（车辆工程专业论文）基于canlin总线的智能车身网络系统的设计.pdf

摘要 汽车业已有上百年的历史，对世界经济发展起着巨大的推动作用。在汽车的 发展过程中，电子技术是不可忽视的推进器，为汽车工业的发展不断的注入新活 力。 汽车的电子化、智能化、网络化是现代汽车发展的重要标志之一。现代汽车 的电子化程度越来越高，这必将迅速推动电子器件在汽车电子中的发展和应用。 随着电子控制单元的大量引入，为了提高信号的利用率，要求大批的数据信息能 在不同的电子单元中共享，传统线束已远远不能满足这种需求。而电控系统网络 化控制能从根本上解决这一问题。 本文的主要内容是构建一个基于c a n l i n 总线的智能车身网络系统，涵盖了 智能车身网络的设计原则、系统方案、系统功能和总线通讯技术，并且详细介绍 了车身网络系统的硬件设计和软件设计；最终实现车身控制的网络化、智能化、 人性化，提高了汽车的舒适性。 通过研究，取得的研究成果如下： 1 实现了网络的控制功能，与传统的车身控制相比，大大减少了线束，将开 关的电流降到1 5 m a ，避免了开关的大电流和烧结现象。 2 车身网络系统具有用电设备的自动保护功能和故障排除后的自恢复功能。 3 根据网络的特点，提出了故障诊断与故障显示的在线诊断方法，并实现了 故障的存储与历史故障的翻屏查找功能。 4 通过对控制策略的研究，制定了一系列人性化、智能化的控制策略，如： 人离开车后，自动关闭车灯、车窗；车速大于某设定值后自动闭锁，停车后自动 开锁；发生碰撞后自动开锁开窗；车窗的防夹手功能等。 关键词：c a n 总线l i n 总线协议车身网络 a b s t r a c t i nt h e2 1 s t c e n t u r y , t h e c o n s c i o u s n e s so fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni s s t r e n g t h e n e dd a yb yd a y , t h ec a rn o to n l ym e e t st h ed e m a n d ss u c ha sh i 9 1 l - - s p e e d ， h e a v i l yl o a d e d ，s a f e ，r e l i a b l e ，c o m f o r t a b l e ，o p e r a t e de a s i l y , b u ta l s ol o wn o i s e a so n e i m p o r t a n tp a r to ft h ec a rn o i s e ，t h eb r a k en o i s eh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tp r o b l e m t h a t i sas t r o n gc o m m o nv i e wa n dd e m a n d i n gt op r o m p ts o l u t i o nb ya u t oc o m p a n i e sa n d e v e nw h o l es o c i e t yt os t u d y c o m b i n e sa na c t u a ls u b j e c ta n dr e g a r d e dt h ed i s cb r a k eo fo n et y p ec a ra ss t u d y o b j e c t ，t h i sp a p e rd o e ss o m er e s e a r c h e so nt h en o i s ep r o b l e mw h e ni ti sw o d d n g ，a n d b a s e do nt h et h e o r yo fv i b r a t i o n ，i te s t a b l i s h e st h et e l a t i o nb e t w e e nt h eb r a k e s v i b r a t i o na n dn o i s ea c c o r d i n gt ot h er e l a t i o nb e t w e e nt h ea m p l i t u d ea n dv a l u eo f v i b r a t i o nv e l o c i t y s oi tp r o v e st h a tt h ep a r a m e t e ro fs t r u c t u r ei sa ni m p o r t a n tf a c t o r w h i c hi n f l u e n c e st h eb r a k en o i s e t h ep a p e rs e tu pt h ev i r t u a lp r o t o t y p eo fb r a k es y s t e mi nt h et h r e e - - d i m e n s i o n d e s i g ns o f t w a r e - - c a t i av 5b yc o m b i n i n gt w om e t h o d sw h i c ha r eb o t t o m - - u pa