分方式分为并行并行传输和串行和串行传输两种形式。两种形式。1.并行并行传输 图2-13 并行并行传输1发送装置；送装置；2数据；数据；3接收装置；接收装置；MSB最高最高值数位；数位；LSB最低最低值数位数位.一、数据一、数据传输传输方式方式 根据根据发发送装置向接收装置送装置向接收装置传输传输4车载网络技术概述车载网络技术概述2.串行串行传输图2-14 串行串行传输1-发送装置；送装置；2-数据；数据；3-接收装置接收装置数据的数据的传输速率（速度）速率（速度）比特率比特率比特率：比特率：每秒每秒传输的数据位数（的数据位数（bit），），单位位为bit/s（bps）。）。波特率：波特率：每秒信号每秒信号变化的次数（化的次数（B/s）。）。在无在无调制的情况下，波特率精确等于比特率。采用制的情况下，波特率精确等于比特率。采用调相技相技术时，波特率不等于比特率。，波特率不等于比特率。网速：网速：4 Mbps 1Gbps=1000Mbps=1000*1000bps.2.串行串行传输图传输图2-14 串行串行传输传输数据的数据的传输传输速率（速度）比特速率（速度）比特5车载网络技术概述车载网络技术概述目前汽目前汽车上上:l控制控制单元内部元内部线路中使用并行数据路中使用并行数据传输方式，方式，l控制控制单元外部元外部传输信息信息则大都以串行大都以串行传输方式方式进行。行。串行数据串行数据传输既可以采用同步既可以采用同步传输方式，也可以采用异方式，也可以采用异步步传输方式。方式。.目前汽目前汽车车上上:串行数据串行数据传输传输既可以采用同步既可以采用同步传输传输方方6车载网络技术概述车载网络技术概述3.同步数据同步数据传输 使用一个共同的使用一个共同的时钟脉冲脉冲发生器可保持生器可保持发送装置和接收送装置和接收装置装置时间管理的同步性。管理的同步性。这种方式就是同步种方式就是同步传输方式。方式。图2-15 同步同步传输方式方式1同步脉冲；同步脉冲；2数据；数据；3停止；停止；4起始；起始；5接收装置接收装置 串行数据串行数据传输：同步：同步传输方式，异步方式，异步传输方式。方式。.3.同步数据同步数据传输传输 使用一个共同的使用一个共同的时钟时钟脉冲脉冲发发生器生器7车载网络技术概述车载网络技术概述4.异步数据异步数据传输 发送和接收装置之送和接收装置之间最常用的最常用的时间管理方式是异步管理方式是异步传输方式。方式。进行异步数据行异步数据传输时，发送和接收装置之送和接收装置之间没有共同没有共同的系的系统节拍拍。图2-16 异步数据异步数据传输时数据数据帧的的结构构1接收装置；接收装置；2起始位；起始位；3最低最低值数位；数位；45-8 位数据；位数据；5最高最高值数位；数位；6检查位；位；78停止位；停止位；9发送装置送装置.4.异步数据异步数据传输传输 发发送和接收装置之送和接收装置之间间最常用的最常用的时时8车载网络技术概述车载网络技术概述5.数据数据总线上的信息流方向上的信息流方向单工通信。工通信。双工通信。双工通信。图2-18 双工通信双工通信图2-17 单工通信工通信.5.数据数据总线总线上的信息流方向上的信息流方向单单工通信。工通信。双工通信。双工通信。图图2-9车载网络技术概述车载网络技术概述1.1 汽汽车网网络技技术的的发展展1.1.1 汽汽车网网络技技术的的发展展历程程 汽汽车电子技子技术在在经历了零部件了零部件层次的次的汽汽车电器器时代代、子系、子系统层次的次的单片机（汽片机（汽车电脑）控制）控制时代代之后，已之后，已经开始开始进入入汽汽车网网络化化时代代，并向，并向汽汽车信息化信息化时代代迈进。按照按照电子子产品和品和电子控制系子控制系统的技的技术特点，可将汽特点，可将汽车电子技子技术的的发展粗略划分展粗略划分为四个四个阶段。段。1.第一第一阶段段零部件零部件层次的汽次的汽车电器器时代代 19651980年属于零部件年属于零部件层次的汽次的汽车电器器时代。汽代。汽车发电机晶体管机晶体管电压调节器和晶体管点火装置等开始装器和晶体管点火装置等开始装备汽汽车，而且而且电子控制装置又逐步子控制装置又逐步实现了由分立元件向集成化的了由分立元件向集成化的过渡。渡。.1.1 汽汽车车网网络络技技术术的的发发展展1.1.1 汽汽车车网网络络技技术术的的发发展展历历程程10车载网络技术概述车载网络技术概述 这一一阶段，装段，装备汽汽车的其的其他他电子装置子装置还有有转向系向系统电子子式式闪光器、光器、电子控制式喇叭、子控制式喇叭、电子式子式间歇刮水控制器、数字歇刮水控制器、数字时钟及高能点火（及高能点火（HEI）线圈和圈和集成集成电路点火系路点火系统等。等。.这这一一阶阶段，装段，装备备汽汽车车的其他的其他电电子装置子装置还还有有转转向系向系统电统电11车载网络技术概述车载网络技术概述2.第二第二阶段段子系子系统层次的汽次的汽车电脑控制控制时代代 19801995年属于子系年属于子系统层次的汽次的汽车单片机（汽片机（汽车电脑）控制）控制时代，代，以以单片机片机为控制核心，以控制核心，以实现特定控制内容或功能特定控制内容或功能为基本目的的各种基本目的的各种电子子控制系控制系统得到了迅速得到了迅速发展。