汽车车载网络技术详解(第2版)第1章车载网络系统基础知识

目 录,前言 第1章 车载网络系统基础知识 第2章 CAN总线传输系统 第3章 常用车载网络系统的结构与原理 第4章 光学总线系统 第5章 以太网与FlexRay总线 第6章 丰田汽车多路传输系统 第7章 奥迪大众车系车载网络系统 第8章 通用车系车载网络系统 第9章 本田多路集成控制系统 第10章 汽车车载网络系统检修,第1章 车载网络系统基础知识,第一节 车载网络系统简介 第二节 数据信号的类别及传输方式 第三节 车载网络的通信协议 第四节 车载网络分类和协议标准 第五节 汽车对通信网络的要求及应用,一、车载网络的应用背景,1线束的变化,图1-1 近几十年导线长度及插接件数量的变化情况,传统信号传递方式,数字总线信号传递方式,一、车载网络的应用背景,2汽车数据传输总线简介 （1）数据传输总线 （2）总线数据传输的要求 （3）总线数据传输的优点,两种不同信号,一、车载网络的应用背景,（2）总线数据传输的要求 1）可靠性高 2）使用方便 3）数据密度大 4）数据传输快,（3）总线数据传输的优点 1）简化线束 2）可以进行设备之间的通信，丰富了功能。 3）通过信息共享减少传感器信号的重复数量。,数字总线信号传递方式,线束对比 a）传统线束 b）采用车载网络后的线束,3车载网络系统的发展史,表1-2 主要车载网络基本情况,表1-3 几种车载网络的开发年份、采用厂家与发表年份,几种网络的成本比例及通信速度,二、车载网络系统的功能,1多路传输功能 2“唤醒”和“休眠”功能 3失效保护功能 4故障自诊断功能,三、车载网络系统的常用术语,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,2多路传输 多路传输是指在同一通道或线路上同时传输多条信息，事实上，数据信息是依次传输的，但速度非常之快，似乎就是同时传输的。,常规线路与多路传输线路的简单对比 a）通常传输方式 b）多路传输系统（串行分时通信）,多路传输的界面,3局域网 局域网（Local Area Network，简称LAN）是在一个有限区域内连接的计算机网络，简称局域网。,4模块/节点 模块是一种电子装置，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）的输入接口被转变成数字信号。,5链路（传输媒体） 链路指网络信息传输的媒体，分为有线和无线两种类型，目前车上使用的大多数都是有线网络，通常用于局域网的传输媒体有：双绞线、同轴电缆和光纤。,（1）双绞线 双绞线是局域网中最普通的传输媒体，一般用于低速传输，最大传输速率可达几Mbit/s；双绞线成本较低，传输距离较近，非常适合汽车网络的情况，也是汽车网络使用最多的传输媒体。,（2）同轴电缆 同轴电缆的基本结构如图所示。像双绞线一样，同轴电缆也是由两个导体组成，但其结构不同。,（3）光纤 光纤在电磁兼容性等方面有独特的优点，数据传输速度高，传输距离远；在车载网络上，特别在一些要求传输速度高的车上网络（如车上信息与多媒体网络）上有很好的应用前景。,塑料光缆 1光纤芯 2外壳 3包装层,6比特率 比特率是指每秒传送的比特（bit）数。单位为bps（bit per second）也可表示为b/s，比特率越高，单位时间传送的数据量（位数）越大。,7传输协议 传输协议也称通信协议，是控制通信实体间有效完成信息交换的一组约定和规则。换句话说，要想交流成功，通信双方必须“说同样的语言”（如相同的语法规则和语速等）。,8传输仲裁 当出现数个使用者同时申请利用总线发送信息时，会发生数据传输冲突，好比同时有两个或者多个人想要过独木桥一样。传输仲裁就是为了避免数据传输冲突，保证信息按其重要程度来发送。,第二节 数据信号的类别及传输方式,一、数据信号的类别 1模拟信号,2数字信号,数字表示方式就是以数字形式表示不断变化的物理量。,图1-16 数字信号 U电压 t时间,3二进制信号,一个二进制信号只能识别两种状态，即0和1，或高和低。如车灯点亮或车灯未亮；继电器触点断开或继电器触点闭合；供电或未供电；车门打开或车门关闭等等。,图1-17 二进制信号 1高 2低 U电压 t时间,4信号电压,图1-18 信号电压 1高电压范围 2禁止使用的范围 3低电压范围 U电压 t时间,5代码表示,代码就是一组由字符、符号或信号码元以离散形式表示信息的明确的规则体系。