模块七 车上网络技术简介

1、授课教师：授课教师：课程名称：课程名称：汽车发动机电控系统汽车发动机电控系统汽车发动机电控系统7.1 概述概述7.2汽车局域网中的现场总线汽车局域网中的现场总线7.1.1 车上网络技术的发展车上网络技术的发展7.1.2 车上网络介绍车上网络介绍7.1.1、车上网络技术的发展、车上网络技术的发展 车上网络技术需求的原因车上网络技术需求的原因：1、电子装置增加、电子装置增加电子线路膨胀电子线路膨胀线束复杂线束复杂布线困布线困难难2、线控技术普遍应用、线控技术普遍应用 7.1.2 车上网络介绍车上网络介绍表表7-1 SAE汽车网络级别汽车网络级别特性特性A级网络级网络 B机网络机网络C级网络级网络

2、传输速度传输速度/kbps小于小于1 101251251000信息传输延时信息传输延时/ms小于小于50小于小于20小于小于5时钟离散度要求时钟离散度要求/%2020.01传输媒体（总线）传输媒体（总线）单线单线单线单线双绞线双绞线信息优先权信息优先权有有有有有有容错能力容错能力无无无无有有A级网络主要应用于要求价格低，数据传输速度、实时性、可靠级网络主要应用于要求价格低，数据传输速度、实时性、可靠性要求较低的情况，如车身系统的车门窗和后备箱网路系统。性要求较低的情况，如车身系统的车门窗和后备箱网路系统。 B级网络用于对数据传输速度要求较高的系统，包括一些车身控级网络用于对数据传输速度要求较高

3、的系统，包括一些车身控制系统、仪表盘、低档的实时控制系统以及故障诊断系统（制系统、仪表盘、低档的实时控制系统以及故障诊断系统（OBD）等等C级网络主要用于可靠性和实时性要求较高的系统，如高档的发级网络主要用于可靠性和实时性要求较高的系统，如高档的发动机和动力传动系的实时控制系统、线控系统等。动机和动力传动系的实时控制系统、线控系统等。7.2 汽车局域网中的现场总线汽车局域网中的现场总线7.2.1 现场总线的基本概念现场总线的基本概念7.2.2 CAN的基本知识的基本知识7.2.3. LIN-BUS介绍介绍7.2.1 现场总线的基本概念现场总线的基本概念 现场总线：现场总线： 是应用在生产最底层

4、的一种总线型拓扑网络，它直接与所有是应用在生产最底层的一种总线型拓扑网络，它直接与所有受控设备节点进行相连，用作现场控制系统的一种通信网络受控设备节点进行相连，用作现场控制系统的一种通信网络 现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是全分布控制现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是全分布控制系统。它作为一个联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点系统。它作为一个联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化控制系统，的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化控制系统，使系统成为具有测量、控制、执行和过程诊断等综合能力的网使系统成为具有测量、控制、执行和过

5、程诊断等综合能力的网络，是一项集控制、计算机、数字通信和网络为一体的综合技络，是一项集控制、计算机、数字通信和网络为一体的综合技术。术。 7.2.2. CAN的基本知识的基本知识1、CAN总线的特点总线的特点2、 CAN总线的传输速度总线的传输速度3、 CAN总线总线寻址总线总线寻址4、 CAN总线仲裁总线仲裁5、 CAN总线的组成总线的组成6、 CAN总线的传输原理和过程总线的传输原理和过程7、汽车网络可用的传输介质汽车网络可用的传输介质 1、CAN总线的特点总线的特点 CAN数据总线将各个控制单元组合成一个整体，使数据总线将各个控制单元组合成一个整体，使所有的信息都沿总线传输。所有的信息都

6、沿总线传输。（1）良好的容错能力）良好的容错能力 （2）可靠的数据通信质量）可靠的数据通信质量 （3）满足不同的实时控制要求）满足不同的实时控制要求 （4）方便的线束安装。）方便的线束安装。 CAN总线线束只有总线线束只有4根，根，2根电源线，根电源线，2根数据线根数据线 2、 CAN总线的传输速度总线的传输速度（1）低速网。）低速网。 通信速度不大于通信速度不大于125kbps，目前常用的在，目前常用的在100 kbps以内，主要用于以内，主要用于中央门锁、自动门窗、自动空调、汽车定位等舒适系统。中央门锁、自动门窗、自动空调、汽车定位等舒适系统。（2）高速网。）高速网。 通信速度可达通信速度