展。图1-4 电子点火系子点火系统组成示意成示意图.2.第二第二阶阶段段子系子系统层统层次的汽次的汽车电脑车电脑控制控制时时代代 12车载网络技术概述车载网络技术概述 进入入2020世世纪9090年代，出年代，出现全面、全面、综合的合的电子控制系子控制系统。.进进入入20世世纪纪90年代，出年代，出现现全面、全面、综综合的合的电电子控制系子控制系13车载网络技术概述车载网络技术概述3.第三第三阶段段整整车联网网层次的汽次的汽车网网络化化时代代 19952010年属于整年属于整车联网网层次的汽次的汽车网网络化化时代。采用代。采用先先进的的单片机技片机技术和和车载网网络技技术，形成了，形成了车上的上的分布式、网分布式、网络化化的的电子控制系子控制系统。整整车电气系气系统被被连成一个多成一个多ECU、多、多节点的有机的整体点的有机的整体，使得其性能也更加完善。，使得其性能也更加完善。目前，世界主要汽目前，世界主要汽车制造商生制造商生产的的多数汽的的多数汽车上均采用了上均采用了以以CAN、LIN、MOST、DDB等等为代表的网代表的网络控制技控制技术，将，将车辆控制系控制系统简化化为节点模点模块化。化。在基于在基于现场总线的分布式控制中，任何的分布式控制中，任何传统意意义上的上的传感器和感器和执行器都可以与同一行器都可以与同一现场的的节点相点相组合，构成合，构成节点模点模块，汽，汽车网网络技技术进一步一步优化了汽化了汽车的控制系的控制系统，极大地提，极大地提升了汽升了汽车的整体控制水平。的整体控制水平。.3.第三第三阶阶段段整整车联车联网网层层次的汽次的汽车车网网络络化化时时代代 114车载网络技术概述车载网络技术概述图1-6 BMW E60的汽的汽车网网络系系统 图1-7 AUDI A4的汽的汽车网网络系系统.图图1-6 BMW E60的汽的汽车车网网络络系系统统 图图1-7 15车载网络技术概述车载网络技术概述4.第四第四阶段段以以Telematics技技术为代表的汽代表的汽车信息化信息化时代代 以国以国际Telematics产业联盟（盟（ITIF）正式成立）正式成立为标志，志，2010年成年成为汽汽车信息化信息化时代的代的发轫之年。之年。.4.第四第四阶阶段段以以Telematics技技术为术为代表的汽代表的汽车车信息化信息化16车载网络技术概述车载网络技术概述图1-10 汽汽车将将进入信息化入信息化时代（由代（由动力力传动、车身控制、身控制、行行驶安全性、多媒体安全性、多媒体传输到到Telematics）.图图1-10 汽汽车车将将进进入信息化入信息化时时代（由代（由动动力力传动传动、车车身控制、身控制、17车载网络技术概述车载网络技术概述1.Telematics简介介 Telematics是是远程通信技程通信技术（Telecommunications）与）与信息科学技信息科学技术（Informatics）的合成）的合成词，意指通，意指通过内置在汽内置在汽车、航空器、船舶、火、航空器、船舶、火车等运等运输工具上的工具上的计算机网算机网络技技术，借，借助无助无线通信技通信技术、GPS卫星星导航技航技术，实现文字、文字、图像、像、语音音信息交信息交换的的综合信息服合信息服务系系统。也就是也就是说，Telematics技技术整合了整合了汽汽车网网络技技术（也包括（也包括其他移其他移动运运输工具内部的网工具内部的网络技技术）、）、无无线通信技通信技术、GPS（Global Positioning System，全球定位系，全球定位系统）卫星星导航技航技术，通，通过无无线网网络，随，随时给行行车中的人中的人们提供提供驾驶、生活、生活、娱乐所必需的各种信息。所必需的各种信息。.1.Telematics简简介介 Telemati18车载网络技术概述车载网络技术概述图1-11 Telematics信息交信息交换过程示意程示意图.图图1-11 Telematics信息交信息交换过换过程示意程示意图图.19车载网络技术概述车载网络技术概述 Telematics特点在于大部分的特点在于大部分的应用系用系统位于网位于网络上（如上（如通通讯网网络、卫星与广播等）而非汽星与广播等）而非汽车内。内。驾驶者可运用无者可运用无线传输的方式，的方式，连结网网络传输与接收信息与服与接收信息与服务，以及下，以及下载应用系用系统或更新或更新软件等，所耗的成本件等，所耗的成本较低，主要功能仍以行低，主要功能仍以行车安全与安全与车辆保全保全为主，主要功能如主，主要功能如图1-12所示。所示。图1-12 Telematics的主要功能的主要功能.Telematics特点在于大部分的特点在于大部分的应应用系用系统统位位20车载网络技术概述车载网络技术概述 通通过GPS全球全球卫星定位系星定位系统（图1-13），结合行合行车路路线，作，作电子地子地图与与语音音导航相航相结合的路况合的路况报导、路、路线指引指引（图1-14），并能提前，并能提前预报前方路口的前方路口的车速限制及交通速限制及交通违法法摄像像头的安装情况，以确保安全行的安装情况，以确保安全行车。