例如，早年间在无线电通信中广泛使用的电报机（图1-19），其发出的莫尔斯电码就是信息代码。莫尔斯电码的每个字母和数字都是通过不同长度的信号序列进行加密的。,6比特和字节,计算机中的所有信息都以位（bit，亦称比特，是二进制数字的最小信息单位）为单位进行存储和处理的。 1千字节（KB）= 210字节，即1 024字节 1兆字节（MB）= 220 字节，即1 024KB（1 048 576字节） l千兆字节（GB）= 230字节，即1 024MB（1 073 741 824字节） 注意：换算系数不是1 000，而是1 024。,二、数据传输方式,1并行传输 进行并行数据传输（见图1-20）时，发送装置向接收装置同时（并行）传输78位数据。以并行形式传输数据时，两个设备之间的电缆必须包括7或8根平行排列的导线（加接地导线）。,并行传输 1发送装置 2数据 3接收装置 MSB最高值数位 LSB最低值数位,2串行传输,串行传输主要用于在数据处理设备之间进行数据通信。在一根导线上以位为单位依次（连续形式）传输所需数据。,串行传输 1发送装置 2数据 3接收装置,3同步数据传输,使用一个共同的时钟脉冲发生器可保持发送装置和接收装置时间管理的同步性，这种方式就是同步传输方式,同步传输方式 1同步脉冲 2数据 3停止 4起始 5接收装置,4异步数据,传输发送和接收装置之间最常用的时间管理方式是异步传输方式。进行异步数据传输时，发送和接收装置之间没有共同的系统节拍。系统通过起始位和停止位识别数据组的开始和结束。,异步数据传输时数据帧的结构 1接收装置 2起始位 3最低值数位 458位数据位 5最高值数位 6检查位 7，8停止位 9发送装置,5数据总线上的信息流方向,单工通信,双工通信,第三节 车载网络的通信协议,1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，即指数据在总线上的传输规则。,2通信协议的内容, 在一个简单的通信协议中，模块不分主从，根据规定的优先规则，模块间相互传递信息，并且都知道该接收什么信息。 一个模块是主模块，其他则为从属模块，根据优先规则，主模块决定哪个从属模块发信息以及何时发送信息。,2通信协议的内容, 所有的模块都像旋转木马上的骑马人，一个上面有“免费券”挂环的转圈绕着他们旋转。当一个模块有了有用的信息，它便抓住挂环挂上这条信息，任何一个需要这条信息的模块都可以从挂环上取下这条信息。 通信协议中有个仲裁系统，通常这个系统按照每条信息的数字拼法为各数据传输设定优先规则。例如，以1结尾的数字信息要比以0结尾的有优先权。,二、总线与接口,1总线 总线技术最早应用在计算机内部。电信号在计算机系统组件、微处理器、存储器与输入输出器件之间以并行方式传输，为此目的而使用的线路称为总线（bus）。,在计算机系统内部总线分为地址总线、数据总线和控制总线3种。计算机系统内部的总线示意图如图所示,计算机系统内总线线路的示意图 1地址总线 2数据总线 3控制总线 CPU中央处理器 ROM只读存储器 RAM随机存储器 I输入 O输出,2接口,接口负责建立计算机与周围环境（其他设备）之间的连接。为了通过接口正确传输数据，所有设备必须使用相同的硬件和软件。如果无法满足这些前提条件，则由一个网关（控制单元）来完成协调工作。,（1）点对点连接 点对点连接仅适用于在一条传输路径上连接两个设备。 （2）多点连接 采用多点连接方式时可在同一传输路径上连接两个以上的设备。,三、协议要素及其功能,协议三要素,2协议的功能,协议的功能是控制并指导两个对话实体的对话过程，发现对话过程中出现的差错并确定处理策略。,第四节 车载网络分类和协议标准,一、A类网络标准,二、B类网络标准,三、C类网络标准,四、D类网络标准（多媒体系统总线标准、协议）,五、E类网络标准（安全总线标准）,安全总线主要是用于安全气囊系统，以连接气囊控制电脑、加速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供最佳保障。,六、诊断系统总线标准、协议,七、汽车网络的发展趋向,X-by-Wire系统在汽车上的应用,第五节 汽车对通信网络的要求及应用,一、汽车多个ECU之间的典型网络布局,图1-32 分级式网络布局,分开式网络布局,二、汽车对通信网络的要求,表1-14 典型参数允许响应时间,三、车载网络系统在汽车上的应用,车载网络的应用等级,图1-35 典型的车用网络,