汽车电子控制技术课件：车载网络技术 -

1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车电子控制技术,车载网络技术,教学提示：,构建车载网络系统并对汽车实施网络化控制的技术体系统称为车载网络技术。车载网络技术是汽车电子控制技术与现场总线技术、计算机网络技术相结合的产物。,教学要求：,本章主要介绍车载网络技术及其应用。要求学生了解车载网络技术的作用与分类，熟悉车载网络技术协议，掌握各种网络技术在汽车上的应用情况。,10.1,车载网络技术作用与分类,10.1.1,车载网络技术的作用,1.,信息传输的瓶颈问题,在汽车技术发展处于子系统层次的汽车单片机（汽车电脑）控制时代，特别是早期生产的汽车，车上只有一个电子控制单元，其信息传输量较少，电子控制系统的传感器、电子控制单元和执行器之间的连接电线（线束）的数量还不太多，尚可接受。,随着汽车技术的进步和消费者需求的进一步提高，汽车上的电子控制系统越来越多，其内部的线束也变得越来越复杂（图,10.1,）。,图,10.1,汽车内部的电线（线束）数量（装备,3,个电子控制单元）,为解决这一制约汽车电子技术进一步发展的信息传输瓶颈问题，一种新的信息传输

2、技术,车载网络技术应运而生。,2.,采用网络技术进行信息传输,将计算机领域的数据总线技术引入到汽车电气系统中，可以在大大简化汽车电路的同时，传输丰富的信息。,如图,10.2,所示，采用数据总线技术在两个控制单元之间进行信息传输，可以有效减少数据传输线的数量。,图,10.2,采用数据总线技术在两个控制单元之间进行信息传输,图,10.3,为在具有,3,个控制单元的系统中采用,CAN,数据总线进行信息传输的示意图，相应地，汽车内部的线束连接也变得简洁、清晰，不再是一团乱麻。,图,10.3,汽车内部的电线（线束）数量（装备,3,个电子控制单元）,显而易见，采用车载网络技术之后，不仅可以减轻整车自重、降低生产成本、提高汽车电气系统的工作可靠性，同时，还便于后续的技术开发。,10.1.2,车载网络技术的分类,1.,按网络拓扑结构分类,网络的拓扑结构是指网上计算机或设备与信息传输介质形成的节点与数据传输线的物理构成模式。,车载网络的拓扑结构主要有线形结构、星形结构、环形结构等几种。,（,1,）线形拓扑结构,图,10.4,线形拓扑结构,车载网络多采用线形拓扑结构,。,例如，在汽车上应用广泛的,CAN,

3、总线,，就属于,线形拓扑结构。,（,2,）星形拓扑结构,星形拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构（图,10.5,）。这种结构适用于局域网。,由于车载网络的应用目的之一就是简化线束，所以这种结构不可能成为整车网络的结构，只在某一总成或系统上使用。,BMW,车系的安全气囊系统就采用星形拓扑结构。,（,3,）环形拓扑结构,环形拓扑结构由各节点首尾相连形成一个闭合环形线路。环形网络中的信息传输是单向的，即沿一个方向从一个节点传到另一个节点；每个节点需安装中继器，以接收、放大、发送信号（图,10.6,）。,环形拓扑结构的缺点是：当节点过多时，将影响传输效率，不利于扩充，另外某一个节点发生故障时，整个网络就不能正常工作。,AUDI,和,BMW,车系的影音娱乐系统采用的,MOST,总线即为环形拓扑结构（图,10.7,。,图,10.7 BMW,车系影音娱乐系统的,MOST,总线采用环形拓扑结构,2.,按联网范围和控制能力分,总线按联网范围和控制能力分为主总线系统、子总线系统两大类。,（,1,）主总线系统,表,10-1,主总线系统相关参数,主总线系统名称,数据传输速率,

4、总线拓扑结构,传输介质,K总线,9.6kbit/s,线形，单线,铜质导线,D总线,10.5115 kbit/s,线形，单线,铜质导线,CAN,100 kbit/s,线形，双线,铜质导线,K-CAN,100 kbit/s,线形，双线,铜质导线,F-CAN,100 kbit/s,线形，双线,铜质导线,PT-CAN,500 kbit/s,线形，双线,铜质导线,Byteflight,10Mbit/s,星形,光纤,MOST,22.5Mbit/s,环形,光纤,（,2,）子总线系统,子总线系统名称,数据传输速率,总线拓扑结构,传输介质,K总线协议,9.6kbit/s,线形，单线,铜质导线,BSD,9.6kbit/s,线形，单线,铜质导线,DWA,总线,9.6kbit/s,线形，单线,铜质导线,LIN总线,9.619.2 kbit/s,线形，单线,铜质导线,表,10-2,子总线系统相关参数,3.,信息传输速率分,为方便研究和设计应用，美国汽车工程师学会（,Society of Automotive Engineers,，,SAE,）的汽车网络委员会按照系统的复杂程度、传输流量、传输速率、传输可靠性、动

5、作响应时间等参量，将汽车数据传输网络进一步细分为,A,、,B,、,C,、,D,、,E,五类。,A,类网络是面向传感器,/,执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于,10kbit/s,，主要用于车外后视镜调节，电动车窗、灯光照明等控制；,B,类络是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在,10125kbit/s,之间，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统；,C,类网络是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，位速率在,125 kbit/s-1Mbit/s,之间，主要用于牵引力控制、发动机控制、,ABS,、,ESP,等系统。,D,类网络是智能数据总线,IDB,（,Intelligent Data BUS,）网络，主要面向影音娱乐信息、多媒体系统，其位速率在,250kbit/s-100Mbit/s,之间。按照,SAE,的分类，,IDB-C,为低速网络，,IDB-M,为高速网络，,IDB-Wireless,为无线通信网络。,E,类网络是面向汽车被动安全系统（安全气囊）的网络，其位速率为,10Mbit/s,。,10.2,车载网络技术应用,10.2.1,载网络技术应用概况,汽车电子技术