图1-13 GPS全球全球卫星定位系星定位系统.通通过过GPS全球全球卫卫星定位系星定位系统统（图图1-13），21车载网络技术概述车载网络技术概述图1-14 电子地子地图与与语音音导航航.图图1-14 电电子地子地图图与与语语音音导导航航.22车载网络技术概述车载网络技术概述道路救援。道路救援。行行车过程中，如果程中，如果发生生车祸或或车辆出出现故障，故障，驾驶员可通可通过Telematics系系统的的紧急呼叫按急呼叫按键，自，自动联系系紧急服急服务机构（机构（119、120等急等急救机构）或汽救机构）或汽车服服务站，以站，以获得道路救援。得道路救援。图1-15 紧急呼叫按急呼叫按键1-左左侧免提免提话筒；筒；2-活活动天窗按天窗按键；3-紧急呼叫按急呼叫按键；4-右右侧免提免提话筒筒汽汽车防盗及搜防盗及搜寻。通通过GPS卫星定位技星定位技术确定失窃确定失窃车辆的位置和行的位置和行车路路线，以便搜以便搜寻与追踪，追与追踪，追缴车辆并并缉拿盗拿盗车贼。车辆调度管理。度管理。通通过无无线信息信息传输，实现运运营车辆的的调度管理。度管理。.道路救援。道路救援。行行车过车过程中，如果程中，如果发发生生车祸车祸或或车辆车辆出出23车载网络技术概述车载网络技术概述图1-16 运运营车辆的的调度管理度管理.图图1-16 运运营车辆营车辆的的调调度管理度管理.24车载网络技术概述车载网络技术概述自自动防撞系防撞系统。通通过测距距传感器或雷达，感器或雷达，监测前、后前、后车辆之之间的的车距，自距，自动调用用车载自适自适应巡航系巡航系统，使前、，使前、后后车辆之之间保持保持必要的安全距离。必要的安全距离。图1-17 自适自适应巡航系巡航系统监测前、后前、后车辆之之间的的车距距车况掌握。况掌握。车辆性能与性能与车况的自况的自动监测、传输，进行多地、行多地、远程程“专家会家会诊”，指，指导车辆维修等。修等。个人化信息接收与个人化信息接收与发布。收布。收发电子子邮件与个人化信息等。件与个人化信息等。.自自动动防撞系防撞系统统。通通过测过测距距传传感器或雷达，感器或雷达，监测监测前前25车载网络技术概述车载网络技术概述多媒体影音多媒体影音娱乐信息接收。信息接收。高画高画质与高音与高音质的的视听听设备、游、游戏机、上网机、个人行机、上网机、个人行动信息中心、随信息中心、随选视频资讯等（等（图1-18）。）。车辆应急急预警系警系统。当行当行驶中的中的车辆遇到遇到紧急情况是，可以借助急情况是，可以借助Telematics系系统向外界向外界（其他（其他车辆或道路交通管理部或道路交通管理部门）发出出应急申急申请，亦可接收来自道路交通，亦可接收来自道路交通管理部管理部门发布的布的紧急情况警告及急情况警告及应急响急响应预案，确保行案，确保行车安全和道路安全和道路畅通。通。图1-18 后座多媒体影音后座多媒体影音娱乐系系统.多媒体影音多媒体影音娱乐娱乐信息接收。信息接收。高画高画质质与高音与高音质质的的视视26车载网络技术概述车载网络技术概述 Telematics系系统在汽在汽车上的布置（上的布置（图1-19）可分）可分为前座前座系系统、后座系、后座系统与与发动机系机系统三大子系三大子系统。图1-19 Telematics系系统在汽在汽车上的布置上的布置.Telematics系系统统在汽在汽车车上的布置（上的布置（图图127车载网络技术概述车载网络技术概述1.2 1.2 汽汽车网网络技技术的的应用用.1.2 汽汽车车网网络络技技术术的的应应用用.28车载网络技术概述车载网络技术概述图1-22 汽汽车上的上的电子控制系子控制系统越来越多越来越多.图图1-22 汽汽车车上的上的电电子控制系子控制系统统越来越多越来越多.29车载网络技术概述车载网络技术概述 随着汽随着汽车电子化程度逐年提高，从子化程度逐年提高，从发动机控制到机控制到传动系控系控制，从行制，从行驶、制、制动、转向系控制到安全保障系向系控制到安全保障系统及及仪表表报警系警系统，从，从电源管理到源管理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽提高舒适性而作的各种努力，使汽车电子子系系统形成了一个复形成了一个复杂的大系的大系统（图1-24）。）。这些系些系统除需要互相通信，且信息除需要互相通信，且信息传输量急量急剧加大。如果加大。如果依然采用依然采用传统的布的布线方式（方式（图1-25），那么，），那么，对于复于复杂控制系控制系统，其，其连接接电线（线束）的数量将急束）的数量将急剧增加，甚至增加，甚至难以承受。以承受。图1-24 复复杂的、多控制的、多控制单元的汽元的汽车电脑控制系控制系统 图1-23 汽汽车内部的内部的电线（线束）数量束）数量（装（装备3个个电子控制子控制单元）元）.随着汽随着汽车电车电子化程度逐年提高，从子化程度逐年提高，从发动发动机控制到机控制到传动传动30车载网络技术概述车载网络技术概述 对于复于复杂的控制系的控制系统，若采用，若采用传统布布线方式（一方式（一对一布一布线），将），将导致致车上上电线数目急数目急剧增加，其增加，其质量将会占到整量将会占到整车质量的量的4%左右。