汽车车载网络技术详解(第2版)第4章光学总线系统
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,第四章 光学总线系统,第一节 光学总线的结构及信息传输 第二节 MOST总线系统 第三节 byte flight总线 第四节 光纤信号的衰减及光纤使用维修,图1-35 典型的车用网络,在汽车影音娱乐和信息显示系统中，为保证音质清晰、画面流畅，需要传输的数据量很大，对传输速率要求也很高。CAN总线的信息传输能力在这方面显得捉襟见肘，无能为力。为满足上述要求，特别开发了光学总线系统。 目前，应用较多的汽车光学总线系统主要有DDB、MOST和byte flight三类。,第一节 光学总线的结构及信息传输,一、光学传输简介 1信号的光学传输 与传统的电传输信号不同，光学传输是利用光来传输信号的，两者的区别如图4-1所示。进行光学信息传输时，数字信号借助发光二极管被转换成光信号。光信号通过光导纤维（光缆）传输到下一个控制单元,2光学传输的优点 在光学总线中，相关部件之间的数据交换是以数字方式进行的。通过光波进行数据传输有导线少且重量轻的优点，另外传输速度也快得多。与无线电波相比，光波的波长更短，因此它不会产生电磁干扰，同时对电磁干扰也不敏感。这些特点就决定了其传输速率很高且抗干扰能力也很强。,图4-1 光传输与电传输的区别 A光传输 B电传输 1信号源 2发光二极管 3光缆 4光电二极管 5接收装置 6解调器 7导线 8调制器,二、光学传输系统的结构,1光学传输控制单元的内部结构 光学传输控制单元（见图4-3）由内部供电装置、收发单元-光导发射器（FOT）、光波收发器、标准微控制器（CPU）、专用部件等组成。,（4）收发单元-光导发射器,收发单元-光导发射器由一个光电二极管和一个发光二极管构成，到达的光信号由光电二极管转换成电压信号（实现由光到电的转变）后传至光波收发器。发光二极管的作用是把来自光波收发器的电压信号再转换成光信号（实现由电到光的转变）。 光学传输中使用的光波波长为650mm，是可见红光。数据经光波调制后传送，调制后的光经由光导纤维传到下一个控制单元。,收发单元-光导发射器（FOT）,2光电二极管,光电二极管是利用光电效应原理将光波转换成电压信号的。如图4-6所示，光电二极管内有一个PN结，入射光可以照射到这个PN结上。在P型层上有一个正极触点（滑环），N型层与金属底板（负极）相连。,光电二极管的结构示意图,光电效应原理,3光导纤维,（1）光导纤维的种类 常用的光缆有塑料光缆和玻璃纤维光缆两种，在汽车应用了塑料光缆。,塑料光缆（K-LWL）具有以下优点：, 光纤横断面较大。 制造过程简单。 更易于使用，因为塑料不会像玻璃一样脆弱。 更容易加工处理，在导线束制造时以及在进行售后服务维修时具有较大的优势。,（2）车载光导纤维的特点,为确保光波的正常传输，光导纤维具有如下特点： 在光导纤维中传输时，光波的衰减应尽可能小，以防止信号失真； 光波应能通过弯曲的光导纤维来传输，以适应在车内安装的需要； 光导纤维应是柔性的，以适应车辆的颠簸和振动； 在-4085的温度范围内，光导纤维应能保证可靠传输光波，以适应汽车内部的剧烈的温度变化。,光导纤维的作用是传输光波,三、光导纤维的结构及光波的传输,1光导纤维的结构, 纤芯是光导纤维的核心部分，是光波的传输介质，也可以称之为光波导线。纤芯一般用有机玻璃或塑料制成，纤芯内的光波根据全反射原理几乎无损失地传输。 透光的涂层是由氟聚合物制成的，它包在纤芯周围，对全反射起关键作用。 黑色遮光包层是由尼龙制成的，用来防止外部光源照射，避免产生干扰。 彩色包层起到识别、保护及隔热作用。,2光波在光导纤维中的传输,（1）直的光导纤维。在直的光导纤维中，光纤以直线方式在内芯线中传导部分光波。大多数光波是按全反射原理在纤芯表面以Z字形曲线传输的，其结果在内芯线的表面产生了全反射。,（2）弯曲的光导纤维,在弯曲的光导纤维中，通过全反射在纤芯的涂层界面上反射，可以实现光波的正常传输，但光导纤维的曲率不宜过大。,光波在弯曲的光导纤维中的传输,（3）全反射,当一束光波以小角度照射到折射率高的材料与折射率低的材料之间的界面时，光束就会被完全反射，这种现象称为光波的全反射。