n d t o p - - d o w nw a y st ob u i l d i n gt h em o d e lb yu s i n go fp d ga s d ，na n df i t m o d u l e so fc 如at of i i s ht h em o d e li n s t a l l a t i o n ，t h ei n t e r f e r e n c eo fs t a t i ca n d d y n a m i cc h e c k i n g ，m o v e m e n te m u l a t i o n ，w h i c hm a k ep r e p a r a t i o nt o t h ev i r t u a l p r o t o t y p ed e s i g n n e x t ，e a c hp a r to ft h eb r a k e ( b r a k ed i s c ，b r a k ep a d ，b r a k ec a l i p e r , b r a k es t a n d ) h a sb e e n1 e dj n t o 趟q s y sb v + m o d e lf o r mf r o mc a t i av 5 a f t e rc h o i c et h ee l e m e n t ， d i v i d et h en e t ，r e s t r a i nt h eb o r d e rc o n d i t i o n sa n dc h o o s et h er a n g eo fc a l c u l a t e f r e q u e n c ya n ds oo nt os e tu pt h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l ，w ec h o o s et h ew a y o fb l o c k l a n c z o st om o d a la n a l y s i s a n dt l l e nc o m p a r et ot h et e s td a t af r o mt h em a n u f a c t u r e r , w ef i n do u tt h ec o r r e s p o n d i n gm o d a l s o ，a i m e da tt h em o d a lw i t hab i gc h a n g eo ft h e s t r u c t u r a la m p l i t u d e ，w ep u tf o r w a r dac o n c r e t em o d i f i c a t i o np l a n ，t h e nm o d i f yt h e s t r u c t u r ea n da n a l y z et h em o d a l t h er e s u l to fc a l c u l a t i o ni n d i c a t e s ：c o m p a r e dw i t h t h eo r i 。g i n a ls t r u c t u r a la m p l i t u d eo fe a c hs p a r ep a r t t h e r ei s 柚o b v i o u sr e d u c t i o n e s p e c i a l l yt h ea m p l i t u d eo fb r a k ep i n c e r s ，w h i c hm a yb en e a r l yn e g l e c t e d a f t e r r e v i s e d t h e r e f o r ei ti sa r te f f e c t i v ew a yt or e d u c et h eb r a k en o i s eb ya p p l i c a t i o no f m o d a la n a l y s i sa n ds t r u c t u r er e v i s i n g f i n a l l y , b a s e dt h ea n a l y s i so ft h e o r ym o d a l ，am o d a lt e s t i n gp r o g r a mh a sb e e n d e s i g n e da c c o r d i n gt o t h e e x i s t i n g t e s t e q u i p m e n t s ，w h i c hp r e p a r e sf o rt h en e x t t e s t i n go ft h ev i b r a t i o na n d n o i s e b yt h er e s e a r c ho ft h i sp a p e r , t h es t r u c t u r er e v i s i n go ft h ed i s cb r e a ki sa n e f f e c t i v ew a yt or e d u c et h eb r a k en o i s e ，a n dp r o v i d ew i t hm e t h o d sf o rt h ep r o d u c t i m p r o v e do ft h ec o r p o r a t i o n k e yw o r d s ：b r a k en o i s e ，m o d a la n a l y s i s ，f r e q u e n c y , a m p l i t u d e ，c a t i av 5 ， a n s y s i i 武汉理工大学硕十学位论文 1 1 课题研究的意义 第一章引言 随着能源、排放、安全法规的日趋严格和客户对汽车舒适性要求的不断提高， 电子技术在汽车上的作用越来越重要。