而且，数量左右。而且，数量庞大的大的线束、束、电线插接器也会降插接器也会降低低车辆电气系气系统的可靠性，使故障率加大。的可靠性，使故障率加大。为解决解决这一制一制约汽汽车电子技子技术进一步一步发展的信息展的信息传输瓶瓶颈问题，一种新的信息，一种新的信息传输技技术汽汽车网网络技技术应运而生。运而生。图1-25 2个控制个控制单元元之之间传统的布的布线方式方式（一（一对一布一布线）.对对于复于复杂杂的控制系的控制系统统，若采用，若采用传统传统布布线线方式（一方式（一对对31车载网络技术概述车载网络技术概述图1-26 键盘与与计算机主机之算机主机之间采用数据采用数据总线技技术进行信息行信息传输.图图1-26 键盘键盘与与计计算机主机之算机主机之间间采用数据采用数据总线总线技技术进术进行信息行信息32车载网络技术概述车载网络技术概述数据数据总线l 数据数据总线是模是模块间运行数据的通道，即所运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。的信息高速公路。l 数据数据总线可以可以实现在一条数据在一条数据线上上传递的的信号可以被多个系信号可以被多个系统（控制（控制单元）共享，从元）共享，从而最大限度地提高系而最大限度地提高系统整体效率，充分利用整体效率，充分利用有限的有限的资源。源。l 如果系如果系统可以可以发送和接收数据，送和接收数据，则这样的的数据数据总线就称之就称之为双向数据双向数据总线.数据数据总线总线 数据数据总线总线是模是模块间块间运行数据的通道，即所运行数据的通道，即所谓谓的信息高速公的信息高速公33车载网络技术概述车载网络技术概述 将将计算机算机领域的数据域的数据总线技技术引入到汽引入到汽车电气系气系统中，中，同同样可以在大大可以在大大简化汽化汽车电路的同路的同时，传递丰富的信息。丰富的信息。图1-27 采用数据采用数据总线技技术在两个控制在两个控制单元之元之间进行信息行信息传输 如如图1-27所示，采用数据所示，采用数据总线技技术在两个控制在两个控制单元之元之间进行信息行信息传输，可以有效，可以有效较少数据少数据传输线的数量。的数量。.将将计计算机算机领领域的数据域的数据总线总线技技术术引入到汽引入到汽车电车电气系气系统统34车载网络技术概述车载网络技术概述 图1-28为在具有在具有3个控制个控制单元的系元的系统中采用中采用CAN数据数据总线进行信息行信息传输的示意的示意图，相，相应地，汽地，汽车内部的内部的线束束连接也接也变得得简洁、清晰（、清晰（图1-29），不再是一），不再是一团乱麻。乱麻。图1-28 在具有在具有3个控制个控制单元的系元的系统中采用中采用CAN数据数据总线进行信息行信息传输图1-29 汽汽车内部的内部的电线（线束）数量（装束）数量（装备3个个电子控制子控制单元）元）.图图1-28为为在具有在具有3个控制个控制单单元的系元的系统统中采用中采用C35车载网络技术概述车载网络技术概述下面，以宝来下面，以宝来（BORA）汽）汽车的的驾驶员侧车门控制控制单元元为例，例，进一步一步说明明这一一问题。图1-30 采用采用传统的布的布线方式方式（9个个线束插接器，共束插接器，共45根根电线）.下面，以宝来（下面，以宝来（BORA）汽）汽车车的的驾驶员侧车门驾驶员侧车门控制控制单单元元为为例，例，进进一一36车载网络技术概述车载网络技术概述图1-31 采用数据采用数据总线进行信息行信息传输（只需（只需2个个线束插接器，束插接器，17根根电线）.图图1-31 采用数据采用数据总线进总线进行信息行信息传输传输（只需（只需2个个线线束插接器，束插接器，37车载网络技术概述车载网络技术概述3.3.采用汽采用汽车网网络技技术的的优点点 减减轻整整车自重。自重。减少减少电线用量，耗用量，耗铜量下降，整量下降，整车自重得自重得以降低。同以降低。同时，全，全车线束束变细，也，也为安装其它新的部件安装其它新的部件预留留了空了空间。降低生降低生产成本。成本。除了除了电线用量减少、耗用量减少、耗铜量下降量下降带来的成来的成本降低之外，网本降低之外，网络技技术所秉持的所秉持的“信息共享、一信息共享、一线多能多能”也也充分充分发挥了每一条了每一条电线的作用，的作用，现实了了“物尽其用物尽其用”。提高工作可靠性。提高工作可靠性。电线数量的减少，也使汽数量的减少，也使汽车电气系气系统的的线束插接器数量大大减少，由束插接器数量大大减少，由线束和插接器引束和插接器引发的断路、短的断路、短路、接触不良等故障的路、接触不良等故障的发生率也大大降低，整生率也大大降低，整车电气系气系统的的工作可靠性得以提高。工作可靠性得以提高。便于后便于后续开开发。采用开放式的汽采用开放式的汽车网网络技技术，为后后续技技术的开的开发留有充分的余地。以后，随着技留有充分的余地。以后，随着技术的不断的不断进步，新的步，新的电子控制系子控制系统可以很方便地融入到已有的系可以很方便地融入到已有的系统之中，而不必之中，而不必对现有系有系统作太大的改作太大的改动。.3.