（电气工程专业论文）can总线在汽车电子系统中的应用.pdf

s t u d yo nt h ea p p l i c a t i o no fc a n i na u t o m o t i v ee l e c t r o n i c s a b s t r a c t i n v e h i c l en e t w o r ki sa m o n gn o to n l yt h em o s ti m p o r t a n tp r o d u c t i o n si nt h e i n f o r m a t i o na g e ，b u ta l s ok e y sf o rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fa u t o m o t i v e t e c h n o l o g y i no v e r s e a s ，i t sr e l a t e dr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a l t l sd a t ef r o ma s f a ra se a r l y19 8 0 s ，d u r i n gw h j c ht i m ec o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ( c a n ) w a sf i r s t b r o u g h tf o r t ht om e e tt h ei n c r e a s i n gn e e df o rd a t ae x c h a n g ei nf u t u r ea u t o m o b i l e s p r e s e n t l y , t h e r ea r em a n yh i g h l e v e lp r a c t i c e si ni t sa p p l i c a t i o n a n dc a ni so ft h e g r e a t e s tm a r k e tp r o s p e c t l a t ei n2 0 0 1 c h i n aa l s ol a u n c h e dr e s e a r c hp r o j e c t sa i m i n g t ol a vaf o u n d a t i o nf o rt h ee s t a b l i s h m e n to fh e ro w nt e c h n i c a ll i n ea n de x e c u t i v ep l a n t od e v e l o pi n v e h i c l en e t w o r k p r e s e n t e di nt h ef i r s tp a r to ft h i sd i s s e r t a t i o ni s 也eg e n e r a ls i t u a t i o no ft h e i n v e h i c l en e t w o r k t h er e s e a r c hf e l li n t ot w os e c t i o n s ：as u r v e yo nt h es t a t u sq u o a n df u t u r e 仃e n do fa u t o m o t i v eb u s e sa n dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l su s e do v e r s e a s w h i c hc o n s t i t u t e sc h a p t e r2 ：a n da na n a l y t i ci n q u i r yi n t oc a n s p e c i f i c a t i o na sw e l l a si t sa u t o m o t i v ea p p l i c a t i o n w h i c hc o n s t i t u t e sc h a p t e r3 p r e s e n t e di nt h es e c o n dp a r to ft h i sd i s s e r t a t i o ni st h ea u t h o r se f f o r tt o i n t r o d u c ec a ni n t oh o m e - m a d ea u t o m o b i l e s s o m ec a nn o d e sw e r ew o r k e do u t a n dt h e nac a nb a s e ds y s t e mw a sb u i l tu pt oa d j u s ta n dc o n t r o lr e a r - v i e wm i r r o r s k e yw o r d s ：c a n ，a u t o m o t i v eb u s ，i n - v e h i c l en e t w o r k ，r e a r - v i e wm i r r o r 插图清单 图1 1 传统线束连接。