汽车的安全、节能、环保以及智能化和信 息化是未来汽车的发展趋势。在汽车技术的发展进程中，汽车电子的作用尤为突 出，是开发新车型、改进汽车性能最重要的技术措施。汽车上7 0 的创新来源于 汽车电子，未来汽车电子的发展将主要集中在动力总成、底盘控制、车身控制、 主被动安全、汽车网络、通信系统、安全与防盗等方面，并呈现出功能多样化、 技术一体化、系统集成化和通信网络化的特点。 据预测，目前我国汽车电子市场容量有5 0 6 0 亿美元，其中国内企业( 含合 资企业) 所占的市场份额还不到3 0 “”。近来年，随着新车型的不断引进，国 内汽车电子装置应用呈两极化发展趋势，大型豪华客车、高档轿车的电子装置水 平已经接近国际先进水平，而其它车型的电子装置应用水平远远落后于国外同类 车型。 随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛应用，汽车电子化程度越来越 高，汽车各e c u 模块需要采集的传感器信号也越来越多。为提高信号的利用率， 要求大批数据信息能在不同电子单元中共享，汽车综合控制系统中大量的控制信 号也需要实时交换，传统线束已远远不能满足这种需求。针对上述问题，在借鉴 计算机网络技术和现场总线控制技术的基础上，出现了适用于汽车环境的汽车总 线技术。 开展车身网络技术的研究不仅非常必要，而且可以为该领域的核心技术为国 内产品做前期技术经验铺垫。对摆脱该产品技术对国外的依赖，对我国开展具有 自主知识产权的汽车电子产品开发和产业化工作具有探索作用和促动意义。 1 2 车身网络技术综述龇加3 车辆网络技术的研究最早开始于2 0 世纪6 0 年代末期，受技术和成本等问题 的限制，到2 0 世纪9 0 年代才真正达到快速发展。目前国外中高档车上已经普遍 应用了汽车总线网络技术。应用领域主要集中在发动机、变速箱等动力与传动系 统；车身控制系统、底盘悬挂系统、汽车主被动安全系统、车载多媒体系统等领 域。 车辆网络技术的应用大大减少了汽车的线束，实现了传感器的信息共享，为 武汉理工大学硕士学位论文 不同r 一家之间电控单元的互换性提供了可能。同时，网络技术的使用，可以充分 发挥各种类型控制的优点，便于增加控制功能，提高可靠性。汽车网络技术的发 展除了满足舒适、安全、环保、节能等要求，同时还能提供娱乐、商务等功能， 国外发达的汽车电子水平，为我国开展汽车电子产业化提供了很好的基础。 目前汽车上的网络主要有动力总线网络、车身总线网络和多媒体总线网络， 总线标准至少有四十多种。下表汇总了汽车上的几个主要网络和总线的应用范围 及特点。 网络 应用范围 通讯速率 主要总线类型 动力总线网络发动机、a b s 、自动 5 0 0 k b p s 高速c a n 变速箱等 车身总线网络电动车窗、中控锁、 1 2 5k b p s低速c a n ( 欧) 座椅、空调等j 1 8 5 0 ( 美) 多媒体总线网络导航、视频等5 l o o m b p s m o s t i d b 一1 3 9 4 车身网络技术作为车辆网络技术的重要构成部分，是汽车智能化、人性化的 最集中体现。车身电子提供了各种众所周知的常规功能和新功能： 基本功能：外部和内部灯光，风挡玻璃的雨刮、洗涤和指示信号。 - 舒适功能：座椅、后视镜和方向盘的调整，电动车窗控制，天窗控制。 - 车辆安全功能：门禁系统，无钥匙进入，运动锁止。 冷热空调系统。 _ 驾驶员信息系统：用户界面，仪表显示系统等。 智能车身网络通过某种总线将各节点控制器联结起来构成网络，利用车身电 子传感器和执行器，通过合适的控制策略，实现网络的各项功能。 1 3 车辆网络通讯协议综述 议。 车辆网络协议从两个方面来论述，一方面是低层协议，另一方面是应用层协 1 3 1 低层协议 低层协议主要定义通讯协议的物理层和链路层，迄今已推出多种网络标准， 用于动力控制和车身控制的网络标准主要有j 1 8 5 0 、v a n 、c a n 、a b u s 等，最近几 年，随着汽车电子技术的高速发展，世界各大汽车公司、电子元器件公司及各科 武汉理工大学硕士学位论文 研机构根据新的电子技术推出了新的车用协议，如l i n 、i d b c 、m o s t 、i d b 一1 3 9 4 、 b y t e f li g h t 、f l e x r a y 等。 在上述协议标准中，c a n 总线具有良好的运行特性、极高的可靠性和独特的 设计，不但特别适合现代汽车各电子控制单元之间的互连通讯，而且也越来越多 的应用到其它行业，并被公认为最有发展前途的现场总线之一。 而l i n 总线将自身定位为c a n 等主流总线的辅助总线，主要用于低速的车身 电器控制。