采用汽采用汽车车网网络络技技术术的的优优点点 减减轻轻整整车车自重。减少自重。减少电线电线用量，耗用量，耗38车载网络技术概述车载网络技术概述 同同时，也便于，也便于实现控制器与控制器与执行行器的就近安装，甚器的就近安装，甚至采用至采用控制器与控制器与执行器的一体化安装行器的一体化安装，进一步一步节省了安装省了安装空空间，提高了控制，提高了控制的的实时性和控制精性和控制精度，从而度，从而实现了良了良性循性循环。图1-32 大众开迪（大众开迪（Caddy）、）、迈腾（Magotan）汽）汽车的整体式的整体式ESP ECU.同同时时，也便于，也便于实现实现控制器与控制器与执执行器的就近安装，甚行器的就近安装，甚39车载网络技术概述车载网络技术概述1.2.2 现场总线与汽与汽车网网络 现场总线（Field bus）是一种工）是一种工业数据通信数据通信总线，主，主要用于自要用于自动化控制（如化控制（如钢铁冶金、啤酒冶金、啤酒酿造，以解决工造，以解决工业现场的智能化的智能化仪器器仪表、控制器、表、控制器、执行机构等行机构等现场设备间的数的数字通信以及字通信以及这些些现场控制控制设备和高和高级控制系控制系统之之间的信息的信息传递问题。目前汽目前汽车上广泛使用的上广泛使用的控制局域网控制局域网络（Controller Area Network，CAN）就可以）就可以归为现场总线类网网络，但同，但同时又有又有自身的一些特点。自身的一些特点。汽汽车网网络系系统不不仅有有CAN总线和和LIN总线这样的控制网的控制网络，还有多媒体影音有多媒体影音娱乐信息网信息网络，如，如MOST、DDB等。等。目前，汽目前，汽车电子系子系统控制中控制中应用最广泛的是用最广泛的是CAN总线。1.现场总线.1.2.2 现场总线现场总线与汽与汽车车网网络络 现场总线现场总线（F40车载网络技术概述车载网络技术概述2.现场总线的的组成成 现场总线由两大部分由两大部分组成，即成，即数据数据传输线和和节点点。在在总线系系统中中节点包括控制点包括控制单元元和和总线辅助助设备，控制，控制单元由控制器、元由控制器、滤波器、收波器、收发器、两个数据器、两个数据传输终端端组成。控制成。控制单元在硬件上多了元在硬件上多了专门的的总线接口装置（如接口装置（如CAN总线接口），接口），并有相并有相应的的软件即通信件即通信标准的支持。准的支持。图1-34 现场总线中的控制中的控制单元元.2.现场总线现场总线的的组组成成 现场总线现场总线由两大部分由两大部分组组成，即数据成，即数据41车载网络技术概述车载网络技术概述 在大众速在大众速腾（SAGITAR）汽）汽车的的电源管理系源管理系统中，中，J519作作为中央中央电器控制网器控制网络系系统的一个的一个节点，可以点，可以实现电源管理、源管理、车外灯控制、外灯控制、车内灯控内灯控制、制、仪表照明及光亮度表照明及光亮度调整、整、转向信号控制、接向信号控制、接线柱控制、前柱控制、前/后后风挡玻璃玻璃的雨刷控制、燃油的雨刷控制、燃油泵电源接通、源接通、发电机励磁、后机励磁、后风窗加窗加热等十几种功能，等十几种功能，控制功能十分丰富。控制功能十分丰富。图1-36 中央中央电器控制器控制单元元J519作作为中央中央电器控制网器控制网络系系统的一个的一个节点存在点存在J519中央中央电器控制器控制单元；元；J527转向柱控制向柱控制单元元.在大众速在大众速腾腾（SAGITAR）汽）汽车车的的电电源管理系源管理系统统42车载网络技术概述车载网络技术概述5.现场总线的的优点点经济性；性；可靠性；可靠性；可控性；可控性；综合性；合性；互互换性；性；开放性。开放性。.5.现场总线现场总线的的优优点点经济经济性；性；可靠性；可靠性；可控性；可控性；.43车载网络技术概述车载网络技术概述1.2.2 车载网网络系系统在汽在汽车上的上的应用用 车载网网络系系统在汽在汽车上的上的应用非常多，按照用非常多，按照应用系用系统加以加以划分的划分的话，车用网用网络大致可以分大致可以分为4个系个系统：l 动力力传动系系统l 车身系身系统l 安全系安全系统l 信息系信息系统。.1.2.2 车载车载网网络络系系统统在汽在汽车车上的上的应应用用 动动力力传动传动系系统统.44车载网络技术概述车载网络技术概述1动力力传动系系统l 动力力CANCAN数据数据总线连接接3 3块电脑，它，它们是是发动机、机、ABS/EDLABS/EDL及自及自动变速器速器电脑（动力力CANCAN数据数据总线可以可以连接安全气囊、四接安全气囊、四轮驱动与与组合合仪表等表等电脑）。）。l 总线可以同可以同时传递1010组数据，数据，发动机机电脑5 5组、ABS/EDLABS/EDL电脑3 3组、自、自动变速器速器电脑2 2组。l 数据数据总线以以500kbit/s500kbit/s速率速率传递数据，每一数据数据，每一数据组传递大大约需要需要0.25ms0.25ms，每一，每一电控控单元元7ms7ms20ms20ms发送送一次数据。一次数据。优先先权顺序序为ABS/EDLABS/EDL电控控单元、元、发动机机电控控单元、自元、自动变速器速器电控控单元。