2 图1 2 新型网络连接2 图1 3 车载网络的基本构架o ：4 图2 1 各类典型车用总线：1 6 图3 1c a n2 0 对o s i 模型的遵循1 7 图3 2 数据帧：18 图3 3 远程帧：1 8 图3 4 错误帧和超载帧18 图3 5c a n 的仲裁机制19 图3 6 高速c a n 的物理连接2 2 图3 7 高速c a n 的物理信号2 3 图3 8 低速容错c a n 的物理连接2 3 图3 9 低速容错c a b 的物理信号：2 3 图3 1 0 汽车内联网2 5 图3 1 lc a n 的实用对策2 7 图4 1c a n 的基本硬件结构2 8 图4 2c a n 相关微控制器产品的销量2 9 图4 3 摩托罗拉的车内组网方案3 0 图4 4m s c a n 示意图3l 图4 5m s c a n 在存储器中的映象3 2 图4 6m s c a n 对标识符的过滤3 3 图4 7 验收控制寄存器3 4 图4 8c a n 的位定时与同步规则3 4 图4 9m s c a n 的位定时3 6 图4 1 0 总线定时寄存器0 一3 6 图4 1 1总线定时寄存器1 。3 7 图4 1 2 模块控制寄存器1 3 7 图4 1 3 发送器标志寄存器3 8 图4 1 4 发送器控制寄存器k 3 8 图5 1c a n 的通讯电路。3 9 图5 2电源管理电路一4 0 图5 3 通讯效果的显示设备4 2 图5 4 串行通讯电路：4 2 图5 5 对富余i o 端口的处理4 3 图5 6c a n 与s c i 之间的通讯流程：4 3 图5 7 基于c a n 的通讯调试4 7 图6 1 后视镜驱控节点中c a n 的通讯电路4 8 图6 2 右电动后视镜的内部结构4 9 图6 3l 2 9 8 的驱动原理5 0 图6 4 限制电机线圈电流的电路5 1 图6 5 短路保护电路5 2 图6 1调试节点的c a n 通讯功能5 2 图6 7 鞋后视镜调整键盘5 4 图6 8 用于调整后视镜的控制位5 4 图6 9 中央控制模块的软件流程5 6 图6 1 0 接收方的软件流程5 7 图6 1 l 后视镜调控系统的仿真调试5 8 表格清单 表2 1a 类总线及各自特征7 表2 2b 类总线及各自特征8 表2 3c 类总线及各自特性9 表2 4 车用多媒体总线及各自特性表1 1 表2 5 车用诊断总线及各自特性1 2 表2 6 车用安全总线及各自特性1 4 表2 7 车用x b y - w i r e 总线及各自特性1 5 表4 1 构成c a n 帧的有关数据在t x r x 缓存中的存储情况3 2 表4 2m s c a n 推荐的位定时设置3 6 表6 1f k - 1 3 0 r d 型直流电机技术参数5 0 表6 2 接线情况与镜片运动的关系5 4 表6 3l 2 9 8 的输入逻辑与镜片运动的关系5 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 盒8 巴王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：一若泗 签字日期：一n 夕年厂月歹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金月巴王些丕堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授啦 壁至些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 若多若$ 签字日期d 脾r 月，7 日 i i i 导师签名： 辩醐湖耵月厂日 致谢 本论文是在学校导师张崇巍教授、企业导师司鹏昆高级工程师指导下完成 的，两位导师学识之渊博、治学之严谨、待人之诚挚热情，尤其是实事求是之 作风，给我留下了极其深刻的印象，是我终身学习的楷模。在三年多的工程硕 士学习和生活期间，倍受二位导师的亲切关怀和热心指导，在此论文完稿之际， 首先向两位导师表示衷心感谢。 在论文的试验过程中，始终得到了合作单位承德石油高等专科学校万方汽 车修理厂的王世震、刘浩宇等老师的热心指导，在资料搜集方面得到了王世震 教授、郝军高级工程师的大力协助，在控制系统的设计方面得到了承德石油高 等专科学校侯淑梅老师的帮助。在此，我向他们表示深深的感谢。 