目前该协议应用开发的热点集中在美国、欧洲和r 本，由于l i n 的廉 价性，其应用存在着巨大的潜在市场。 i d b c 是种主要用于娱乐和信息交换的车载网络，发展较快。在理想状态 下，i d 8 一c 不仅适合于远程信息处理，而且能当作一种通用的车载设备控制总线 使用，由于它结合了c a n 的技术，因此i d b c 引起了业界极大的关注。 m o s t 是专门用于汽车工业的多媒体光纤网络标准，此标准出现于1 9 9 8 年， 主要由汽车制造商和为汽车工业提供远程通信和信息处理技术的方案提供商开 发，包括a u d i 、b w m 、d a i m l e rc h r y s l e r 、h a r m a n b e c k e r 、m o t o r o l a 、o a s i ss i l i c o n s y s t e m s 、j o h n s o nc o n t r o l s 和d e l p h i d e l c o 。它的速率可达5 0 m b p s 。m o s t 网 络不仅提供很高的速度和性能，而且具有很好的鲁棒性，成本也相对较低。德国 b 踟目前在业界率先采用了m o s t 协议，d a i m l e rc h r y s l e r 等欧洲公司也计划采 用该协议，国内引进的某些a u d i 车型中已经使用了m o s t 总线。 1 3 9 4 汽车工作组( t h e1 3 9 4a u t o m o t i v ew o r k i n gg r o u p ) 成立于2 0 0 0 年1 月，目标是改编1 3 9 4 扔议来适应汽车的需求，主要聚焦于1 3 9 4 的物理层和高层 协议的定义。i d b 一1 3 9 4 是一个高速的多媒体网络，是在i e e e 一1 3 9 4 的基础上建 立的，其价格便宜、数据传输快、可靠性高、开放等优点。使其具有很大的应用 潜力。 b y t e f l i g h t 是一种较为有前途的安全网络协议。它是由b w m 、m o t o r o l a e l m o s 、 i n f i n e o n 等公司针对应用在汽车主动安全性、被动安全性及车身电子系统制定 的网络通信协议。该网络的物理介质为塑料光纤，可能的拓扑形式为星型、总线 型等，数据传输速率最高可达l o m b p s ，净传输速率可达5 1 0 m b p s ，完全可以满足 下一代汽车在安全性领域的要求。 f 1 e x r a y 是b 1 ；m 、d a i m l e rc h r y s l e r 以及m o t o r o l a 和p h i l i p s 等公司制订 的功能更加强大的通信网络协议，基于f t d m a ( f l e x i b l et i m ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 的确定性访问方式。满足高级汽车控制的高速率通信，满足未来汽车应 用的要求，具有容错功能及确定的通信消息传输时间。 3 武汉理l 大学硕士学位论文 1 3 2 上层协议 应用层协议是基于低层协议的上层协议，目前主流的协议有用于轿车的o s e k 和用于大客车和载重车的s a ej 1 9 3 9 ，另外，还有一些大的汽车制造商制定自己 的应用层协议。 o s e k v d x 是开放式标准化的系统，规范了及时的作业系统、软件界面、以 及网络管理和通信功能，它包括三个基本的部分：操作系统规范( o s e ko s ) 、网 络通信管理( o s e kc o m ) 以及网络管理规范( o s e kn m ) ，另外还包括一些辅助标 准。目前，o s e k v d x 组织正在开发o s e k v d x 调试规范。 s a ej 1 9 3 9 标准是美国汽车工程师协会发布的以c a n 2 ，0 b 为核心的车辆网络 串行通信和控制协议。并由s a e 负责组织维护和推广它是按照i s o 的开放式数据 互联模型的七层基准参考模型制定的。其中包括物理层，数据链路层，网络管理 层和应用层。通信速率为2 5 0 k b i t s ，是目前在大型汽车和货车上应用最广泛的 应用层协议。 1 4 论文的主要研究内容 论文研究的主要内容分为七个章节，四个部分。第一部分( 第一、二、三章) 内容主要深入研究了国际汽车网络技术和通讯协议，在此基础上选择了本课题的 网络协议类型；第二部分( 第四章) 内容则系统介绍了智能车身网络的设计原则、 系统方案、系统功能实现和总线通讯技术；第三部分( 第五、六章) 内容则详细 介绍了车身网络系统的硬件设计和软件设计；第四部分( 第七章) 为课题的结论 与展望。 本项目在实验室构造了一个智能车身网络系统，网络主体采用c a n 总线型网 络拓扑结构，局部采用l i n 总线，整个网络共有1 0 个节点。其中，c a n 总线节 点有中央控制器节点、前灯光节点、后灯光节点、左前门节点、右前门节点、左 后门节点、右后门节点、钥匙开关和车速模拟节点，l i n 总线节点有左前门后视 镜节点和右前门后视镜节点。 在总线类型选择上采用目前国际主流的c a n 和l i n 总线协议，符合c a n2 o b 规范( i s o11 8 9 8 ) 、l i n2 0 规范，通讯速率分别为1 2 5 k b p s 和9 6 0 0 b p s ，应用 层信息编码采用s a ej 1 9 3 9 协议。 