6、在经历了零部件层次的汽车电器时代、子系统层次的汽车单片机控制时代之后，已经开始进入汽车网络化时代，并向汽车信息化时代迈进。,目前，世界主要汽车制造商生产的大多数汽车上均采用了以,CAN,、,LIN,、,DDB,、,MOST,、,FlexRay,等为代表的网络控制技术（图,10.8,和图,10.9,），将车辆控制系统简化为节点模块化。,在基于现场总线的分布式控制中，任何传统意义上的传感器和执行器都可以与同一现场的节点相组合，构成节点模块，车载网络技术进一步优化了汽车的控制系统，极大地提升了汽车的整体控制水平。,BMW E60的汽车网络系统,AUDI A4的汽车网络系统,车载网络技术是现代汽车电子技术的重要组成部分，也是现代汽车通信与控制的基础。伴随着车载网络技术的日益成熟，汽车电子技术开始向信息化时代迈进。,10.2.2,各种网络技术的应用,车载网络系统名称,适用范围,传输速率,主要应用车系,CAN（Controller Area Network）,车身控制系统、动,力传动控制系统,1Mbit/s,欧、美、日、韩,各大车系均有应用,VAN（Vehicle Area Network）,车身

7、控制系统,1Mbit/s,法国车系,J1850,车身控制系统,10.441.6kbit/s,美国车系,LIN（Local Interconnect Network）,车身控制系统,20kbit/s,德国车系,IDB-C,（,Intelligent Data BUS on CAN,）,汽车多媒体系统,250kbit/s,100Mbit/s,TTP/C,（,Time Trigger Protocol by CAN,）,被动安全系统,225 Mbit/s,TTCAN,（,Time Triggered CAN,）,被动安全系统,1Mbit/s,byteflight,被动安全系统,10Mbit/s,BMW车系,FlexRay,被动安全系统,行驶动态管理系统,10Mbit/s,BMW F01/F02车系,DDB/Optical,（,Domestic Digital Bus/Optical,）,汽车多媒体系统,5.6Mbit/s,BENZ车系,MOST,（,Media Oriented Systems Transport,）,汽车多媒体系统,22.5Mbit/s,德国车系,IEEE1394,汽车多媒

8、体系统,100Mbit/s,美国车系,IDB-1394,汽车多媒体系统,美国车系、日本车系,Bluetooth,无线通信、语音,系统、个人娱乐,1Mbit/s,欧、美、日、韩各大车系均有应用,Ethernet,维修时的车辆编程、,汽车多媒体系统,100 Mbit/s,BMW F01/F02车系,表,10-3,主要车载网络系统一览表,由于汽车上不同控制系统对信息传输的要求不尽相同，因此，在汽车上，针对不同的控制系统采用了各具特色的总线技术，然后，再利用网关把这些性能各异、各具特色的总线整合成一体，构成成本较低但功能完善的整车网络，以实现“,人尽其才，物尽其用,”。,遵循这一指导思想，汽车网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网关服务器来实现整车的信息共享和网络管理，如图,10.10,所示。,网关是车载网络内部通信的核心器件，通过网关可以确保各条总线上信息的共享和协调工作，实现汽车内部的网络管理和故障诊断功能，营造“,顺畅、和谐,”的工作氛围。,图1,0,-,10,BMW E60,车系全车网络系统构成,10.3,车载网络标准与协议,10.3.1 A,类网络标准与协议,

9、A,类网络通信大部分采用通用异步接收,/,发送,UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),标准。,UART,使用起来既简单又经济，但随着技术的发展，预计在今后几年中将会逐步在汽车通信系统中被停止使用。,A,类网络通信目前首选的标准是局域互联网,LIN,（,Local Interconnect Network,）。,LIN,是用于汽车分布式电控系统的一种低成本串行通信系统，是一种基于,UART,的数据格式、主从结构的单线,12V,的总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信，而这正是,CAN,总线的带宽和功能所不要求的部分。,LIN,总线采用低成本的单线连接，传输速率最高可达,20kbit/s,，对于低端的大多数应用对象（如中央门锁控制、空调系统控制等）来说，这个速率是完全可以满足要求的。,10.3.2 B,类网络标准与协议,B,类网络通信中使用最广泛的标准是,CAN,总线。,CAN,总线通信接口中集成了,CAN,协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项

10、工作。,B,类网络通信的国际标准是,ISO11898,，其传输速率在,100kbit/s,左右。欧洲的各大汽车制造商从,1992,年起，一直采用,ISO11898,，所使用的传输速率范围从,47.6500kbit/s,不等。,CAN,总线是德国,BOSCH,公司在,20,世纪,80,年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信协议,。,CAN,总线是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达,1Mb/s,。,10.3.3 C,类网络标准与协议,根据,SAE,的分类，高速总线系统属于,C,类网络标准。,由于高速总线系统主要用于与汽车安全相关，以及实时性要求比较高的领域，如动力系统等，所以其传输速率比较高，通常在,125kbit/s-1Mbit/s,之间，且必须支持实时的周期性的数据传输。,随着车载网络技术的发展，未来将会使用到具有高速实时传输特性的一些总线标准和协议，包括采用时间触发通信的,X-by-Wire,系统总线标准和用于安全气囊控制和通信的总线标准、协议。,10.3.4 D,类网络标准与协议,汽车多媒体网络和协议属

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