现代汽车系统控制技术第十章.ppt

1 第10章车载网络系统控制 2 10 1车载网络技术概述 10 1 1车用多路传输技术20世纪90年代以来 汽车上的控制单元越来越多 例如发动机控制单元 防抱死制动控制单元 ABS 自动变速器控制单元 安全气囊控制单元 电动门窗控制单元和主动悬架控制单元等 随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用 汽车上的线路越来越复杂 如果仍采用常规的线束布线方式 将导致汽车上电线数目急剧增加 有报道指出 车用电路网络的容量和复杂性每10年就会翻倍 在某些轿车上 仅在仪表板区域 就有100多条导线和接插件被用于设备和开关的连接 3 10 1 2车载网络基本概念 车载多个处理器之间相互连接 协调工作并共享信息 这样就构成了车载计算机网络系统 简称车载网络 车载网络运用多路传输技术 采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点 并通过网关单元实现整车的信息共享和网络管理 由于车载网络应用的是计算机局域网技术 里面涉及许多计算机专用术语 如局域网 数据总线 网络 通信协议 网关等 所以有必要了解这些基本概念 4 10 2CAN总线技术规范 CAN总线传输的一种基本的规则是分时 在这种规则下 总线在每一时刻只能被1个控制单元占用 由这1个控制单元传递信号 由于电信号传播的速度极快 因此数据总线完全可以满足许多部件进行分时信号传递的需要 在现代轿车的设计中 CAN已经成为必须采用的装置 奔驰 宝马 大众 沃尔沃和雷诺等车型都将CAN作为电子控制单元联网的手段 由于我国中高级轿车主要以欧洲车型为主 因此欧洲车型应用最广泛的CAN技术 也将是国产轿车引进的主要技术项目 5 10 2 1CAN总线物理层 CAN物理层子层结构 6 10 2 2CAN总线数据链路层 数据链路层是CAN的核心部分 保证物理层处于各种通信环境条件下 都能向高层提供一条无差错高可靠性的传输通道 数据链路层包括逻辑链路控制子层 LogicLinkControl 介质访问控制子层 MediumAccessControl LLC子层实现接收过滤 过载通知和管理恢复等功能 MAC子层实现数据打包 解包 帧编码 解码 媒体访问管理 错误检测 接收应答 串并转换等功能 CAN定义了四种帧 数据帧 远程帧 错误帧 过载帧 另外 数据帧或远程帧与前一个帧之间都会有一个隔离域 即帧间空间 CAN2 0B协议规定了数据帧和远程帧可以使用标准和扩展两种格式 7 10 3车载网络系统结构与控制 全车CAN网络拓扑结构 8 10 3 1动力总成系统网络 动力总成CAN网络用于连接所有动力系统的控制单元 主要包括 1 发动机控制单元 2 自动变速器控制单元 3 ESP ABS控制单元 4 EPS控制单元 5 悬挂系统控制单元 6 胎压报警控制单元 7 整车控制单元 9 10 3 2车身系统网络 车身CAN网络用于连接所有安全系统的控制单元 主要包括 1 防盗报警控制单元 2 安全气囊控制单元 3 发动机室控制单元 4 转向盘下控制单元 5 雨水传感控制单元 6 天窗控制单元 7 左前车身控制单元 8 右前车身控制单元 9 左后车身控制单元 10 右后车身控制单元 11 整车控制单元 10 10 3 3舒适系统网络 舒适CAN网络用于连接车载人机交互设备 主要包括 1 组合仪表控制单元 2 多功能显示屏控制单元 3 辅助驻车控制单元 4 侧轨迹跟踪控制单元 5 CD机控制单元 6 空调控制单元 7 空调控制界面 8 转速表控制单元 9 左前车门控制单元 10 右前车门控制单元 11 收音机控制单元 12 整车控制单元 11 10 4车载网络系统设计 10 4 1系统硬件设计车载CAN网络系统的硬件设计主要是控制单元CAN通道的设计 一个完整的CAN总线控制单元应该包括微控制器 CAN控制器和CAN收发器三部分 其中微控制器负责完成CAN控制器的初始化 进行与CAN控制器的数据传递 并执行特定的控制算法 CAN控制器主要负责将数据以CAN报文的形式传递 并进行系统的诊断 测试以及处理CAN总线上的错误等 CAN收发器是CAN控制器和CAN总线之间的接口 12 10 4 2应用层协议设计 1 优先级P29位标识符的前3位被用来定义报文的优先级 优先级用于在仲裁过程中判断报文的发送顺序 000表示优先级最高 需要高速控制的报文一般具有比较高的优先级 比如 由变速器发给发动机的力矩控制报文就具有较高的优先级 没有严格时间限的报文可以定义较低的优先级 比如 发动机配置报文 不同报文的优先级域是可以通过编程设置的 因此 车载网路系统制造厂商可以借此调节网络通信 13 2 保留位R保留位由SAE保留以备今后开发使用 所有消息应在传输中将SAE保留位置0 3 数据页DP用于区别参数组 参数组号首先填满第0页 然后再向第1页分配 目前定义的参数组均在第0页 4 PDU格式PFPDU代表协议数据单元 协议数据单元格式PF是一个8位场 它定义了两种协议数据单元格式 格式1和格式2 当8位二进制数的数值小于或等于239时表示格式PDU1 大于或等于240时表示格式PDU2 格式1用于向特定控制单元发送参数组 格式2用于将参数组作为广播报文发送到各控制单元 14 5 PDU特性PS这也是一个8位场 根据PF的取值定义 如果PF的值低于240 即PDU1 那么PS标识报文的目标地址 需要接收报文的控制单元地址 如果PF的值在240和255之间 那么PS包括一个组扩展值 GE 报文以广播形式发送 GE提供了大量的报文标识符 可以实现向网络上的所有节点的广播发送 在J1939协议中 通常使用PDU2实现广播形式的报文发送 15 6 源地址SA源地址的长度为8位 代表发送报文的控制单元的地址 在给定的网络 每一个源地址都是唯一的 根据J1939的协议 共有254的源地址可用 在同一个网络中 两个不同的控制单元的地址不能重复 J1939推荐了控制单元首选地址 从0开始 0 127分配给在工业组中最常用的控制单元 128 247给行业特定分配 248 253留给特殊的控制单元 254为空地址 255为全局地址 16 7 参数组号PGN保留位 数据页位 PF和PS共同定义了报文传输的参数组 参数组可以表示8字节的数据域 传输频率以及优先级 称为参数组是因为代