4 武汉理t 大学硕十学位论文 第二章汽车网络技术 汽车总线网络是在借鉴计算机网络技术和现场总线技术的基础上发展起来 的一种汽车局域网，网络技术在汽车上的广泛应用大大提高了汽车的人性化和智 能化程度。在欧洲和美国，以c a n 总线和j 1 8 5 0 总线为代表的汽车局域网已经从 中高档车推广到中低档车上。我国引进技术生产的b o r a 、a u d i 、p o l o 、p a s s a t 、 雪铁龙的赛纳、f i a tp a l i o 、f i a ts i e r a 、哈飞赛马等都不同程度地使用了c a n 总线网络技术。使用汽车c a n 网络技术的车型也从高档车逐渐延伸到中低挡车。 2 1 汽车网络技术发展的背景和历史 早期的汽车因受到当时的电子电器技术限制，除了照明、指示系统及点火系统 应用了极有限的电子电器技术外，其余的控制部分几乎是纯机械设备。面对日趋 严格的排放及动力要求，化油器系统已是无能为力，而以电器电子技术为主导的 电喷系统，便成为汽油发动机控制系统的新中心，其他一些汽车控制系统也经历 了同样的发展过程。这样，车内出现了不同功能的模块化控制器，但在上世纪 9 0 年代以前，多数汽车中的模块化控制器都是独立工作，不同子系统中的电控 模块常常会同时需要一些相同的传感器信号。这样就要求同一传感器信号必须同 时被送至不同的控制器，由此要求各模块与此传感器之间的导线连接，而导致车 内导线长度无限增加，电器节点数剧增，电器原理图繁琐复杂，电子设备运行的 可靠性降低、故障维修难度增大。随着电子控制单元的大量引入，为了提高信号 的利用率，要求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，汽车综合控制系统 中大量的控制信号也需要实时交换，传统线束已远远不能满足这种需求。设计师 们发现，电控系统网络化控制能从根本上解决这一问题。汽车控制系统在经历了 由机械式向电控的进步后，再一次向网络化控制迈进。 实际上早在1 9 6 8 年，艾塞库斯就提出了利用单线多路传输信号的构想。8 0 年代末，博世公司和英特尔公司研制了专门用于汽车电气系统的总线c a n 规范， 但因c a n 总线要求每个端口都有单独的通讯处理能力，这在汽车电气系统中一直 很难办到。进入9 0 年代，由于集成电路技术和电子器件制造技术的迅速发展， 用廉价的单片机作为总线的接口端，采用总线技术布线的价格也逐渐进入了实用 化阶段。 随着车用电气设备的增多，从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、 转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，从电源管理到为提高舒适性而作 的各种努力，使汽车电气系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。 武汉理丁大学硕十学位论文 另外，随着近年来i t s 的发展，以3 g ( g p s 、g i s 和g s i ) 为代表的新型电子通 讯产品的出现，它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。 从布线角度分析，传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之 间少有联系。这样必然造成庞大的布线系统。如果按照常规的点到点间的布线法， 则整个汽车的布线将十分复杂，显得很凌乱。尤其是在高档客车中，传统布线不 仅增加了布线的复杂程度，而且布线所需的铜线也成倍增加。据统计，一辆采用 传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2 0 0 0 米，电气节点达1 5 0 0 个，而 且，根据统计，该数字大约每十年增长1 倍，从而加剧了粗大的线束与汽车有限 的可用空间之间的矛盾。 一般情况下，线束都安装在纵梁下等看不到的地方，一旦线束中出了问题， 不仅查找相当麻烦，而且维修也很困难。另外，每个车型的线束都不一样，每种 车都要单独设计，从而增加了设计和试制的难度。有时需替代某个落后的电器配 件，要增加几根线，因无法加到原线束中，只能从外面加线，从而使线路更凌乱。 所以，无论从材料成本还是工作效率看，传统布线方法都将不能适应汽车的发展。 从信息共享角度分析，当前的汽车电子技术可分为四大类，即动力牵引系统 控制，车辆行驶姿态控制，车身( 车辆内部) 控制和信息传送。在相应的汽车电 子控制系统中，对每一设备的控制都有一相应的电子控制单元( e c u ) ，这些电子 控制单元之间的信息实时共享可以减少传感器的数量，从而降低整车的成本。而 用于各电子控制单元之间的信息交换是通过通讯线路来完成的。典型的控制单元 有电控燃油喷射系统、电控传动系统、防抱死制动系统( a b s ) 、防滑控制系统 ( a s r ) 、废气再循环控制、巡航系统和空调系统，如图2 - 3 所示， 燃油系统传动控制 捧气控制 空调控制 e c u l e c u 2e c u 3 e c u j 1iil li a b s 控制 a s r 控制巡航系统 e c u i 卜2 e c u n f l剃n 图2 - 1 汽车通信网络总线方式拓扑图 在一个完善的汽车电子控制系统中，许多动态信息必须与车速同步。