在整个研究生学习期间，我所在的单位承德石油高等专科学校热能工程系 的各位领导和同事们在学习和生活上均给予了大力支持，在此，我也向他们致 以谢意。 第章绪论 从2 0 世纪7 0 年代起，电子技术开始普遍应用到汽车上，并逐渐演变为汽 车关键技术。3 0 多年来，各种车用电子控制装置应运而生，逐渐促成了汽车电 子控制系统的概念。汽车电子技术在显著改善汽车各项性能的同时，也潜移默 化地影响了人们理解汽车的方式。对现代社会而言，汽车早已超越了“交通工具” 的单纯概念，倒越来越像是一种“载体”，与时俱进地表现出当代科学技术的最 高发展水平。特别是在近1 0 年，汽车电子系统不断融入网络、多媒体、无线通 讯等来自电信科技的新理念，让人们体会到了前所未有的操作便利与乘用乐趣。 车载网络就是在这种背景下崭露头角，迅速成为当今汽车技术最为重要的发展 方向之一。 1 - 1 国外车载网络的概况 随着汽车电子技术的不断发展，汽车上各电子控制系统功能更加精细，结 构越发复杂。为了解决越来越多的车上电子控制系统之间的数据交换问题，国 外早在上个世纪8 0 年代就开始考虑给汽车引进网络技术。目前，国外在相关领 域的研究开发工作已达到一个很高的水平，实际投产在用的车载网络系统可以 涵盖汽车中绝大部分车型。 1 1 1 车载网络的历史背景 在车用电控装置刚问世的时候，整个工业界还处在模拟信号占主导地位的 阶段，数据通讯只能采取低速率、点对点的简单方式，比如沿用至今的4 - - - 2 0 m a 模拟信号通讯标准。只是由于当时汽车用到的电子控制单元e c u ( e l e c t r i c a l c o n t r o lu n i t ) 、传感器和执行器还不多，相互的连接关系也不复杂，所以对通讯 并没有提出太高的要求。 不久，数字集成电路技术的普及引发工业界开始广泛采用微控制器。汽车 电子系统也相应增加了e c u 的使用个数，并在e c u 之间、外围设备之间出现 了通讯需求。由于当时的微处理器产品还很“娇贵”，所以人们力求在汽车电子 系统中用尽可能少的e c u 来管理尽可能多的设备，并尽量使e c u 远离恶劣的 现场工作环境。随着汽车电子系统中电子设备增多，安装位置分散，连接关系 复杂，所使用的连接线都是成捆成束地出现的。如何在有限的车内空间中合理 布设线束的问题开始受到人们的关注。 进入2 0 世纪9 0 年代，半导体芯片设计制造工艺的发展进步使得新一代微 控制器尺寸越来越小，价格越来越低，性能越来越高，还可以按照用户要求嵌 到现场测控设备中，给它们引入“智能”。像某些车用智能传感器，不仅具有量 程自选、误差修正、模数转换等功能，还能执行优化结果、诊断故障、通报状 态等操作。这样，原本由e c u 独揽的处理任务现在就可以在数字通讯的基础上 交给多个现场测控设备去分担。再加上这时期的汽车开始普遍采用实时控制 技术，现场测控设备随时都有被访问或管理的可能，所以汽车电子系统对高速 交换大量数据的需求就变得迫切起来。针对这种情况，人们开发出了车载网络 技术，以求从根本上解决汽车内部的通讯问题。 1 1 2 推广应用车载网络的必要性 随着结构和功能日趋复杂，现代汽车电子系统如果还是照搬以往点对点的 通讯方式的话，由此形成的线束大致如图1 1 所示。 图1 1 传统线束连接 f i g 1 1 t h ec o n n e c t i o no ft r a d i t i o n a ll i n e 据实际统计，传统汽车所使用的典型线束展开后长约1 6 1 0 m ，接头近3 0 0 个，重3 5 k g ，成本超过1 0 0 0 美元；而且，线束重量每增加5 0 k g ，汽车的每百 公里油耗就至少提高0 2 l 。因此，线束不仅占用了较大的车内空间，还严重制 约着汽车向经济性和向智能化方向发展。 图1 2 新型网络连接 f i g 1 2n e w t y p en e t w o r kl i n k 显然传统线束的结构复杂可导致汽车电子系统的可靠性降低，维护难度增 加，难以满足现代分布式实时控制系统在数据通讯方面的严格要求。另外，在 现代汽车电子系统中，有许多传感器或执行器同时受到多个e c u 的管理。要想 让这些传感器或执行器正常高效地工作，有关e c u 在协同合作方面的能力也需 要达到一定的水平。在以上两个方面的要求下，车载网络势必取代线束，成为 新时期解决车内布线的有效方法。图1 2 就直观显示出汽车电子系统在网络化以 后，只需少量导线就能完成对系统内部所有模块的连接。 车载网络的优越性还远不只是表现在通讯线的布设大为简化这点上。通过 给汽车电子系统引进信息技术，车载网络不仅能轻松实现系统内部各设备之间 的资源共享和工作协调，还能在规范化网络接口的基础上，使用户可以随意增 减或替换不同的现场设备，省下过去花在系统组件兼容性方面的软硬件开销。 所以说，车载网络给汽车电子系统整体性能的进一步扩展提供了一个更为强大 的功能平台，它成了保证汽车电子技术持续进步的基础之。 