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汽车车载网络系统 河北工业职业技术学院闫炳强ybq126 2014 5 19 一 汽车总线技术的产生与发展 1 传统的汽车线束连接方式 2 汽车CAN总线连接方式 优点 减少线束 节省空间 降低成本 资源共享 增加可靠性和可维修性 3 汽车总线的分类 1 A类网络面向传感器执行器控制的低速网络 数据传输速率通常只有1 10kbit s 适用于对实时性要求不高的场合 主要应用于车身控制 如电动门窗 中央锁 后视镜 座椅调节 灯光照明及早期的汽车故障诊断 汽车防盗报警A类网络系统 3 汽车总线的分类 2 B类网络面向独立模块间数据共享的中速网络 传输速率一般为l0 l00kbit 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他电子部件 B类CAN总线 3 汽车总线的分类 3 C类网络面向高速 实时闭环控制的多路传输 最高传输速率可达1Mbit s 主要用于悬架控制 牵引控制 先进发动机控制 ABS等系统 CAN总线的C类网络系统 3 汽车总线的分类 4 D类网络主要面向信息 多媒体系统等 D类网络协议的速率为250kbit s 400Mbit s 面向乘员的安全系统 应用于车辆被动安全性领域 位速率一般为25kbit s 10Mbit s D类网络使用在信息多媒体系统中 多采用D2B MOST光纤传输和IDB Wireless无线通信技术 一 CAN总线硬件组成 二 CAN总线系统的结构原理分析 可挂110个节点 一 CAN总线硬件组成 二 CAN总线系统的结构原理分析 1 CAN节点结构 大管家 1 数据采集 输出控制 2 初始化 读 写CAN控制器 智能邮箱 存储器 1 供单片机存 取数据 2 验收滤波 转换器 数字信号 差分电压 高速公路 双向 串行 一 CAN总线硬件成 二 CAN总线系统的结构原理分析 独立CAN控制器SJA1000 MSCAN模块 2 CAN数据总线 一 CAN总线硬件组成 二 CAN总线系统的结构原理分析 一 CAN总线硬件组成 二 CAN总线系统的结构原理分析 3 数据传递终端 是一个电阻器 作用是防止数据在线端反射 并以回声的形式返回 产生反射波而使数据遭到破坏 3 CAN总线的特点 良好的容错能力CAN总线采用 多元主控 的线性总线结构下 挂接多个相同优先级的ECU 可以避免在环型结构或星型结构中出现的某一个单元的失效而导致整个系统功能的崩溃的现象 满足不同的实时控制要求CAN总线上的信息分成不同的优先级 可满足不同的实时要求 高优先级的数据最多可在134微秒内实现快速传输 可靠的数据通讯质量CAN总线的通讯速度可调 采用15位的循环冗余校验码确保数据传输质量 对数据帧结构和总线裁决均有严格的定义 方便的线束安装CAN总线线束只有四根 两根电源线 两根数据线 因此线束连接很方便 并大量减少了导线数量 3 CAN总线的特点 数据总线与其它部件组合在一起就成为数据传输系统 CAN数据传输系统的优点是 将传感器信号线减至最少 使更多的传感器信号进行高速数据传递 电控单元和电控单元插脚最小化应用 节省电控单元的有限空间 如果系统需要增加新的功能 仅需软件升级即可 各电控单元的监测对所连接的CAN总线进行实时监测 如出现故障该电控单元会存储故障码 注意 是单独编码 CAN数据总线符合国际标准 以便于一辆车上不同厂家的电控单元间进行数据交换 二 CAN总线数据传输 二 CAN总线系统的结构原理分析 1 传输数据的组成及功用 开始域 标志数据开始传递 带有大于5V电压 由系统决定 的1位编码 被选人CAN高位传输线 带有大约0v电压的1位编码被送入CAN低位传输线 状态域 状态域用于判断数据中的优先权 在状态域中 有11位数字组成的编码 其数据的组合形式决定了其优先权 检查域 显示在数据中所包含的信息项目数 数据域 信息被传递到其他控制单元 安全域 检测传递数据中的错误 确认域 在确认域中 接收器接收信号并通知发送器 其所发信号已被正确接收 如果检查到错误 接收器立刻通知发送器 发送器会再发送一次数据 结束域 标志着数据报告结束 在这里是显示错误并重复发送数据的最后一次机会 二 CAN总线数据传输 二 CAN总线系统的结构原理分析 2 数据传递原理 1 信号特征 驱动系统的Canbus信号和逻辑信号 Can High的高电平为 3 5伏Can High的低电平为 2 5伏Can Low的高电平为 2 5伏Can low的低电平为 1 5伏逻辑 1 Can high 3 5 Can low 1 5 逻辑 0 Can high 2 5 Can low 2 5 二 CAN总线数据传输原理 二 CAN总线系统的结构原理分析 2 数据总线的差动传递技术 CAN驱动数据总线的差动信号放大器 2 数据总线的差动传递技术 CAN驱动数据总线差动信号放大器内的信号处理 2 