为了满 足各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车 轮转速、油门踏板位置等。但每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率 和控制周期不同而不同的。这就要求其数据交换网是基于优先权竞争的模式，且 本身具有较高的通信速率，c a n 总线正是为满足这些要求而设计的。 6 武汉理上人学硕士学位论文 性。 输。 车辆上引入网络有如下优点： _ 减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性、维修 一 采用通用传感器，达到数据共享的目的。 - 改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可以实现系统功能的变化。 一 控制单元对所传输的信息进行实时检测，检测到故障后存储故障码。 c a n 总线符合国际标准，因此可应用不同型号控制单元间的数据传 2 2 网络技术在汽车上的应用现状 在一些早期的汽车网络中，通用网络标准并未得到广泛的认同和应用，用户 通常利用自己定制的电路和通用u a r t ( 通用异步收发器) 设备实现简单的串行 通讯。由于没有统一的标准，各汽车制造商都有一套独立定义的接口规范，有自 己的专用供应商，这样的做法造成的后果是，供应商虽然纵向紧密地与汽车制造 商合作，却缺乏与其他供应商的横向联系，导致生产的同类产品不能兼容互换。 2 0 世纪8 0 年代计算机局域网技术达到了实用化，这为汽车网络技术的发展 提供了成熟的技术样板。汽车网络技术中的设计目标、网络拓扑结构以及通讯协 议等都与计算机网络技术有许多相似之处。同时集成电路技术功率驱动器件的发 展也推动了汽车网络技术的进步。 国际各大汽车公司纷纷推出自己的网络技术协议和相关硬件产品。微电子技 术的飞速发展为汽车网络的发展提供了巨大的推动力，伴随着汽车网络协议的标 准化进程，汽车网络化将更有效地提高汽车电器的总成装配效率、增进汽车的售 后服务水平、简化故障诊断和维修操作。未来豹汽车网络将成为汽车高科技发展 中强有力的一项潜在技术。 ， 采用标准化网络技术后，各供应商按照统一的标准生产部件，提高了同类产 品的兼容性和互换性。 国际著名汽车制造商和零部件供应商于二十世纪八十年代就致力于汽车网 络技术的研究与应用，迄今己推出多种网络标准。汽车电子化控制采用网络化设 计可以大大降低设计成本，缩短设计周期，其经济效益是十分明显的。为此最初 只属于高档车的网络概念，现已逐步扩展到大批量生产的经济型车上。今天网络 化的电子系统已成为所有级别汽车中至关重要的部件。短短几年内，国内汽车网 络技术的发展速度令人侧目，上海大众的两款引进车型中档车p a s s a t b 5 和 经济型车p o l o ，一汽的奥迪a 6 、b o r a ，南汽菲亚特的派力奥、西椰那，哈飞赛 马等车型都采用了c a n 总线控制技术。 武汉理1 。大学硕十学位论文 从目前的情况来看，世界各大汽车公司的车身网络控制和动力系统网络技术 平台已经建成，并在全球范围内大批量装车应用，并逐渐推出多媒体总线网络， 如a u d i 的m o s t 总线系统。因此可以断言，近几年内网络技术在汽车中应用将迅 速普及，并延伸到各种档次的车型中。 3 汽车网络的分类和主流协议 汽车网络技术从2 0 世纪8 0 年代开始提出，到现在仍在高速发展，各种车用 通信协议约有4 0 多种，如s a e 的j 1 8 5 0 、德国大众的a b u s 、搏世的c a n 、美国 商用机器的a u t o c a n 、t s o 的v a n 、马自达的p a l e t 等。目前一些厂家和公司 对汽车多路总线传输制定了进一步的标准，如美国的s a e j l 7 0 8 、j 1 7 8 7 、j 1 7 9 2 以及最新的j 1 9 3 9 ，各大公司还不断推出新的总线形式和相关标准。 鉴于多种汽车网络标准所侧重的功能不同，为了方便研究和应用，2 0 世纪 9 0 年代中期，美国汽车工程师协会( s a e ) 车辆网络委员会根据标准s a ej 2 0 5 7 将汽车数据传输网划分为a 、b 、c 三类，为了直观地说明其网络划分，这里以图 2 3 表示。 c 类 图2 - 2 汽车总线网络系统 a 类 面向传感器执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有卜l o k b p s 。 武汉理工大学硕士学位论文 主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。 b 类 面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一股为1 0 - 1 2 5 k b p s ，主要应 用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的 传感器和其它电子部件。 c 类 面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1 m b p s ，主要用于 悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、a b s 等系统，以简化分布式控制和进一 步减少车身线束。 