,光导纤维弯曲或弯折过度时出现光波传输的大幅度衰减,3专用插头,为了能将光导纤维连接到控制单元上，在光学传输系统中使用了一种专用插头。插座本体上有一个信号方向箭头，表示光波传输方向（通向接收器）。插头壳体就是光导纤维与控制单元的连接处。,光学传输系统的专用插头,4光纤端面,为了能使光波传输过程中的损失尽可能小，光导纤维的端面应光滑、垂直、洁净，只有使用专用的切割工具才能达到上述要求。切割面上的污垢和剐痕会产生很高的损耗（衰减）。光学端面通过内芯线的端面，光被传送到控制单元中的发射机/接收机。,光导纤维的端面,5光信号的发送过程,光信号的传输,第二节 MOST总线系统,1MOST总线的定义 MOST总线是Media-Oriented Systems Transport的缩写。顾名思义，MOST总线是一种用于多媒体数据传输的网络系统,2MOST总线的应用,MOST总线可连接汽车音响系统、视频导航系统、车载电视、高保真音频放大器、车载电话、多碟CD播放器等模块，其数据传输速率最高可达22.5Mb/s，而且没有电磁干扰。,AUDI A8汽车的信息及娱乐（Information and Entertainment）多媒体系统,3MOST总线的传输速率,车载多媒体影音娱乐系统工作时，为保证音质清晰、画面流畅，需要传输的数据量很大（海量数据），对数据传输速率要求也很高,多媒体的数据传输速率,二、MOST总线的组成与系统状态,1MOST总线的环形拓扑结构,2MOST总线系统管理器,系统管理器的作用如下： 1）控制系统状态； 2）发送MOST总线信息； 3）管理传输容量。,3MOST总线系统状态,（1）休眠模式 处于休眠模式时，MOST总线内没有数据交换，静态电流降至最小值，系统处于待命状态，只能由系统管理器发出的光波启动脉冲来激活。,进入休眠模式的条件是： 1）MOST总线系统上的所有控制单元都已准备好要切换到休眠状态； 2）其他总线系统没有通过网关提出任何要求； 3）故障自诊断系统没有处于工作状态。,（2）备用模式,MOST总线系统处于备用模式时，无法为用户提供任何服务，给人的感觉就像系统已经关闭一样。但这时MOST总线系统仍在后台运行，所有的输出介质（如显示屏、收音机放大器等）都不工作或不发声。备用模式在发动机起动及系统持续运行时被激活。,处于备用模式下的MOST总线系统,（3）通电工作模式,MOST总线系统处于通电工作模式时，控制单元完全接通，MOST总线上有数据交换，用户可使用影音娱乐、通信、导航等所有功能。,处于通电工作模式下的MOST系统,进入通电工作模式的前提条件,1）MOST总线处于备用状态； 2）其他数据总线通过网关激活MOST总线系统（如将汽车钥匙插入使用和起动授权开关内，S触点闭合）； 3）通过用户操作影音娱乐设备来激活MOST总线系统（如操作多媒体操纵单元E380的功能选择按钮）。,三、MOST总线数据传输,1信息帧 （1）脉冲频率 （2）信息帧的结构,2MOST总线的工作过程,（1）系统启动（唤醒） 如果MOST总线处于休眠模式，那么首先必须通过唤醒过程将系统切换到备用模式。如果某一控制单元（系统管理器除外）唤醒了MOST总线，那么该控制单元就会向下一个控制单元发射一种专门调制的光波（称为伺服光波）。环形总线上的下一个控制单元通过在休眠模式下工作的光电二极管来接收这个伺服光波并将该光波继续下传，该过程一直进行到系统管理器为止,（2）同步数据的传输,在MOST系统中，音频和视频信息是作为同步数据传输的。为便于理解，下面以Audi A8 03年型汽车播放音乐CD（见图）为例来进行说明。, 发射器地址前部信息控制单元J523，环形位置3。 数据源的接收器地址CD机，环形位置3（取决于装备情况）。 控制指令播放第10个曲目。 分配传送通道CD机（数据源）确定数据区中有哪些字节可以用于传送数据，然后加入带有以下校验数据的信息组。 信息源发射器地址CD机环形位置（取决于装备情况）。 系统管理器的接收器地址前部信息控制单元J523，环形位置1。 控制指令CD的数据传送到通道01、02、03、04（立体声）。,同步传输的数据管理,
