东风标致307路传输培训教材.doc

1 培训教材之 四 DPSP PX 04 307307 多路传输系统培训教材多路传输系统培训教材 东东 风风 标标 致致 2 目录目录 第第 1 章章 引言引言 第 3 页 I 新式汽车电路布线提出的问题清单 第 4 页 II 近年来汽车电路布线的发展 第 5 页 III 多路传输的通讯方式 第 7 页 第第 2 章章 有关计数规则的知识有关计数规则的知识 第 8 页 I 二进制记数法 第 8 页 II 十六进制记数法 第 10 页 第第 3 章章 通讯模式通讯模式 第 11 页 I 并行通讯 第 11 页 II 串行通讯 第 12 页 第第 4 章章 通讯网络通讯网络 第 13 页 I 网络结构 第 14 页 II 网络通信协议 第 15 页 III 多路传输方式 第 15 页 第第 5 章章 VAN 通信协议通信协议 第 17 页 I 通讯总线 第 17 页 II 信息的编码 第 19 页 第第 6 章章 多路传输接口多路传输接口 第 21 页 I 线路接口 第 22 页 II 输出接口 第 22 页 III 接收接口 第 23 页 IV 损坏模式下的运行 第 25 页 V VAN 网的内部结构 第 26 页 VI 信息传送模式 第 29 页 VII 信息交换描述 第 36 页 第七章第七章 CAN 通信协议通信协议 第 40 页 I 通讯媒介 第 40 页 II 信息的编码 第 41 页 3 III 多路传输接口 第 42 页 IV 线路终端电阻 第 42 页 V 线路接口 第 44 页 VI 故障管理 第 46 页 VII 通讯信息的格式 第 47 页 4 引引 言言 当今 汽车行业正在经历着一场重要而彻底的变革 零配件供应商们的 丰富想象力是与客户对于舒适设备的更高要求是紧密相联的 它带来了各种 计算机控制模块和相关电缆数量的迅速增加 发展趋势不可逆转 造成的直 接后果是 它们的安装出现了困难 汽车重量增加 有些情况下还会出现电 磁兼容性的问题 电路网络的容量和复杂性每 10 年就会翻倍 由于可能出 现的缺陷造成的危险性变得更大 仅在仪表盘这块区域 通常有 100 多条电 缆和插接器用于设备和开关的连接 有些区域 例如车门或驾驶室 密密麻 麻的线束就象杂草丛一样 电缆很多 有些高档车的车门内至少有 50 条电 缆 安全性设备与舒适性设备的功能是相互关联的 例如 ABS ESP 安全气囊 主动悬架等 我们面对设备功能的交叉 要通过新型信息交换 设备 有限的联接器 电缆的数量和控制器盒 来解决这种设备的增加带来 的问题 我们在标致 307 轿车上应用了多路传输技术 通过 CAN 区域网络 控制 由 Bosch 德国博世公司 开发 主要用于发动机电喷计算机 ABS 或 ESP 计算机 自动变速箱计算机 BSI 智能控制盒 之间的信息交 流 VAN 区域网络车辆 系统由标致 雪铁龙开发研制 主要应用于车身 电器设备的控制 这些系统全面地应用在成批生产的汽车上 标致汽车公 司希望通过全面应用多路传输技术 使标致汽车的性能全面的提高 不断为 用户提供科技含量更高 更加可靠的轿车 5 I 现代汽车电路布线面临的主要问题 现代汽车电路布线面临的主要问题 由于通向仪表控制台的电缆有 100 多条 由此会产生以下问题 电缆的重量增加 电缆连线的数量和成本 制造成本 生产安装成本 仓库储存成本 售后维修 成本 的增加 为了便于生产安装 乘客区和发动机舱之间的线束被分开 并用与插头同等数量 的插接器重新连接 导致了确定位置困难和隔板绝缘套管联接器导线测量的问题 布线的安全可靠性 车门和乘客区之间有超过 40 条导线 这给活动元件之间 的电器连接带来了很大问题 收缩断开 联连器氧化 载客区的密封性 在生产组装时 工厂为客户预留了加装电器的接口 每增加一个预留接口 就会 提供一套新的线束 这样会增加用户的负担 