元。.1动动力力传动传动系系统统 动动力力CAN数据数据总线连总线连接接3块电脑块电脑，它，它们们是是发动发动45车载网络技术概述车载网络技术概述2车身系身系统与与动力力传动系系统相比，汽相比，汽车上的各上的各处都配置有都配置有车身系身系统的部件，的部件，线束束长，容易受到干容易受到干扰。舒适。舒适CAN数据数据总线连接接5个控制个控制单元（包括中央控制元（包括中央控制单元元及及4个个车门的控制的控制单元），有元），有5个功能：中央个功能：中央门锁、电动窗、照明开关、窗、照明开关、后后视镜加加热及自及自诊断功能。断功能。3安全系安全系统安全系安全系统是指根据多个是指根据多个传感器的信息使安全气囊启感器的信息使安全气囊启动等的控制系等的控制系统。由。由此使用的此使用的节点数将急点数将急剧地增加。地增加。对此系此系统的要求是成本低、通信速度快、的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。通信可靠性高。4信息（信息（娱乐、ITS）系）系统*对信息系信息系统通信通信总线的要求是容量大、通信速度非常高。的要求是容量大、通信速度非常高。.2车车身系身系统统.46车载网络技术概述车载网络技术概述1.2.3 汽汽车网网络的分的分类1.按网按网络拓扑拓扑结构分构分类 网网络的拓扑的拓扑结构（构（Topological Structure）是指网上）是指网上计算机或算机或设备与信息与信息传输介介质形成的形成的节点与数据点与数据传输线的物理的物理构成模式。汽构成模式。汽车网网络的拓扑的拓扑结构主要有构主要有线形形结构、星形构、星形结构、构、环形形结构构等几种。等几种。1）线形拓扑形拓扑结构构 线形拓扑形拓扑结构是一种信道共享的物理构是一种信道共享的物理结构。构。这种种结构中构中总线具有信息的双向具有信息的双向传输功能，普遍用于控制器局域网的功能，普遍用于控制器局域网的连接，接，总线一般采用同一般采用同轴电缆或双或双绞线。.1.2.3 汽汽车车网网络络的分的分类类1.按网按网络络拓扑拓扑结结构分构分类类 47车载网络技术概述车载网络技术概述1）总线形拓扑形拓扑结构构 总线形拓扑形拓扑结构是一种信道共享的物理构是一种信道共享的物理结构。构。这种种结构构中中总线具有信息的双向具有信息的双向传输功能，普遍用于控制器局域网的功能，普遍用于控制器局域网的连接，接，总线一般采用同一般采用同轴电缆或双或双绞线。图1-38 线形拓扑形拓扑结构构CAN总线、FlexRay总线.1）总线总线形拓扑形拓扑结结构构 总线总线形拓扑形拓扑结结构是一种信道共享构是一种信道共享48车载网络技术概述车载网络技术概述2）星形拓扑）星形拓扑结构构 星形拓扑星形拓扑结构是一种以构是一种以中央中央节点点为中心，把若干外中心，把若干外围节点点连接起来的接起来的辐射式互射式互联结构。构。这种种结构适用于局构适用于局域网。域网。图1-39 星形拓扑星形拓扑结构构 BMW X5的的悬架系架系统采用采用FlexRay.2）星形拓扑）星形拓扑结结构构 星形拓扑星形拓扑结结构是一种以中央构是一种以中央节节点点为为49车载网络技术概述车载网络技术概述3）环形拓扑形拓扑结构构 环形拓扑形拓扑结构构由各由各节点首尾相点首尾相连形成一个形成一个闭合合环形形线路。路。环形网形网络中中的信息的信息传送是送是单向向的，即沿一个方向的，即沿一个方向从一个从一个节点点传到另到另一个一个节点；每个点；每个节点需安装中点需安装中继器，器，以接收、放大、以接收、放大、发送信号。送信号。图1-40 环形拓扑形拓扑结构构.3）环环形拓扑形拓扑结结构构 环环形拓扑形拓扑结结构由各构由各节节点首尾相点首尾相连连形形50车载网络技术概述车载网络技术概述图1-41 BMW车系影音系影音娱乐系系统的的MOST总线采用采用环形拓扑形拓扑结构构.图图1-41 BMW车车系影音系影音娱乐娱乐系系统统的的MOST总线总线采用采用环环形拓形拓51车载网络技术概述车载网络技术概述3.3.按信息按信息传输速度分速度分 为方便研究和方便研究和设计应用，美国汽用，美国汽车工程工程师学会（学会（SAE）的汽的汽车网网络委委员会按照系会按照系统的复的复杂程度、程度、传输流量、流量、传输速速度、度、传输可靠性、可靠性、动作响作响应时间等参量，将汽等参量，将汽车数据数据传输网网络划分划分为A、B、C、D、E五五类。.3.按信息按信息传输传输速度分速度分 为为方便研究和方便研究和设计应设计应用，美用，美52车载网络技术概述车载网络技术概述 A类网网络是面向是面向传感器感器/执行器控制的低速网行器控制的低速网络，数据，数据传输位速率通常小于位速率通常小于10kbit/s，主要用于，主要用于车外后外后视镜调整，整，电动车窗、灯光照明等控制；窗、灯光照明等控制；B类网网络是面向独立模是面向独立模块间数据共享的中速网数据共享的中速网络，位速率，位速率在在10125kbit/s之之间，主要，主要应用于用于车身身电子舒适性模子舒适性模块、仪表表显示等系示等系统；C类网网络是面向高速、是面向高速、实时闭环控制的多路控制的多路传输网网络，位，位速率在速率在125 kbit/s1Mbit/s之之间，主要用于，主要用于牵引力控制、引力控制、发动机控制、机控制、ABS、ESP等系等系统。