9汽车多个ECU之间的典型信息传送方式及网关.doc

CAN-BUS汽车多路信息传输系统及其检修技术汽车多个ECU之间的典型信息传送方式及网关1. 常见的动态控制系统的 ECU配置方式为了改善汽车的动态特性，汽车上的电子控制系统愈来愈多，最常见的有电子燃油喷射系统（EFI ）、防抱死制动系统（ABS,四 轮转向系统（4WS、四轮驱动系统（4WD和有源悬架系统（ASUSO 等，这些系统均配备有各自的 ECU日益增多的ECU及其通信设备 使汽车的生产成本逐年上升为了降低成本，首先要减少数据传输 功能设备，而要做到减少线束、接头、网关等功能设备，必须采用 能满足高速多路复用通信的协议，以共享和传送“控制信息” 此处所指的“控制信息”，有发动机转速、车身垂直加速度、车速等 等，这些“控制信息”连续馈送至网络总线（图 1）CAN-BUS汽车多路信息传输系统及其检修技术CAN-BUS汽车多路信息传输系统及其检修技术F-ET幣暑网络总线4WDASUS图1 汽车动态控制系统EFI-电子燃油喷射系统（ECU-A）;ABS4防抱死制动系统（ECU-B;4WS四轮转向系统（ECU-C；4WD四轮驱动系统（ECU-D;ASUS-有源悬架系统（ECU-E各个ECUS需要从总线上接收最新的信息以操纵使动器。

例如，匹配发动机转速传感器的 ECU-A（ EFI），将发动机转速数据连续馈 送至总线，而不需要考虑该 ECU应用些什么数据；另一方面，其他 几个需要发动机转速数据的 ECU只需从总线上接收发动机转速数 据而勿需考虑目身应分发些什么数据对于接收ECU它接收到的最新数据为现行数据在实际实施 中，每当ECU接收到数据，就将这些数据存储在 RAM区，并将这些 数据按各自的类型赋值，因此， RAM总有一个更新了的数据复制并存储在其中，再通过对这些数据的应用，使 ECU获取最新的数据2. ECU之间数据传递的主要特征汽车内ECU之间与办公用微机之间的数据传输特征不尽相同，主要差别在于传输频率汽车内ECI之间的数据传输频率是变化的， 例如，在发动机加速时，进行的是高频数据传输，如每隔 4ms传输l次；而在发动机低温低速状态，则只需作每隔 I秒左右I次的低频传输3. 汽车内各ECU数据传输/使用的映象为叙述方便，采用图1所示的5个ECU组成的动态控制系统5个ECU之间的“控制信息”设定为 55种：(1)发动机转速，(2)车速，(3)节气门开度，(4)汽车右 前高度，(5)汽车左前高度，(6)汽车右后高度，(7)汽车左后高 度，(8)制动液压力,,(54)车身纵向加速度，(55)车身垂直 加速度。

上述的55种数据用两字节表示即有足够的精确度， 换句话说，用二字节传输数据对 ECU是适宜的ECU传输每个数据或其他 ECU 接收这个数据用于控制的情况见表 1所列表1数据传输/使用的映象数据ECU-AECU-BECU-CECU-DECU-E(1)发动机转速传输—使用使用—(2)车速使用传输使用使用使用(3)节气门开度传输—使用—使用(4)汽车右前咼度民主—使用使用传输使用门(54)纵向加速度—使用传输使用—(55)垂直加速度—使用—使用传输数据传输总数15911137数据使用总数1223151827表中的“一”表示不起作用或相互间无关系例如，发动机转速数据由ECU-A发送和被ECU-C和ECU-D接收使用，而ECU-B与 ECU-E并不使用这些数据换而言之，由一个 ECU发送出的一种数据，会被一个以上的ECL所采用，但不一定会被所有的ECU都采用 从数据类别来说，ECU-A发送整个动态系统55种数据中的15种， 只有12种被其他ECU所采用；ECU-E发送的数据只有7种但因汽 车高度根据悬架往复行程分为很多等级， 加上汽车平顺性按软、中、硬等不同模式转换，故数据被其他 ECU采用较多达27种。