在售后加装附件 警报器 立体声组合音响等 时 难以正确合理的添加的附加 线束 发动机电子喷射计算机 ABS 计算机 悬架控制计算机 自动变速箱计算机和空 调计算机 这些控制技术的复杂性 要求在这些控制盒之间进行信息交换时 需 要有信息的多样性 布线的复杂性 有时还需要安装好几个传感器来为不同 的控制盒传输相同的信息 6 II 近年来汽车电路布线的发展趋势近年来汽车电路布线的发展趋势 将电子技术引进汽车行业 这一举措在 20 世纪 80 年代使布线有大幅度增加 每年 增加 5 至 10 高档汽车受这一改进影响最大 因为它拥有更多的由电子技术产 生的供选附件 一辆高档汽车大约有 40kg 的线束 长度达到 2 千多米 估算每 10 年这些线束的体积和复杂性要翻一倍 2000 年 一辆高档汽车装备了 20 个到 40 个电子计算机 在未来的几年里 如何减小布线体积的将是一个焦点问题 更准确地说 控制布线数量的增加同时为用户提供更多的电子设备是遇到的最大问 题 2005199619921986 1 2 3 4 0 车身及舒适系统检测网络 发动机检测网洛 全车检测网洛 7 解决布线增加问题的方法解决布线增加问题的方法 将多种功能集成在一个控制盒内 办法是将同一计算机中的功能分组 例如 多功能发动机计算机 共包括喷油 点火 防污染 冷却管理 ESP 计算机 集合了 ABS ASR MSR CDS 功能 智能控制盒 BSI 集合了乘客舱的各种功能 闭锁 开锁 ADC HF 内部 照明 管理 电源管理 可视性功能管理等等 将功率控制功能和电子功能集成于一个控制盒内 可以 通过开发一些特殊功能提高使用者的舒适度 改善能源管理 以避免正常运行以外的能量消耗 通过自动诊断系统来提高故障诊断的能力 这些方法将减少计算机的数量 但还不能够减少线束的体积和数量 8 III 多路传输的通讯方式多路传输的通讯方式 多路传输方式就是要使诸多信息通过唯一一条传输通道在不同的设备之间进行数据 交流 这种原理已被应用于电话网络 电视 或应用于更简单的诊断工具和计算机之间 多路传输方式的使用实现了以下功能 使布线简化 设备之间实现了通讯的可能性 功能的丰富 通过共享信息 减少了传感器的数量 多路传输技术起源于信息网络 如果将它应用在汽车上 在技术方面与通讯网络方 面在以下几方面的要求完全不同 通讯的距离和速度 对热和电环境要求更高 电磁兼容性 信息交换的安全性 现在汽车专用信息传输规范已经被制订出来 通信协议规定了信息交流网络中各元件之间信息交换的格式 我们把支持信息交流的部件 电线 光导纤维 为信息总线 BUS 9 有关记数规则的知识有关记数规则的知识 I 二进制记数法二进制记数法 在我们每天的日常生活中 我们在生活中计数和计算都采用十进制系统 数字 0 至 9 由一排排数字组成的数 每一行的位置决定了此行的数字的大小 例如 1998 数字电子技术是运用二进制逻辑信息作为计算和处理单位 我们将它描述为比特 bit 即英文的 二进制数据 89 个位 1 8 1 8 9 十位 10 9 10 90 百位 100 9 100 900 1 千位 1000 1 1000 1000 1998 二进制数的字节 比特 只能有 2 个数值 赋名为 零 和 一 这个 零 或这个 一 可表示 电压的有或无 电流的有或无 频率的有或无 光线 光导纤维 的有或无 二进制只能对整数进行编码 数字编到一排 位数上是 0 或 1 10 例如例如 10 行 0 2 0 1 1 1 1 0 行 1 2 1 2 0 2 0 行 2 2 2 4 0 4 0 1 行 3 2 3 8 1 8 8 9 有 4 行 或 4bits 的最多可以表达 16 个数字 0 16 要想增加这个数的值 就要增加 bit 的数量 也就是行 或线路的数量 如果它们传 输一些逻辑信息 例如 2 8 256 不同数据 2 10 1024 不同数据 