D类网网络是智能数据是智能数据总线IDB（Intelligent Data BUS）网网络，主要面向影音，主要面向影音娱乐信息、多媒体系信息、多媒体系统，其位速率在，其位速率在250kbit/s100Mbit/s之之间。按照。按照SAE的分的分类，IDB-C为低速低速网网络，IDB-M为高速网高速网络，IDB-Wireless为无无线通信网通信网络。E类网网络是面向汽是面向汽车被被动安全系安全系统（安全气囊）的网（安全气囊）的网络，其位速率其位速率为10Mbit/s。.A类类网网络络是面向是面向传传感器感器/执执行器控制的低速网行器控制的低速网络络，53车载网络技术概述车载网络技术概述1）A类网网络系系统的的应用用 汽汽车防盗防盗报警系警系统是典型的是典型的A类网网络系系统（LIN总线系系统）应用用实例。例。图1-43 汽汽车防盗防盗报警警A类网网络系系统（LIN总线系系统）.1）A类类网网络络系系统统的的应应用用 汽汽车车防盗防盗报报警系警系统统是典型的是典型的54车载网络技术概述车载网络技术概述2）B类网网络系系统的的应用用 当大量共享数据需要在当大量共享数据需要在车内各个控制内各个控制单元元间进行交行交换时，A类网网络系系统不再不再胜任，可采用任，可采用B类网网络系系统。图1-44 基于基于CAN总线的的B类网网络系系统.2）B类类网网络络系系统统的的应应用用 当大量共享数据需要在当大量共享数据需要在车车内内55车载网络技术概述车载网络技术概述3）A、B两两类网网络系系统的的组合合应用用 通常将通常将A类网网络通通过车身身计算机（网关）算机（网关）连接到接到CAN总线组成的成的B类网网络中，使得中，使得该A类网网络系系统成成为CAN总线的一个的一个节点，点，这样无需在各无需在各传感器感器执行器部件安装行器部件安装CAN控制器件，就能使得信号在控制器件，就能使得信号在CAN总线上上传输，有效地利用了有效地利用了A类网网络低成本的低成本的优点。点。图1-45 A、B两两类网网络系系统的的组合合应用用.3）A、B两两类类网网络络系系统统的的组组合合应应用用 通常将通常将A类类网网56车载网络技术概述车载网络技术概述4）C类网网络系系统的的应用用 在在C类网网络系系统方案中，方案中，CAN总线有效地将有效地将发动机控制系机控制系统、驱动防滑系防滑系统及自及自动巡航系巡航系统等等连接成接成为一个一个综合控制系合控制系统，整，整车性能得到大幅度堤高。性能得到大幅度堤高。图1-46 基于基于CAN总线的的C类网网络系系统.4）C类类网网络络系系统统的的应应用用 在在C类类网网络络系系统统方案中，方案中，C57车载网络技术概述车载网络技术概述图1-47 奔奔驰车系的系的CAN网网络结构构图.图图1-47 奔奔驰车驰车系的系的CAN网网络结络结构构图图.58车载网络技术概述车载网络技术概述1.3 汽汽车网网络标准与准与协议.1.3 汽汽车车网网络标络标准与准与协议协议.59车载网络技术概述车载网络技术概述通信通信协议l 通信通信协议是指通信双方控制信息交是指通信双方控制信息交换规则的的标准、准、约定的集合，即指数据在定的集合，即指数据在总线上的上的传输规则。l 简单地地说，两个，两个实体要想成功地通信，它体要想成功地通信，它们必必须“说同同样的的语言言”，并按既定控制法，并按既定控制法则来保来保证相互的配合。相互的配合。.通信通信协议协议 通信通信协议协议是指通信双方控制信息交是指通信双方控制信息交换规则换规则的的标标准、准、约约定的定的60车载网络技术概述车载网络技术概述1.3.1 A类网网络标准与准与协议 A类网网络通信目前首通信目前首选的的标准是局域互准是局域互联网网LIN（Local Interconnect Network）。）。LINLIN是用于汽是用于汽车分布式分布式电控系控系统的的一种低成本串行通信系一种低成本串行通信系统，它是一种基于，它是一种基于UARTUART的数据格式、的数据格式、主从主从结构的构的单线12V12V的的总线通信系通信系统，主要用于智能，主要用于智能传感器和感器和执行器的串行通信，而行器的串行通信，而这正是正是CAN总线的的带宽和功能所不要和功能所不要求的部分。求的部分。LIN总线采用采用低成本的低成本的单线连接接，传输速度最高可达速度最高可达20kbit/s，对于低端的大多数于低端的大多数应用用对象（如中央象（如中央门锁控制、控制、空空调系系统控制等）来控制等）来说，这个速度是完全可以个速度是完全可以满足要求的。足要求的。LIN总线的媒体的媒体访问采用采用单主主/多从多从的机制，不需要的机制，不需要进行行仲裁，在从仲裁，在从节点中不需要晶体振点中不需要晶体振荡器而能器而能进行自同步，行自同步，这极极大地减少了硬件平台的成本，大大降低了汽大地减少了硬件平台的成本，大大降低了汽车电子装置的开子装置的开发、生、生产和服和服务费用。