数据总线的差动传递技术 CAN驱动数据总线差动信号放大器内的干扰过滤 CAN总线电压与数字信号之间的关系 CAN收发器 3 数据传送过程 节点1 节点n 对方ID号 相关数据 4 节点的ID号 实时性要求越高 ID号越小 优先级越高 原理 多个节点同时向总线发送数据时 总线上的结果是多个数据的 逻辑与 值 节点A发送数据 0节点B发送数据 1 0 显性位1 隐性位 0优先级高 如 节点A发送0 节点B发送1 总线上结果是0 1 0 总线上显示数据 0 5 优先级竞争 仲裁 动力CAN总线 自动变速器控制单元发送了1个低电位而检测到1个高电位 那么它将失去优先权而转为接收器 6 验收滤波 点对点 一点对多点 通过设置CAN控制器内的验收代码寄存器 ACR 和验收屏蔽寄存器 AMR 来实现 ACR ID 100101102 AMR 有关有关有关 接收放弃 接收接收 放弃接收 AMR 有关无关无关 例 三个节点及ID号 A 100 B 101 C 102 节点A节点B节点C CAN BUS 三 CAN总线数据波形分析及检测 二 CAN总线系统的结构原理分析 CAN High与CAN Low短路 CAN high对正极短路 CAN high线的电压电位被置于12V CAN Low线的隐性电压被置于大约12V 这是由于在控制单元的收发器内的CAN high和CAN Low的内部错接引起 CAN high对地短路 CAN High的电压位于0V CAN Low的电压也位于0V 可是在CAN Low线上还能够看到一小部分的电压变化 CAN Low对地短路 CAN Low的电压大约为0V CAN High线的隐性电压也被降至0V CAN Low对正极短路 两条总线电压都大约为12V CAN High断路 CAN Low断路 三 LIN总线网络系统 LIN LocalInterconnectNetwork 即局部连接网络 也被称为 局域网子系统 即LIN总线是CAN总线网络下的子系统 车上各个LIN总线系统之间的数据交换是由控制单元通过CAN总线实现的 LIN总线是一种辅助的串行通信总线网络 多用于不需要CAN总线的带宽和多功能的场合 LIN的目标是为现有汽车网络 例如CAN总线 提供辅助功能 LIN典型的应用是车上传感器和执行器的联网 属于汽车上的A级网络 一 LIN总线概况 LIN总线的特点 与CAN总线区别 1 工作方式 LIN总线为单主 多从方式 CAN总线为多主或主 从方式 2 数据传输线 LIN为单线传输 CAN为双线传输 3 工作电压 LIN总线为12V CAN总线为5V 4 传输速率 LIN最高为20kb s 属于低速总线 A类 CAN最高为1Mb s 应用于汽车上的属于中速 B类 高速 C类 5 传输距离 LIN最长为40m CAN最长为10km 6 仲裁 LIN无需仲裁 CAN采用非破坏性仲裁技术 7 传输的数据长度 LIN一帧信息中数据长度为2 4或8B CAN一帧信息中数据长度为0 8B 8 标识符的位数 LIN有6位标识符 CAN有11位或29位标识符 9 节点数 LIN一般不超过16个 CAN最多110个 10 传输线的颜色 LIN主色为紫色 CAN主色为橙色 LIN总线的优点 1 在LIN系统中 加入新节点时 不需要其它从节点作任何软件或硬件的改动 2 整个网络的配置信息只包含在主节点中 从节点可以自由地接入或脱离网络而不会影响LIN的网络通信 3 从节点不需振荡器就能实现同步 节省了从控制器部件的硬件成本 4 基于通用UART接口 几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件 价格低廉 结构简单 二 LIN总线的结构原理 一个主节点 主节点可以执行主任务 引起LIN网络通信 也可以执行从任务 总线上的信息传送由主节点控制 主节点连接在CAN总线上 多个从节点 从节点只能执行从任务 用于空调控制 用于前部车顶模块 1 主节点 主控制单元 奥迪A6LIN总线主控单元示意图 二 LIN总线的结构原理 1 主节点 主控制单元 主控单元监控数据传递及其速率 发送信息标题 报文头 主控制单元的软件内已设定了一个周期 这个周期用于决定何时将哪些信息发送到LIN数据总线上多少次 主控单元在LIN总线与CAN总线之间起沟通作用 翻译 它是LIN总线系统中唯一与CAN数据总线相连的控制单元 通过LIN主控制单元进行与之相连的LIN从控制单元的自诊断 二 LIN总线的结构原理 奥迪A6L轿车CAN LIN总线与从控制器示意图 2 从节点 从控制单元 二 LIN总线的结构原理 传感器 执行器 LIN从控制单元ECU 2 从节点 从控制单元 二 LIN总线的结构原理 2 从节点 从控制单元 接收 传递或忽略来自主节点的主任务 起始报文 信息标题 相关的数据 可以通过一个 叫醒 信号 唤醒主节点 检查所接收数据总量和所发送数据的总量 同主节点的同步字节保持一致 只能按照主节点的要求同其他从节点进行数据交换