采用以c a n 为代表的车载网络后，车内导线可以缩短2 0 0 - - - 1 0 0 0 m ，重量 减轻9 - - , 17 k g ，不仅布设起来比较方便，数据通讯能力还会在速度和安全等方面 显著提高，汽车电子系统也容易胜任原先难以达到的实时性和可靠性的要求。 所有这些数据，充分说明了车载网络的推广应用势在必行。 1 1 3 车载网络的总体结构 车载网络按照特定的通讯协议，把布置相对分散，而且运作相互独立的许 多车用电控装置连接在一起，实现了汽车电子系统的资源共享、结构简化、成 本降低、性能提高，所以成为现代汽车电子技术领域的关键技术之一。国外一 些知名的汽车制造厂很早就看准了这一点，于上个世纪8 0 年代初就纷纷展开了 对车载网络技术及其应用的研发工作，以求在将来激烈的行业竞争中抢占先机。 结果，几乎每个厂商都拿出了一套与众不同的车载网络方案，并且都想让自己 的方案成为垄断全行业的通用标准。 目前，业界除在“车载网络采用总线型的拓扑结构”这点上达成共识以外， 就其它技术问题还存在很大纷争。各式各样的车用总线被研制出来，并已投入 实际应用。这些车用总线要么应用对象不同，要么用于同一对象但性能各异。 所以，现阶段的车载网络必须采用多套总线来连接车上不同功能的电控装置， 并增设网关来实现整个汽车电子系统的资源共享，由此形成了如图1 3 所示的基 本构架【2 1 。 一 车载网络将汽车电子系统大体分为动力、底盘、车身和信息娱乐四大部分。 ( 1 ) 动力系统主要包括发动机和传动装置。对它们进行网络化控制的目的， 一是优化汽车的动力性和经济性，二是让尾气中的污染物达标。随着排放法规 不断加严，动力系统在控制方法和组织结构上日趋复杂，一般要用高速总线来 采集车上不同位置传感器的数据，并用高档微控制器来对发动机的工作状态进 行实时监控与管理。 ( 2 ) 底盘系统以安全气囊和防抱死系统( a b s ：a n t i 1 0 c kb r a k es y s t e m ) 为代 表，它的目标是增进汽车安全性。得益于半导体技术的发展普及，底盘系统普 遍引进高档微控制器，传感器性能也有了很大提高，生产成本则大为下降。在 3 广泛采用智能功率器件( s m a r t m o s ) 的基础之上，底盘系统在底层都具备很 强的通讯能力，它们之间一般通过高速总线相连。 ( 3 ) 车身系统侧重于提高汽车的舒适性，主要包括空调、座椅、车门、车灯 和仪表盘等。由于这些装置在汽车中的布置特别分散，驱动或控制起来比较简 单，因此，为了保证足够远的传输距离，车身系统一般采用低速总线来进行内 部数据通讯。 ( 4 ) 信息娱乐系统既包括传统的车载影音设备，还在网际网络和无线互联的 基础上给汽车引入了导航定位和宽带上网等先进功能，系统内部需要用到多种 通讯方式。 息娱乐系统 收音机 电话 电税 音响 嘏刻国匮 拍l 断 剖迷 圃但 匾酬蕊l 图1 3 车载网络的基本构架 f i g 1 3 b a s i cf r a m e w o r ko ft h ee a r - m o u n t e dn e t w o r k 汽车的故障诊断以前都是作为模块安放在e c u 中的，是e c u 的一种功能 选项。所以，它总是从属于单个的控制系统，不同系统的诊断模块之间几乎不 存在自由通讯与协作的可能。车载网络出现以后，诊断通过汽车电子系统各部 分之间的互联实现了整合，统一的诊断系统有了专用通讯协议，所以图1 3 中“诊 断”被直接连到了网关上。另外，有些诊断系统还可以通过网关与汽车外部的高 级诊断网络互联。这连同在信息娱乐系统中提到的整车入网功能，预示着汽车 在内部实现网络化之后，又将进一步迎来与外界网络化的进程。 1 2 课题意义和任务 车载网络代表着汽车电子技术今后发展的主流，然而长期以来，国内在这 方面却是一片空白。目前我国已加入w t o ，国内汽车行业正面临来自国外的严 峻挑战。尤其是在车载网络领域，由于它的国际市场还处于自由竞争时期，国 外的车用总线开发商都希望抢占和控制中国这个世界上还未被开发的巨大 的汽车潜在市场。另外，由于现在用于汽车的电控装置越来越复杂，传统构建 汽车电子系统的方法已日益成为制约国产汽车发展的重要瓶颈。在这种形势下， 我国有必要全面了解借鉴国外先进的车载网络技术，并争取尽快开发出具有自 4 主知识产权的产品，以保证国产汽车的信息化事业健康顺利地进行。因此，在 国内开展与车载网络有关的研究工作具有十分重大而又深远的意义a 本课题主要任务就是对c a n 在汽车中的应用进行研究。调查c a n 的协议 规范和市场现状；开发具有实用价值的c a n 节点；用c a n 实现一套具体的汽 车电子控制系统。 ，第二章车用总线和通讯协议综述 我国在2 0 0 1 年底启动了对车载网络技术的基础性研究。在当时新入选十 五”8 6 3 计划的电动汽车重大专项下面，特别列有“网络、总线、通讯协议的前期 研究”子课题。