2 12 4096 不同数据 11 II 十六进制记数法十六进制记数法 十六进制系统比二进制和十进制系统更实用 更受欢迎 因为这种编码数据更密集 我们可以设想二进制在制表的读取或写入时容易产生错误 十六进制系统采用十六进制 所以有 16 个可用符号 它使用数字 0 至 9 和字母表的字母用来指明 16 个不同的数值 下表指明了其对应关系 十进制0123456789101112131415 l 十六进制0123456789ABCDEF 二进制011011100101110 111 1 000 1 001 1 010 1 011 1 100 1 101 1 110 1 111 和其他的记数法系统一样 在十六进制中 行的位置决定了此行数字的大小 行 0 16 0 1 行 1 16 1 16 行 2 16 2 256 行 3 16 3 4096 如果要将一个十六进制数转换成十进制数 如 07CE EC 行 0 16 0 1 E 1414 1 14 7 行 1 16 1 16 C 1212 16 192 行 2 16 2 256 7 77 256 1792 0 行 3 16 3 4096 0 00 4096 0 1998 如果要将一个二进制数转换成十六进制数 4bits 为一组将每一行数值译成十六进制 例如 0111 1100 1110 位数大的字节在首位 011111001110 十进制71214 十六进制7CE 12 通讯模式通讯模式 I 并行通讯并行通讯 在这种通讯模式下 每一条电线仅传输一行二进制数 所以要传输一个数字化 的词需要许多条线路 每个字节与其他字节是同时传送的 按发射器和接收器共同的时钟速度进行传 输 tttt D1 D2 D3 D4 D5 Dn 时钟 控制线 N 条线的 数据 13 II 串行通讯串行通讯 当因为无法增加线路导致数据传输堵塞或成本 例如电话线路 等原因无法增加数 据线路时 我们采用串行通讯方式来传输数据 组成二进制化词的每行字节一个接一个地传输 按发射器与接收器之间的同步时钟 的速度进行 这种通讯方法在汽车获取逻辑信息时比并行通讯需要花费更多的时间 但它的优点在于减少了所需电线的数量 串行通讯是为不需要瞬间处理或允许稍缓处理的信息交换而设计的 性能更好的通信模式省去连接发送器接收器的同步时钟线路 在这种情况下 每一 个元件都有一个内部时钟 接收器的时钟在信息初始时进行同步 信息初始有一 个开始字节 这个字节不是数据 但它作用是使接收器的时钟与发射器的时钟同步 信息以一个与开始字节相反的停止字节结束 时钟将会在开始发送每个信息时进行重新同步调节 00101001 数 据 时 钟 发射器 时钟线路 数据线路 共同地线00101001 接收器器 00101001 数据 内部时钟 发射器 数据线路 共同地线 接收器 1 停止字节 001010011 开始字节停止字节 内部时钟重新同步 开始字节 14 通讯网络通讯网络 I 网络结构网络结构 需要区分开两种需求 计算机间的信息交换以便进行快速计算 例如自动变速箱计算机发向发动机控 制计算机的换档信息 主控元件和伺服元件之间信息流通 无需瞬时处理 但应保持在驾驶者预料的 时间之内 例如车灯或后雨刷的控制 为了满足这些需要 我们使用以下两个通讯网络 用于系统内部交换高速通讯网 CAN 网 用于无需瞬时处理的元件之间 信息交换的低速通讯网 VAN 车身总线和舒适 设备总线 所用的通讯协议在这两种网络上不同 就是 CAN 由 BOSCH 实现标准化 用于系统内部交换 VAN 由标致 雪铁龙和雷诺实现标准化 用于车身总线 由于信息交换的需要 在 VAN 和 CAN 两个网络之间有一个信息交换的界面负责两 个网络之间的联络 负责这种系统内部联络的元件是 BSI 智能控制盒 同时 BSI 也将保证与诊断工具之间的联系 BSI 系统内部网 CAN 舒适设备网 VAN co 与诊断的联系 