4. 汽车内各ECU数据类型的分级数据类型是指为适应不同应用场合的需要， 由程序设计语言为数据变量定义的数据结构性质和特征， 每种数据类型都规定了变量可能取值的范围及允许进行的一组操作， 丰田汽车的每种数据类型均由它的变化速率定义传输周期， 而数据类型可按数据传输周期和各个ECU的平均频率分级（表2）表2按传输周期分级的数据类型ECU传输周期，ms平均传输频率 （数据/ms）48161281024ECU-A463111. 946ECU-B122220. 643ECU-C032240. 519ECU-D224411. 032ECU-E012220. 268合计7141311104. 408由ECU-A发送的15种数据，有4种每隔4ms发送一次，另有6种每隔84ms 3种隔16ms 1种隔128ms、1种隔1024ms发送一次平均传输频率呵按下式求得 :1/4 X 4+1/8 X 6+1/16 X 3+1/128 X1+1/1024 X 1=1.946 （数据 ms）o用相同方法可求出ECU-B ECU-G ECU-D和ECU-E的数据平均 传输频率分别为 0.643、0.519、1.032、0.268数据/ms。

显然，各ECU之间的平均数据传输频率出入较大， 如ECU-A为ECU-E的7.26倍整个网络的传输频率为上述值的总和，即 4.408数据/ms o上述整个网络传输的数据类型共 55种，每个ECU的接收范围 为12~27种虽然这些值会随系统的尺寸改变而变化， 但总的趋势 是:若网络传输的数据类型为 30~60种，每个ECU接收数据的类型 一般为10~30种5. 令牌传递法的含义在令牌（特殊位串）传递系统中，令牌从一个节点（ ECU传 递到另一个节点（ECU，令牌传递法是用来确定有限定的、最差情 况下的等待时间的一种通信规约此方法允许唯一的特殊位串“令牌”存在于网络中，仅让获得令牌的一个节点有权发送数据， 这样，可防止两个或两个以上的节点同时传输数据，避免了数据碰 撞，由于令牌从一个节点到另一个节点连续移动，故所有的节点都 有获得令牌的机会，采用令牌传递，使各个节点可传递数据的时间比 CSMA/CD更能预测，但当各个节点的信息流不平衡时，使用的效率较低6. 数据帧与令牌帧的概念图2表示两种类型的帧格式，一种称为数据帧，另一种种为 令牌帧，数据帧是一种可以路上当作一个单元来传输的信息 帧，除子帧格式定义字符和校验字符外，其余部分即为被传送的数 据，该帧要得到令牌后才发送数据，也就是说，数据帧让一个节点 获得令牌发送数据，然后再将令牌传送到下一个节点。

a)数据帧(共占4位)(b)令牌帧(井13位〉图2 帧格式令牌帧是令牌环路中流动传送的一个特殊信息帧，此帧允许 一个节点获得令牌，但并无数据发送就传送令牌到下一个节点，从 图2b中可看出令牌帧中无数据 DATA等字段数据侦由以下组成:SOF —起始帧，1位，表示帧开始；ADRS —节点地址，4位，表示发送令牌的那一个节点的地址;ID 一数据标识，7位，指出数据类型；DATA 一传输数据，16位；CRC 一循环冗余校验，8位，用作错误检测；EOF —帧结束，7位；IFS —帧间间隔，1位，为帧同步给予的储备时间；IDLE —空闲可以认为，令牌帧由数据帧的子帧 SOF ADRS EOr和IFS等 构成，由于ADRS有 4位，故可设置16个节点地址；ID有7位，可 以处理128种数据，传输数据按带有5位长度位填充的不归零制 NRZ 编码就数据帧而言，位填充的字段有 SOF ADRS ID、DATA和CRC 就令牌帧而言，只有 SOF和 ADRS EOF初 IFS无位填充；除EOF和 IFS夕卜，其它字段都有位填充，其目的是为了保证这些字段位同步 另外，EOF和IFS的位顺序为“01111111”这样可在接收端发生位 填充违例，加密检测 EOF而不会受到其他字段的干扰，加密检测 EOF能确保帧同步，帧同步就意味着对 SOF精确地识别一一由于SOF跟随着EOF和前帧的IFS，它可能被位填充违例后从“1”至“0” 的转换所识别。