7、可达1Mbps,目前常用的在目前常用的在500 kbps以内，主要用于汽车以内，主要用于汽车动力控制系统，如发动机管理系统，自动变速箱、制动防抱死动力控制系统，如发动机管理系统，自动变速箱、制动防抱死装置等。装置等。高速网和低速网之间有一个网关控制器，用于协调高低速网络高速网和低速网之间有一个网关控制器，用于协调高低速网络之间的数据通信。之间的数据通信。 3、 CAN总线总线寻址总线总线寻址CAN总线根据内容进行数据寻址。总线根据内容进行数据寻址。每一条信息被赋予一条恒定的标识符，用于表明该信息的内每一条信息被赋予一条恒定的标识符，用于表明该信息的内容（比如发动机转速）。容（比如发动机转速）。

8、挂接在系统上的每一个单元先判别其是否含有其挂接在系统上的每一个单元先判别其是否含有其“接受列表接受列表”（认可检查表）中所列特定标识符，并只对含有这种标识（认可检查表）中所列特定标识符，并只对含有这种标识符的信息进行处理。这意味着符的信息进行处理。这意味着CAN总线在发送数据时不需要总线在发送数据时不需要附带相应的单元地址，而接口操作与系统结构型式无关。附带相应的单元地址，而接口操作与系统结构型式无关。 4、 CAN总线仲裁总线仲裁每个单元都会在总线空闲时，尽快发送它的最高优每个单元都会在总线空闲时，尽快发送它的最高优先级信息。先级信息。如果几个单元同时向总线起动传输数据，会产生总如果几个单元

9、同时向总线起动传输数据，会产生总线冲突。线冲突。解决的方法是利用总线结构上的解决的方法是利用总线结构上的“线与线与”的裁决功的裁决功能。其结果是让最高优先级的信息最优先存取，而能。其结果是让最高优先级的信息最优先存取，而且不会有时间或数据位的损失。在总线仲裁中失败且不会有时间或数据位的损失。在总线仲裁中失败的单元，会自动返回到等待状态，一旦总线空闲时的单元，会自动返回到等待状态，一旦总线空闲时再次重复发送传输请求。再次重复发送传输请求。5、 CAN总线的组成总线的组成CAN数据总线由一个数据总线由一个控制器控制器、一个、一个收发器收发器、两、两个个数据传输终端数据传输终端以及两条以及两条数据传

10、输线数据传输线组成。除组成。除数据传输线外，其他元件都置于控制单元内部。数据传输线外，其他元件都置于控制单元内部。控制单元功能不变，如图控制单元功能不变，如图7-4所示。所示。 CAN控制器控制器 CAN控制器是用来接收控制单元中微电脑传控制器是用来接收控制单元中微电脑传来的数据，对这些数据进行处理并将其传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往往CAN收发器。同样，收发器。同样，CAN控制器也接收由控制器也接收由CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处收发器传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往控制单元中的微电脑。理并将其传往控制单元中的微电脑。 CAN收发器收发器 CAN收发器将收发器将C

11、AN控制器传来的数控制器传来的数据转化为电信号并将其送入数据传据转化为电信号并将其送入数据传输线。它也为输线。它也为CAN控制器接收和转控制器接收和转发数据。发数据。 数据传输终端数据传输终端 数据传输终端是一个电阻器，其作数据传输终端是一个电阻器，其作用是防止数据在线端被反射，并以用是防止数据在线端被反射，并以回声的形式返回。数据在线段被反回声的形式返回。数据在线段被反射会影响数据的传输。射会影响数据的传输。 数据传输线数据传输线 数据传输线是双向对数据进行传输的。两条数据传输线是双向对数据进行传输的。两条传输线分别被称为传输线分别被称为CAN高线和高线和CAN低线。为低线。为了防止外界电磁

12、波的干扰和向外辐射，了防止外界电磁波的干扰和向外辐射，CAN总线将两条线缠绕在一起（双绞线），如图总线将两条线缠绕在一起（双绞线），如图7-5所示。所示。 这两条线的电位相反，如果一条是这两条线的电位相反，如果一条是5V，另一，另一条就是条就是0V，始终保持电压总和为一常数。，始终保持电压总和为一常数。 图图7-5 CAN数据传输线（双绞线）数据传输线（双绞线）6、CAN总线的传输原理和过程总线的传输原理和过程图图7-7 数据的具体传输过程数据的具体传输过程1）提供数据）提供数据2）发出数据）发出数据3）接收数据）接收数据4）检验数据）检验数据5）认可数据）认可数据7、汽车网络可用的传输介质、