该课题旨在全面调查国际上车用总线和通讯协议的应用状况和发 展趋势，为下一步研究制定我国自主发展车载网络的技术路线和实施方案奠定 基础。 2 1 车用总线的应用现状 现阶段的车载网络必须用到多种总线。这些车用总线由于在应用对象和网 络性能上各有特色，将会在竞争中共存相当长一段时间。另外，随着车载网络 技术的发展，一些特定用途的新型总线正在被陆续研发出来。 2 1 1s a e 分类总线 目前，绝大多数车用总线都被s a e ( s o c i e t yo f a u t o m o t i v ee n g i n e e r s ：美国 汽车工程师协会) 下属的汽车网络委员会按照协议特性划分成a 、b 、c 、d 四 类。a 类是面向传感器或执行器管理的低速网络，它传输数据的位速率通常小 于1 0 k b s ，主要用于调整后视镜、电动窗和灯光照明等设备；b 类是面向独立 控制模块间信息共享的中速网络，位速率一般在1 0 k b s 到1 2 5 k b s 之间，主要 用在车身电子的舒适性模块和显示仪表等设备中；c 类是面向闭环实时控制的 多路传输高速网络，位速率多在1 2 5 k b s 到1 m b s 之间，主要服务于动力传动系 统；d 类则是面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速率一般在 2 m b s 以上，主要用于c d 播放机、v c d d v d 播放机、液晶显示等设备。 2 1 1 1a 类总线 大多数a 类总线都遵循u a r t ( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e r t r a n s m i t t e r ：通用异步接收发送器) 标准【4 】，它们用起来简单经济，但估计在 2 0 0 5 年后将随u a r t 的过时而退出车用领域。比如，通用汽车( g m ) 公司的 e & c ( e n t e r t a i n m e n ta n dc o m f o r t ) 系统【5 】、克莱斯勒( c h r y s l e r ) 公司的c c d ( c h r y s l e rc o l l i s i o nd e t e c t i o n ) 系统【6 j 和福特( f o r d ) 公司的a c p ( a u d i oc o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 系统，它们都曾是应用a 类总线的典型例子，不过现在均已停产。另 一种被称为1 2 c ( i n t e ri cb u s ) 的a 类总线如今在汽车中也已非常少见，仅是在 雷诺( r e n a u l t ) 公司的i - i v a c ( h e a t i n g , v e n t i l a t i o na n d a i rc o n d i t i o n i n g ：供暖、 通风和空调) 系统中应用7 】【8 】。只有丰田( t o y o t a ) 公司制订的b e a n ( b o d y e l e c t r o n i c sa r e an e t w o r k ) 协议还在多款丰田车中使用，却也难免将随u a r t 而 被淘汰出局。 a 类总线以l i b l ( l o c a li n t e r c o n n e c tn e t w o r k ：本地互联网) 规范最有前途 6 p j 。它是由摩托罗拉( m o t o r o l a ) 与奥迪( a u d i ) 等知名企业联手推出的一种新 型低成本的开放式串行通讯协议，主要用于车内分布式电控系统，尤其是面向 智能传感器或执行器的数字化通讯场合【l o 】。，l i n 采用了u a r t 的数据格式和简 易的单线连接，位速率能够满足绝大多数低端应用的需求。另外，l i n 单主多 从”的媒体访问机制省去了复杂的仲裁过程，从属节点可以在没有晶体振荡器的 情况下自行同步，因此它的软硬件平台极为简化 1 1 1 。这既保证了数据传输的可 靠性，也缩减了电控系统的开发、生产和维护成本。由于业界尚未出现广受欢 迎的低端多路通讯协议，l i n 正在力图成为这一领域的行业标准。 表2 1 是对现有a 类总线的调查结果。 