因此，在一个接收帧中，即使意外地失去了帧同步， 也很容易在下一个帧的开始恢复帧同步7. 5种位编码方法的最高基频5种位编码方法有：NRZ不归零制方式，PWM^冲宽度调制 方式，VPW可变脉冲宽度调制方式，Man Chester曼彻斯特编码方式， RZ归零制方式从表3中可看出，NRZ方式的最高基频较低一般 说来，基频值低一些，辐射噪音也少一些，辐射噪音除了与所采用 的编码方式相关外，还与总线媒体、驱动器 /接收器等的技术水平有密切关系表3 最高基频编码方式最咼基频编码方式最咼基频NRZ0.5 X （位速率）Man Chester1PWM1RZ1VPW0.758.多个ECU的通讯顺序每个节点都有唯一的节点地址 （单地址）连续监视着总线上发 送出的各个帧，将听收到的地址（ADRS）（直与自身的单地址作比较， 以校验吻合性，如果二者是一致的，那么该节点就获得令牌，而且 刚一处理完接收帧就开始传输，如果单地址节点发送的是从微处理 器中转移的数据，那么被发送的帧就是数据帧，否则就是 I个令牌帧，所给定的带有1的递增的接收节点地址值就足帧的节点地址， 这样令牌就被传送至下一个节点通信顺序的例子如图3所示，从图中可看出，节点1、4、5和 8有数据DATA寺发，而其他节点则无 DATA发送，假设节点0以令 牌起始，由于节点0无数据发送，只发送有节点地址值 1的1个令 牌帧。

节点I接收到这个帧，获得令牌并开始发送数据，节点 I发送具有节点地址值2的数据帧，接收节点地址值具有增只 1,接下去节点2 “监听”到节点I发送的数据帧，获得令牌接着发送有节 点地址3的令牌帧,，令牌沿者所有的节点移动， 如果某个节点有传输数据存在，获得令牌后就发送 I个数据帧；若该节点无传输数 据，获得令牌后就只发送令牌帧从图中还可看出，在网络总线上排列着所有节点发送的各个侦，每个节点都可以收到这些帧和应用这些数据以供控制■厂一 线1LTI［亟匣业朗1L1I IN It?岡亦*网肛帕［W勾6审］| 7 ］ 尊⑷紆岬碉9. ECU之间采用令牌传递法传送信息出错的处理ECU之间信息传送出错主要有以下几种情况，初始化出错、节 点(ECU有故障、令牌失踪和接收出错等1)初始化出错汽车点火开关接通后，如果 ECU网络中的令牌未立即出现，则节点 ECU不可能发送出任何帧，网络总线处于 空闲状态令牌传递的开始是这样的，每个节点被赋予一个特定的 时间消逝值，并将其与总线保持的空闲时间经过值比较，校验二者 的同步性，如果二者同步，则节点开始传递令牌，由于各个节点赋 予的时间消逝值各异，仅有一个具有最小值的节点可以启动令牌传 递。

2)节点(ECU)有故障如果某些具有令牌发送的节点(如节点0)发送一个数据帧或令牌帧，然后转移令牌至下一个节点(如节点1),节点1必须立即发送1个数据帧或1个令牌帧若节点1 有故障，它就。