车身网 VAN 15 II 网络通信协议网络通信协议 根据通讯的需要 所使用网络的结构 规模以及可能的信息流量 必须与之匹配 通讯的最大速度与网络的两个节点之间的最大距离成反比 能够进入网络并发送数据的节点数量越多 最大速度越慢 VAN 车身网采用的通信协议是主 从控制器型 VAN 以低速运行 62500 bit s 控制器在网络上不能自由发言 主控制器轮流询问从控制器的作用以便了解它们的 工作状态是否发生了改变 主控制器是发出指令让从控制盒通过一个开关执行一个动作 例如小灯或后视镜的 控制 对于包含收音机 导航 多功能显示器等的 VAN 舒适设备网 选择了一多主控制 从控制模式的通信协议 VAN 网的通讯速率达到 125 000 bit s 对于系统内部 CAN 网 其通讯速度限制是最重要的 并且交换信息是多方向的 所 以运用了一多主控制的多路传输的通信协议 在这里我们使用 CAN 网 速度为 250 Kbit s 网络结构网络结构 例如307 607 主控制器 从控制器 从控制器从控制器从控制器 主控制器 主控制器 主控制器 主控制器主控制器主控制器 16 III 多路传输方式多路传输方式 A 基本介绍基本介绍 多路传输网 VAN 屏幕 舒适设备 和 CAN 的运行原理 多路传输网络 VAN CAN 的示意图 例如 307 的电器结构 VAN 网的结构是多主控制器类型 VAN 网 屏幕 舒适设备 的信息流量是 125KTS S 千时间间隔 秒 CAN 网的结构是主控制器类型 CAN 网的信息流量是 250KTS S VAN CAR 网的结构是主 从控制器类型 网络的信息流量是 62 5KTS S VAN CAR 2 CAN VAN CAR 1 VAN CONF 17 B CAN 网的特性网的特性 9000 CAN H 9001 CAN L 最小的 CAN 结构包含 2 个作为线路终端的计算机 BSI 和 ECM 其它接入这个控制系 统的控制模块 ABS BVA 等 是串联进入 CAN 控制系统的 如果断开控制系统中的 任何一个 中间 计算机的连接 CAN 网被切断无法正常工作 中间 计算机的内部介绍 18 VAN 通信协议通信协议 VAN 通信协议是由标致 雪铁龙和雷诺联合开发的 1993 年 VAN 多路传输系统小 批量的装备在车辆上 主要应用于车身系统 在通讯速率要求方面已经进一步优化 I 通讯总线 通讯总线 在 307 轿车的 VAN 多路传输系统的数据传输介质总线 BUS 是 横截面积为 0 6 平方毫米相互绝缘的两条双绞线 两条电线被定义为DATA 数据 DATAB 数据 B 它们传输相反的相位信号 BSI006D 0 5V 0 5V 4 5V Bit 0 字节为 0 Bit 1 字节为 1 t t U Data Data 电压 U Data B DataB 电压 4 5V 用两条双绞数据总线传输有利于 有效的克服电磁信号的干扰 19 补偿地线电位差 VAN 多路传输双绞数据总线抗干扰原理 参见图片 BSI007D 干扰信号 电压 U Data 数据 B U S S A B 数据 A 数据 B S 过滤 后信号 时间 VAN 网络的优点是 当数据总线出现故障 DATA 或 DATAB 对地短路 DATA 或 DATAB 对电源短路 DATA 或 DATAB 断路 系统仍然可以用降级模式进行数 据的接收和发送 当一条数据总线出现故障时 智能控制盒 BSI 会将信号的电压值与一极限电压值 相比 然后决定此信号为 1 或 0 同时记录故障 20 II 信息的编码信息的编码 NRZ 编码 编码法采用时间分隔法 为 0 的二进制状态编码 字节被命名为显性 BSI008C D 1 时间空隙 为 1 的二进制状态编码 字节被命名为隐性 1 时间空隙 R BSI009C 1 时间空隙 B 曼彻斯特编码 曼彻斯特编码采用 2 时间分隔法 