表2 1a 类总线及各自特征 t a b l e2 1 t h ew i r eo f aa n dr e s p e c t i v ec h a r a c t e r i s t i c 名称 特性 u a r t e c c c dj 1 7 0 8b e a na c ps 仆厄b u sl 玳 所属通用通用克莱 s a e丰田 福特德科 摩托 机构汽车汽车斯勒 罗拉 通用，通用，控制，车身控音频，智能 用途通用 音频 诊断诊断诊断制，诊断控制 传感器 使用 至2 0 0 5至2 0 0 2至2 0 0 2至2 0 0 2 1 9 9 5 起 至2 0 0 2 2 0 0 0 起2 0 0 3 起 年限 传输 媒体 单线单线单线双绞线单线双绞线单线 单线 位编码 n r z ap w m bn r z 8n r z 3n r z an r z a n r z 8 媒体访 主从竞争主从主从竞争主从主从主从 问 检错 奇偶校 方式 校验和校验和 校验和 c r c d 校验和 无 校验和 验 1 1 1 21 2 2 4 每字节 头长度1 6 位8 位1 6 位2 5 位2 位 位位2 位 数据 0 8 5 l 1 1 字 6 1 2 长度字节 1 8 位5 字节l o 1 8 位 8 字节 节字节 6 6 6 k 一- 位速率8 1 9 2 b s1 0 0 0 b s7 81 2 5 b s9 6 0 吣| s1 0 k b s9 6 0 0 b s2 0 k b s 2 0 0 k h z 总线 最长 2 0 m4 0 m1 0 m4 0 m 节点 最多 1 01 062 02 01 6 成本 低 低低中低低低低 an r z - 不归零制( n o n - r e t u r nt oz e r o ) bp w m ：脉宽调制( p u l s ew i d t hm o d u l a t i o n ) c 一：不祥或无明文规定dc r c ：循环冗余检验( c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k ) 7 2 1 1 2b 类总线 b 类总线以c a n 最为著名。c a n 是2 0 世纪8 0 年代中期由德国博世( b o s c h ) 公司开发出来的一种车用现场总线，不久便在业界得到了推广普及。比如在欧 洲，各大汽车公司从1 9 9 2 年起就一采用位速率在4 7 6 k b s - - 1 2 5 k b s 之间的c a n 标准i s o11 8 9 8 1 【12 1 。而且近年来，低速容错c a n 的标准i s o1 1 5 1 9 2 t 1 3 3 也开始在 欧洲的一些车型中得到了广泛应用。至于美国；它在逐步淘汰曾盛行一时的s a e j 1 8 5 d 1 4 j 通讯协议的同时，表现出积极向c a n 靠拢的态势。像通用、福特和戴姆 勒一克莱斯勒这些公司，都已开始在多种车型上使用基于i s o1 1 8 9 8 1 的通讯协 议，比如g m l a n 和j 2 2 8 4 1 5 j 等。 表2 2 是对b 类总线的调查结果。 表2 2b 类总线及各自特征 t a b l e2 2t h ew i r eo fba n d r e s p e c t i v ec h a r a c t e r i s t i c 名称 特性 g a ni s o1 1 8 9 8 1 ，i s o1 1 5 1 9 - 2 ， ( s w c 。)i s o11 9 9 2 ，j 2 2 8 4 j 1 8 5 0 ，i s o1 1 5 1 9 4 所属 机构 通用汽车 i s o s a e 通用汽车福特克莱斯勒 通用，诊通用，诊通用，诊 用途诊断 控制，诊断 断断断 使用 2 0 0 2 起2 0 0 1 起至2 0 0 2 年限 传输 单线 双绞线单线双绞线单线 媒体 位编 码 n r z 5n r z 5v e w 击p 唰v p w 媒体 访问 竞争竞争竞争竞争竞争 检错 方式 c r cc r cc r cc r cc r c 头长 度 ll 位 i l 或2 9 位 3 2 位3 2 位8 位 数据0 1 0 字 长度 o 8 字节 o 8 字节 0 8 字节0 - - 8 字节 节 位速 3 3 3 3 k b s ， 盔 8 3 3 3 k b s 1 0 k 1 2 5 k b sl0 4 k b s4 1 6 k b s1 0 4 k b s 总线 最长 3 0 m 4 0 r n ( 典型)3 5 m3 5 m3 5 m 节点 最多 1 6 3 23 23 23 2 成本 低中低低低 as w c ：单线c a n ( s i n g l e w i r ec a n ) bv p w ：可变脉宽调制( v a r i a b l ep u l s ew i d t hm o d u l a t i o n ) 8 2 1 1 3c 类总线 c 类总线主要用于车上的动力传动系统等对通讯的实时性要求比较高的场 合。在欧洲，汽车厂商大多使用“高速c a n 作为c 类总线，它实际上就是i s o 1 1 8 9 8 1 中位速率高于1 2 5 k b s 的那部分标准。美国则在卡车及其拖车、客车、 建筑机械和农业动力设备中大量使用专门的通讯协议j 1 9 3 9 。