三类网络功能均向下涵盖，即b 类支持a 类网的功能，c 类网能同时实现b 类和a 类网功能。 目前b 类汽车局域网应用最为广泛，a 类网已经趋于淘汰，c 类网应用日益 广泛。按发展趋势，在不久的将来c 类网将占据主导地位。 最近几年，随着汽车电子技术的高速发展，世界各大汽车公司、电子元器件 公司及各科研机构根据新的电子技术推出了新的车用协议，如l i n 、i n 3 一c 、m o s t 、 i d b 一1 3 9 4 、b y t e f l i g h t 、f l e x r a y 等，这些协议已经超出了s a ej 2 0 5 7 对汽车数 据传输网的划分。 下文将对这几类网络做简要的阐述。 2 3 1a 类网络 下表给出了一些a 类网络协议 名称主要用户主要使用场合注释 u a r t g m 多种场合正被逐步淘汰 s i n e b u s g m a u d i o 应用于无线操纵车轮控制 l i n 许多厂商 智能连接器、智由l i n 协会开发 能传感器 i r e n a u l t h v a c 极少使用 c c o c h r y s l e r h v a c 。a u d i o 正被逐步淘汰 a c pf o r da u d i o | b e a n t o y o t a 车身控制 j 1 7 0 8 j 1 5 8 7 j 1 9 2 2 t b 多种场合正被逐步淘汰 t t p a t t t e c h 智能传感器 维也纳技术大学开发 在a 类网络中，l i n 协议将会成为主流协议。1 9 9 8 年a u d i 、m o t o r o l a 、b 1 】m 、 v c t 等公司成立了一个协会，在潜心研究a 类网络已有协议的基础上，于1 9 9 9 年7 月提出了l i n 协议。目前该协议有1 2 和2 o 两个版本。它采用s c i 、u a r t 等通用硬件接口，辅以相应的驱动程序，因此适用面较广，且成本低廉，配置灵 武汉理工大学硕士学位论文 活，而且采用l i n 网络能够提高汽车上分层多路复用网络的性能，降低汽车电子 控制装置开发、生产以及诊断服务的成本。l i n 将自身定位为c a n 等主流总线的 辅助总线，主要用于低速的车身电器控制。目前该协议应用开发的热点集中在美 国、欧洲和r 本，预计在未来的十年内，汽车上的l i n 节点会达到2 0 个左右， l i n 的应用存在着巨大的潜在市场，协议本身也会在不断应用中得到完善，它已 经广泛地被世界上大多数汽车公司以及零部件厂商所接受，有望成为a 类网络中 的世界标准。 2 3 2b 类网络 b 类网络适用于对实时性要求不高的通信场合，以减少冗余的传感器和其他 电子部件。下表给出了一些b 类网络协议。 名称主要用户主要使用场合注释 g 斛l a n ( s w c ) 0 m 多种场合瞄是唯一的用户 i s 0 11 8 9 8 3欧洲 多种场合速率4 7 6 1 2 5 k b p s ( c a n ) i s 0 11 5 1 9 - 2欧洲多种场合也称容错c a n ( f a u l t t o lc a n ) 2 2 8 4g m ，f o r d ，i ) c多种场合基于i s 0 11 8 9 8 ，5 0 0 k b p s v a nr e n a u l t & p s a 控制应用基于i s 0 1 1 5 1 9 3 开发 j 1 8 5 0g h ，f o r d ，c h r y s l e r多种场合有v p m ，p 1 】| m 两种调制方式 b 类网络中的主流协议将是c a n ( i s o l l 8 9 8 3 ， 1 2 5 k b p s ) 、s a ej 1 8 5 0 和v a n 等协议，其中c a n 最为突出。 1 9 9 4 年2 月1 日，s a e 正式将j 1 8 5 0 作为b 类网络的标准协议。它最早用在 美国f o r d 、g m 以及前c h r y s l e r 公司的汽车中，现在j 1 8 5 0 协议运用在汽车产品 的诊断和数据共享中。 1 9 9 4 年6 月i s o 推出的v a n ( v e h i c l ea r e an e t w o r k ) 标准是在原 i s 0 11 5 1 9 - 3 的基础上制订的，主要为法国汽车公司所使用。v a n 协议是免费公开 的，除了汽车方面的应用外，还应用在其它领域中。 在欧洲市场上，主流的汽车控制网络是c a n ，1 9 9 1 年首次在奔驰s 级轿车中 应用，同年b o s c h 公司正式颁布了c a n 技术规范2 o a 和2 o b 版本。1 9 9 3 年n 月i s o 正式颁布了道路交通运输工具一数据信息交换一高速通信控制器局域网 ( c a n ) 国际标准i s o l l 8 9 8 ，为c a n 的标准化、规范化铺平了道路。此后，越来 越多的美国汽车公司开始采用c a n 网络。1 9 9 4 年美国汽车工程师协会选择c a n 作为8 a ej 1 9 3 9 的基础。 c a n 属于总线式串行通信网络，由于采用了许多新技术及独特的设计，与一 般通信总线相比，c a n 总线的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。可 以肯定，c a n 总线凭借其优越的性能，必将成为b 类网络中的主流协议。 