13、汽车网络可用的传输介质 （1）双绞线双绞线 （2）光纤光纤 （3）同轴电缆同轴电缆 （4）无线电无线电（1）双绞线）双绞线 双绞线是由两根各自封装在彩色塑料套内的铜线扭绞而成双绞线是由两根各自封装在彩色塑料套内的铜线扭绞而成的，如图的，如图7-10所示。扭绞在一起的目的是降低他们之间的所示。扭绞在一起的目的是降低他们之间的干扰。双绞线分为屏蔽型（干扰。双绞线分为屏蔽型（STP）和非屏蔽型（）和非屏蔽型（UTP）两）两类。类。STP 是在是在UTP外面加上一层由金属丝纺织而成的屏蔽外面加上一层由金属丝纺织而成的屏蔽层构成的，以提高其抗电磁干扰的能力。因此层构成的，以提高其抗电磁干扰的能力。因此S

14、TP抗外界抗外界干扰的性能优于干扰的性能优于UTP，但价格要比，但价格要比UTP贵。相互扭绞的一贵。相互扭绞的一对双绞线可作为一条信息通路。对双绞线可作为一条信息通路。 图图7-10 双绞线双绞线 a)结构示意图结构示意图 b)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线 c) 屏蔽双绞线屏蔽双绞线2、光纤、光纤光纤是有线介质中性能最好的一类，它是一种直径为光纤是有线介质中性能最好的一类，它是一种直径为50100um柔软的传导光波的介质，一般由玻璃纤维和塑料构成。柔软的传导光波的介质，一般由玻璃纤维和塑料构成。在折射率较高的纤芯外面，再用折射率较低的包层包住，就在折射率较高的纤芯外面，再用折射率较低的包层包住，就

15、构成了一条光波通道，再在包层外面加上一层保护套，就构构成了一条光波通道，再在包层外面加上一层保护套，就构成了一根单芯光缆。光纤传输数字信号是利用光脉冲的有无成了一根单芯光缆。光纤传输数字信号是利用光脉冲的有无来代表来代表1和和0的的 图图7-12 光纤光纤a) 单芯光缆结构示意图单芯光缆结构示意图 b）光纤）光纤图图7-13 光纤传输系统光纤传输系统3、同轴电缆、同轴电缆 电缆的中央是一条单根的铜导线，其外部被一层绝缘材料包电缆的中央是一条单根的铜导线，其外部被一层绝缘材料包围着，在这种绝缘介质的外部是一个网状金属屏蔽层。网状金围着，在这种绝缘介质的外部是一个网状金属屏蔽层。网状金属屏蔽层既可

16、屏蔽噪声，也可做信号的地线，最外面一层是塑属屏蔽层既可屏蔽噪声，也可做信号的地线，最外面一层是塑料封套。料封套。图图7-14 同轴电缆同轴电缆4、无线电、无线电短程无线通信标准短程无线通信标准蓝牙技术蓝牙技术 是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它将取是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它将取代目前多种电缆连接方式，以低成本的近距离无线连接为代目前多种电缆连接方式，以低成本的近距离无线连接为基础，使各种电子装置在无线状态下相互连接传递数据。基础，使各种电子装置在无线状态下相互连接传递数据。应用蓝牙技术，可以通过嵌入在电子装置上的一个写有应用蓝牙技术，可以通过嵌入在电子装置上的一个写

17、有程序的微电子芯片，使所有相关设备在有效范围内完成相程序的微电子芯片，使所有相关设备在有效范围内完成相互交互信息、传递数据的工作，从而省去了那些将移动电互交互信息、传递数据的工作，从而省去了那些将移动电话、个人信息处理系统及其他一些电子设备相互连接的电话、个人信息处理系统及其他一些电子设备相互连接的电缆装置。缆装置。7.2.3. LIN-BUS介绍介绍LIN(Local Interconnect Network)是一种低成本的串行通信是一种低成本的串行通信网络，适用于汽车中的分布式电子系统控制。网络，适用于汽车中的分布式电子系统控制。LIN的目标是为的目标是为现有汽车网络提供辅助功能。因此，现

18、有汽车网络提供辅助功能。因此，LIN总线是一种辅助的串总线是一种辅助的串行通信总线网络。在不需要行通信总线网络。在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通信，使用比如智能传感器和制动装置之间的通信，使用LIN总线可大大总线可大大节省成本。节省成本。1、主要特性主要特性2、通信原则通信原则3、应用场合应用场合 1、主要特性、主要特性（1）低成本，基于通用）低成本，基于通用UART接口，几乎所有微控制器都接口，几乎所有微控制器都具备具备LIN必须的硬件。必须的硬件。（2）极少的信号线既可实现国际标准）极少的信号线既可实现国际标准ISO9141规定。规定。（3）传输速度最高可达）传输速度最高可达20kb/s。（4）采用单主机）采用单主机/多从机模式，无需总线仲裁机制。多从机模式，无需总线仲裁机制。（5）保证信号传输的延迟时间。）保证信号传输的延迟时间。（6）不需要改变）不需要改变LIN从节点的硬件和软件就可以在网络上从节点的硬件和软件就可以在网络上增加节点。增加