这是一种基于高速 c a n 的比较成熟的车用高层协议，它的位速率为2 5 0 k b s ，可以在分散布置的 多个车载e c u 间实现闭环实时控制功能【1 6 1 。至于普通乘用车领域，通用汽车公 司近年来在广泛使用自定的高速总线标准g m l a n ( 高速部分) 。这也是一种基 于c a n 的通讯协议，位速率为5 0 0 k b s 。此外，福特和戴姆勒一克莱斯勒等公 司则在给许多车型推广使用另一种基于高速c a n 的总线标准j 2 2 8 4 ，它的位速 率也是5 0 0 k b s 。表2 3 是对c 类总线的调查结果。 表2 3c 类总线及各自特性 t a b l e2 3t h ew i r e o fca n dr e s p e c t i v ec h a r a c t e r i s t i c 名称 特性j 2 2 8 4 ，g m ia n ( 高速 i s o1 1 8 9 8 1j 1 9 3 9 部分) 所属机构 i s o s a e ，通用汽车s a e 用途控制，诊断控制，诊断 控制，诊断 使用年限1 9 9 2 起 2 0 0 2 起1 9 9 4 起 传输媒体 双绞线双绞线双绞线 位编码 n i t z 一5n i t z 5 n r z 5 媒体访问 竞争竞争竞争 检错方式 c r cc l c r c 头长度1 1 或2 9 位l l 或2 9 位2 9 位 数据长度 0 8 字节 o 8 字节8 字节 位速率 1 m b s5 0 0 k b s2 5 0 k b s 总线最长4 0 m ( 典型)3 0 m4 0 m 3 0 ( 带屏蔽) 节点最多3 21 6 1 0 ( 无屏蔽) 成本中 由 中 2 1 1 4 d 类总线 d 类总线一度被称为多媒体总线，随着汽车信息娱乐系统的兴起，它近期 才被纳入s a e 对总线的分类范畴之中。信息娱乐系统既包括了一些传统设备， 比如车载收音机、电话和电视等，也融入了一些基于数字化音像与宽带网络的 新装置，比如车载计算机、全球定位系统g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 和 语音识别及指令系统等。所以，d 类总线的带宽范围相当大，用到的传输介质 也有好几种。针对这种情况，d 类总线又被划出低速、高速和无线三大范畴， 分别对应于s a e 中的i d b c ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e md a t ab u s c a n ： 基于c a n 的智能交通系统数据总线) 、d b m ( d b m u l t i m e d i a ：智能交通系 统多媒体数据总线) 和i d b w i r e l e s s ( 基于无线通讯方式的智能交通系统数据 总线) 。【1 7 】 低速多媒体总线，比如i d b c ，在汽车信息娱乐系统中多用来进行远程诊 断或传输通用信息。i d b c 具有c a n 的数据格式，位速率为2 5 0 k b s 。由于成 本低廉，它有望成为汽车行业的内部标准，并且可能被用到以o e m ( o r i g i n a l e q u i p m e n tm a n u f a c t u r e r ：原始设备制造商) 方式生产的汽车中。 高速多媒体总线主要被汽车信息娱乐系统中的高档音像设备用来进行音频 和视频数据流的实时传输，因此它们的物理链路一般都使用光纤。这类总线的 主流标准除i d b m 外，还有d 2 b ( d o m e s t i cd i g i t a lb u s ：家用数字总线) 、m o s t ( m e d i ao r i e n t e ds y s t e m st r a n s p o r t ：面向媒体的系统传输) 、u s b ( u n i v e r s a l s 耐a lb u s ：通用串行总线) 和i e e e1 3 9 4 等。 d 2 b 基于光纤，一般用于连接多媒体设备，比如c d 播放器、语音控制单 元、电话和互联网等i l 引。它从1 9 9 9 年开始就被用到了梅赛德斯( m e r c e d e s ) 公 司的s 级轿车中。m o s t 则是一种组建车内l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ：局域网) 的总线，位速率高达2 4 m b s ，一般用来连接导航系统和无线通讯设型”j 。目前， 戴姆勒一克莱斯勒和宝马( b m w ) 等欧洲汽车厂商均在计划推广使用m o s t 总线。u s b 主要用来实现车载计算机与相关关外围设备的连接。 i e e e1 3 9 4 一开始被称作“火线”( f i r e w i r e ) ，它早在1 9 9 5 年就已面市，随 即受到了信息娱乐业的普遍欢迎【2 0 1 。