第一个时间分隔用 NRZ 编码 而第二个与第 一个相反 为 0 的二进制状态编码 BSI010C 2 时间空隙 为 1 的二进制状态编码 2 时间空隙 BSI011C 21 信息被分解在 4bits 大小的包里 前三个用 NRZ 编码 第四个用曼彻斯特编码 例如 需传输的数据 1001 BSI012D Data 数据 t 10010 通过总线传输的数据 Data t BSI013D 3 bits NRZ 3 bits NRZ 1 字节曼彻斯特 接收器所不知的字节 数据被编码成 4bits 为了向总线发送 加入了第 5 个字节 且它与第 4 个倒置 这一字节不代表任何意义 这一编码体系能够确切地找到 4 个字节的过渡 这个过渡被信息接收器采用来 对其内部时钟进行重新同步调节 只有网络的主控制器装置拥有准确和稳定的 时钟 注意 在VAN通讯中 发送的速度以时间间隔 Ts S 来表示 或一秒钟的时钟 时间数 鉴于所用的编码方法 4字节数据 1字节颠倒 实际信息流量约为发 送速度的4 5 例如 125KTS s等同于100kb s 我们已经看见 DATA 与 DATAB 之间的电位差决定了逻辑状态的 0 或 1 高电 位或低电位 22 多路传输接口多路传输接口 传统计算机 非多路传输系统 可以很简单地被表述 它包括一个输入端 一个输出端 和一个微处理器 要将这种计算机应用于多路传输网络 要给计算机装入一个多路传输接口 这一接口连 接多路传输总线和计算机的微处理器 输入 微处理器 输出 输入 输出 电控单元 多路传输接口 通信协议的控制器线路接口 多路传输总线 计算机 输入 微处理器 多路传输接口 输出 总线 23 多路传输接口由两个元件组成 通信协议的控制器 或程序管理器 和线路接口 I 线路接口线路接口 它与总线相连 其功能是连接通讯协议控制器和总线 管理休眠和激活的状态 以 及在 DATA 数据线或 DATAB 数据线出现故障时接收信息 它包括输入和输出端口 II 输出接口输出接口 它用于提高总是相反的 DATA 和 DATAB 上的电压 它确定这些线路中的电流的极 限 50 mA 显性字节 状态 0 1 2 mA 隐性字节 状态 1 运行原理运行原理 发送接口发送接口 滤波器 R1 R0 R2 Tx 线路接口 总线 DATAB DATA 数据接收 数据传输 5V dataB 101100 t U Tx 数据的传输 通信协议管 理器 protocole t U 5V data 010011 t U 24 25 接收接口接收接口 接收阶段完成模拟信号向逻辑信号的转换 它将信号过滤 去除可能的干扰以便协议管 理器开始工作 两种逻辑状态的编码由 DATA 和 dataB 之间的电压差获得 用于保证两条线路之间的电压差的元件是一电压比较器 事实上接收接口由 3 个比较器 C1 C2 C3 组成 这样可确保在缓冲状态下的正常接收 和损坏状态下的接收 如果 A 电压 B 电压 SC 1 如果 B 电压 A 电压 SC 0 SC 比较器输出 4 33V 0 45V t U data 4 33V 0 45V t U data data data 3 8V 字节 1 data data 3 35V 字节 0 A B SC A B S 26 Vr f 2 5V Data 4 5V Data B 0 5V SC1 SC2 SC0 正常模式下的运行 Vr f 2 5V Data 0 5V Data B 4 5V SC1 SC2 SC0 正常模式下的运行 B A C1 SC1 1 C1 Data Vref 4 5 2 5 A B A B C0 SC0 1 C0 Data Data 4 5 0 5 A B B A C2 SC2 1 C2 Vref Data 2 5 0 5 A B Vref Vref data 4 5V data 0 5V SC1 比较器输出 1 1 SC0