武汉理t 大学硕士学位论文 2 3 3c 类网络 下表给出了一些c 类网络协议 名称主要用户主要使用场合注释 c a n g m ，e u r o p e实时控制场合应用非常广泛 t t p “ct t t e c h 实时控制场合最初由维也纳大学制订 f 1 e x r a yb w m ，m o t o r o a ，d a i m l e r实时控制场合 c h r y s l e r 目前c 类网络最高位速率能够达到l o m b p s ，主流协议有：高速c a n ( i s 0 11 8 9 8 2 ) 、证在发展中的t t c a n 、t t p i 。c 和f l e x r a y 。 t t c a n 是基于c a n 的上层协议，其物理层按照i s o i1 8 9 8 2 ( 针对高速收发器) 或i s 0 1 1 8 9 8 3 ( 针对容错低速收发器) 定义，数据链路层等同于i s 0 1 1 8 9 8 一l ， i s o 为t t c a n 制订了一个标准，即i s 0 1 1 8 9 8 4 ，它是基于i s 0 1 1 8 9 8 1 一2 一3 并 在会话层实现的协议。t t c a n 是对c a n 总线协议的扩展，由于它支持时间触发机 制，通信结构是确定的，能够满足汽车在系统结构和应用方面对实时性的要求。 t t p 协议是基于t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 的，由维也纳大 学制订，该协议不局限于汽车行业，在航空和铁道工业中有广泛的应用。t t f c 是t t p 协议的基本组成部分，允许使用双绞线或光纤作为传输介质，介质访问以 t d m a 为基础，支持时间和事件触发的数据传输。 f 1 e x r a y 是b _ l v m 、d a i m l e rc h r y s l e r 以及m o t o r o a 和p h i l i p s 等公司制订 的功能更加强大的通信网络协议，基于f t d m a ( f 1 e x i b l et i m eo i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 的确定性访问方式。满足高级汽车控制的高速率通信，满足未来汽车应 用的要求，具有容错功能及确定的通信消息传输时间。 t t p 协议和f l e x r a y 之间的竞争很激烈，最终谁能成为汽车应用中的主流， 局势并不明朗。但可以预测，c a n 协议主要应用在传统汽车对实时性较高的系统 中，下一代汽车中将大量使用x - b y w i r e 系统，t t c a n 、t t f c 和f l e x r a y 可能 成为侯选协议。 2 3 4 多媒体网络 目前汽车多媒体网络的标准处于百花齐放阶段。世界范围内的各组织和协会 都在致力于开发制定用于汽车工业的高速数据总线的标准，如欧洲的e r t i c o 组 织、a m i c 组织和l o b 论坛等。i d b - c 、m o s t 和i d b - 1 3 9 4 ( f i r e w i r e ) 等是潜在的 汽车多媒体总线的侯选对象。 i d b c 是一种主要用于娱乐和信息交换的车载网络，发展较快。在理想状态 武汉理：人学硕士学位论文 下，i d b c 不仅适合于远程信息处理，而且能当作一种通用的车载设备控制总线 使用，由于它结合了c a n 的技术，因此i d b c 引起了业界极大的关注。 m o s t 是专门用于汽车工业的多媒体光纤网络标准，此标准出现于1 9 9 8 年， 主要由汽车制造商和为汽车工业提供远程通信和信息处理技术的方案提供商开 发，包括a u d i 、b w m 、d a i m l e rc h r y s l e t 、h a r m a n b e c k e r 、m o t o r o l a 、o a s i ss i l i c o n s y s t e m s 、j o h n s o nc o n t r o l s 和d e l p h i d e l c o 。它的速率可达5 0 m b p s 。m o s t 网 络不仅提供很高的速度和性能，而且具有很好的鲁棒性，成本也相对较低。德国 b n v l 目前在业界率先采用了m o s t 协议，d a i m l e rc h r y s l e r 等欧洲公司也计划采 用该协议，国内引进的某些a u d i 车型中已经使用了m o s t 总线。 1 3 9 4 汽车工作组( t h e1 3 9 4a u t o m o t i v ew o r m n gg r o u p ) 成立于2 0 0 0 年1 月，目标是改编13 9 4 协议来适应汽车的需求，主要聚焦于1 3 9 4 的物理层和高层 协议的定义。i d b 一1 3 9 4 是一个高速的多媒体网络，是在i e e e 一1 3 9 4 的基础上建 立的，其价格便宜、数据传输快、可靠性高、开放等优点，使其具有很大的应用 潜力。 2 。3 5 车辆安全网络 下表给出了一些用于车辆被动安全领域的网络协议。 名称用户备注 s a f e t y b u sd e l p h id e l p h i 唯一使用 b o t eb o s c h t e m i c p l a n e t p h i l i p s