高达4 0 0 m b s 的位速率( 不久又将达到 8 0 0 m b s ) 固然是一方面的原因，更主要的还是因为它有一套与众不同的同步模 式。同步对信息娱乐系统非常重要，它能保证整个数据通讯过程“不延迟、无中 顿”。另外，i e e e1 3 9 4 还规定有异步模式来保证对操作指令的可靠传输1 2 。鉴 于i e e e1 3 9 4 的上述特点，以通用汽车为代表的一些美国公司很早便打算采用 p o f ( p l a s t i co p t i c a lf i b e r ：塑料光纤) 来布设一种基于i e e e1 3 9 4 的“i d b - 1 3 9 4 ” 总线，并引发了丰田等日本汽车厂商的纷纷响应。由于目前兼容i e e e1 3 9 4 标 准的设备十分普遍，随着多媒体相关产品大量进入汽车，i d b 一1 3 9 4 极有可能成 为广泛接受的行业标准之一。 随着汽车电子系统网络化的程度越来越高，有必要在汽车与生产维修设备 之间也建立通讯，对车内呈网络方式连接的e c u 实现诸如下载升级软件、更新 控制参数、汇报工作状态或上传诊断结果之类的功能。由于生产维修设备不易 “流动”，它们与汽车最好采用无线通讯方式，i b d w i r e l e s s 就用于这类场合。 近年来兴起的“蓝牙”( b l u e t o o t h ) 技术是车用无线通讯领域一种比较好的 1 0 解决方案。以汽车维修业为例，它的应用如下：汽车即将进入维修站时，站内 服务器可以通过无线通讯提前获悉车况或诊断信息并进行决策，然后将决策结 果以操作指示的方式输出给维修人员，维修作业就能够得到及时有效的执行。 另外，维修站还可以使用蓝牙技术将车载e c u 的管理软件升级到最新版本。 蓝牙技术的应用优势很大，只是目前尚未形成标准。不过一些与蓝牙技术 相关的半导体产品已经出现。比如美国德州仪器( t e x a si n s t r u m e n t s ) 公司推出 的一款基于只读存储器( r o m ：r e a d o n l ym e m o r y ) 的新型蓝牙处理芯片，可 用于汽车的远程通讯和信息娱乐等领域。 多媒体总线所涉及的车用区域相当广，所服务的对象在汽车电子系统中也 占有相当重的份量，表2 4 就是对d 类总线的调查结果。 表2 4 车用多媒体总线及各自特性 t a b l e2 4m u l t i m e d i aw i r eu s e db yc a ra n dt h e i rc h a r a c t e r i s t i c 名称 特性 i b ) b mm o s td 2 bm m lu s b正e e1 3 9 4 所属 机构 s a es a e 飞利浦飞利浦德科1 9 9 8 起 正e e 通讯、通讯、 数据 用途流、数据流、控制 数据流、计算机计算机 娱乐娱乐控制设备设备 控制 使用 2 0 0 2 起2 0 0 0 起1 9 9 9 起2 0 0 4 起2 0 0 0 起 年限 传输 双绞线光纤光纤双绞线光纤光纤 屏蔽屏蔽 媒体双绞线双绞线 位编 码 n i 讫双相p w m双相n i 迎 n r zn r z 媒体 访问 令牌槽主从主从主从主从竞争竞争 检错奇偶 方式 c r cc r cc r cc r cc r cc r c 校验 头长 1l 位 l 字节 度 数据 8 字节0 2 0 0 多字节 长度 位速 室 2 5 0 k b s4 0 0 m b s 2 5 i b s 2 9 8 k b s1 2 m b s1 1 0 m 【b s1 2 m b s9 8 - 3 9 3 m b s 总线 不限1 5 0 m不限1 0 m 7 2 m 最长 节点 最多 1 62 4 5 02 41 6 1 2 71 6 成本 低 高两 高高高 中中 2 1 2 新型专用总线 在汽车电子系统的网络化进程中，许多总线新近被研发出来。其中，有些 车用总线由于面世不久，要么在理论上还不成熟，要么缺乏充分的实践考验， 所以尚未被s a e 吸收，姑且称之为新型总线；还有一些，则因为它们新颖的网 络特性或独特的应用领域无法对应到现成的s a e 中，也游离于s a e 的分类范 畴之外，姑且称之为专用总线。 2 1 2 1 诊断总线 表2 5 车用诊断总线及各自特性 t a b l e2 5 d i a g n o s i sw i r eu s e db y c a ra n dt h e i rc h a r a c t e r i s t i c 名称 特性i s o 门d i s j 1 8 5 0 ，i s 01 1 5 1 9 4j 2 4 8 0i s 0 9 1 4 1i s o1 4 2 3 0 1 5 7 6 5 s 舡i s o 所属 通用汽车福特克莱斯勒 机构 通用，诊通用，诊通用，诊 用途 诊断诊断诊断诊断 断断断 使用至2 0 0 22 0 0 4 起1 9 9 4 起2 0 0