用。.1.3.1 A类类网网络标络标准与准与协议协议 A类类网网络络通信目通信目61车载网络技术概述车载网络技术概述1.3.2 B类网网络标准与准与协议 B类网网络通信中使用最广泛的通信中使用最广泛的标准是准是CAN总线。CANCAN总线是德国是德国BOSCHBOSCH公司开公司开发的一种串行数据通信的一种串行数据通信协议，它是一种多，它是一种多主主总线，通信介，通信介质可以是双可以是双绞线、同、同轴电缆或光或光导纤维。通。通信速率可达信速率可达1Mbit/s。CAN总线通信接口中集成了通信接口中集成了CAN协议的物理的物理层和数据和数据链路路层功能，可完成功能，可完成对通信数据的成通信数据的成帧处理，包括位填充、数理，包括位填充、数据据块编码、循、循环冗余冗余检验、优先先级判判别等等项工作。工作。B类网网络通信的国通信的国际标准是准是ISO11898，其，其传输速率在速率在100kbit/s左右。欧洲的各大汽左右。欧洲的各大汽车制造商从制造商从1992年起，一直采年起，一直采用用ISO11898，所使用的，所使用的传输速率范速率范围从从47.6500kbit/s不等。不等。.1.3.2 B类类网网络标络标准与准与协议协议 B类类网网络络通信中使通信中使62车载网络技术概述车载网络技术概述1.3.3 C类网网络标准与准与协议 根据根据SAE的分的分类，高速，高速总线系系统属于属于C类网网络标准。准。由于高速由于高速总线系系统主要用于与汽主要用于与汽车安全相关，以及安全相关，以及实时性要求比性要求比较高的高的领域，如域，如动力系力系统等，所以其等，所以其传输速率比速率比较高，通常在高，通常在125kbit/s1Mbit/s之之间，且必，且必须支持支持实时的周期的周期性的数据性的数据传输。在在C C类标准中，欧洲的汽准中，欧洲的汽车制造商大多采用制造商大多采用CANCAN总线标准准ISO11898ISO11898。ISO11898ISO11898主要面向乘用主要面向乘用车电子控制子控制单元之元之间的通的通信，信息信，信息传输速率大于速率大于125kbit/s125kbit/s，最高可达，最高可达1Mbit/s1Mbit/s。J1939也是高速通信也是高速通信标准，其数据准，其数据传输速率速率为250kbit/s，主要供主要供货车及其拖及其拖车、大客、大客车、建筑机械及、建筑机械及农业机械使用。机械使用。1.C类总线标准与准与协议.1.3.3 C类类网网络标络标准与准与协议协议 根据根据SAE的分的分类类63车载网络技术概述车载网络技术概述1.3.4 D类网网络标准与准与协议 汽汽车多媒体网多媒体网络和和协议属于属于D类总线系系统，分，分为三种三种类型，分型，分别是低速、高速和无是低速、高速和无线，对应SAE的分的分类相相应为IDB-C（Intelligent Data BUS-CAN）、）、IDB-M（Multimedia）和和IDB-Wireless，其，其传输速率在速率在250100Mbit/s之之间。低速网低速网络用于用于远程通信、程通信、诊断及通用信息断及通用信息传输，IDE-C按按CAN总线的格式以的格式以250kbit/s的位速率的位速率进行信息行信息传输。由于其。由于其低成本的特性，低成本的特性，IDB-C作作为汽汽车类产品的品的标准之一，已准之一，已经在在汽汽车网网络中得到中得到应用。用。高速网高速网络主要用于主要用于实时的音的音频和和视频通信通信，如，如MP4、DVD和和CD等的播放，所使用的等的播放，所使用的传输介介质是光是光纤，这一一类标准、准、协议里主要有里主要有DDB、MOST和和IEEE1394。.1.3.4 D类类网网络标络标准与准与协议协议 汽汽车车多媒体网多媒体网络络64车载网络技术概述车载网络技术概述 DDB是用于汽是用于汽车多媒体和通信的分布式网多媒体和通信的分布式网络，通常使用，通常使用光光纤作作为传输介介质，可，可连接接CD播放器、播放器、语音控制音控制单元、元、电话和国和国际互互联网。网。DDB技技术已使用于已使用于BENZ公司的高端公司的高端车型。型。Daimler-Chrysler等公司等公司计划与划与BWM公司一公司一样使用使用MOST。MOST是是车辆内内LAN的接口的接口规格，用于格，用于连接接车载导航航仪和无和无线设备等，数据等，数据传输速度速度为24Mbit/s。其。其规格主要格主要由德国由德国Oasis Silicon System公司制公司制订。在无在无线通信方面，目前广泛采用通信方面，目前广泛采用蓝牙（牙（BluetoothBluetooth）技技术。Bluetooth主要是面向下一代汽主要是面向下一代汽车应用，如用，如语音系音系统、无、无线信信息通信、个人息通信、个人娱乐或或PC外外设等方面等。等方面等。.DDB是用于汽是用于汽车车多媒体和通信的分布式网多媒体和通信的分布式网络络，通，通65车载网络技术概述车载网络技术概述.Thanks!.66此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，供参考！修改，供参考！67