车载网络课件：车用总线技术概述

车用总线技术2.1

概述2.1.1

车用总线发展的背景及必要性1.

车用总线发展的背景（1）车上电子设备不断增加，使电子线路迅速膨胀，线束越来越复杂，布线越来越困难。减少线束是必须解决的问题，而点到点的并行连接方式无能为力，基于串行信息传输的总线是一种必然的选择。2.1.1

车用总线发展的背景及必要性（2）随着汽车电子化的深入，以网络通信为基础的线控技术将在车上普遍应用。用电子信息的传送取代机械的或液压的或气动的系统连接的传动部分。人机接口执行机构传感机构功能装置电信号（电路或无线信号）线控系统基本原理图2.1.1

车用总线发展的背景及必要性（3）计算机网络的广泛应用和智能交通系统的应用，使汽车成为互联网上的终端。ITS：汽车具有接收和提供相关信息的功能，如接收定位信号、提供地理信息服务、接收管理信息、发送本车状态信息、进行安全服务请求等。2.1.1

车用总线发展的背景及必要性2.

车用总线的特点（1）汽车网络系统要求可靠、廉价，与系统一体化、线路简单和实时性好。（2）汽车网络系统的特点是范围小、节点数少，多数应用要求的传输速度不高。2.1.1

车用总线发展的背景及必要性（3）车辆引入总线技术有如下优点：①

减少了线束的数量和体积，提高了电子系统的可靠性，维修容易、安装简便。②

由于采用了通用传感器，通过网络进行数据通信，可以达到消除冗余传感器并实现数据共享的目的。2.1.1

车用总线发展的背景及必要性③改善了车辆系统设计和配置的灵活性，实现车辆各个装置的模块化。④

使用网络将车辆各个电子装置连接起来，让车辆真正成为系统控制的整体对象，利于车辆动力性、排放性、操纵性、经济性和安全性的改进。美国汽车工程师协会（SAE）目前已确定通讯网络的三个类别：（1）A类是面向传感器、执行器的低速网络，该类网络对实时性要求不高，位速率一般为1～10Kbit/s，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制，采用LIN。2.1.2车用总线的分类及发展概况（2）B类主要面向独立模块间的数据共享，是中速网络，该网络适用于对实时性要求不高的通讯场合，以减少冗余传感器和其它电子部件，主要应用于车辆信息中心、故障诊断、仪表显示等系统，采用低速CAN。（3）C类主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网，典型应用是发动机控制、悬架控制、ABS等实时控制系统，采用高速CAN。2.1.2车用总线的分类及发展概况NetworkProtocolsinEmbedded(Automotive)SystemsD2B,MOSTTokenRingOpticalBusByteFlightLINJ1850DataRate[Bit/s]ClassA20K125K1M10M25MLowSpeedCANArbitration

FaultTolerant,DualWireHighSpeedCANArbitration(CSMA)

EventTriggered,DualWireFlexray,TTxTimeTriggered(TDMA)

FaultTolerant2x2Wire/OpticalBluetoothWirelessBusClassBClassCMulti-Media2.1.2车用总线的分类及发展概况

汽车工程协会（SAE）将汽车数据传输网络划分为三类：类别对象传输速度kb/s应用范围A面向传感器/执行器控制的低速网络

<10

灯光照明、电动门窗、座椅调节等系统

B面向独立模块间数据共享的中速网络

10~125

车辆电子信息中心、安全气囊、故障诊断、仪表显示等系统

C面向高速、实时闭环控制的高速传输网125~1000

牵引控制、先进发动机控制、悬架控制、ABS控制等系统

2.1.2车用总线的分类及发展概况

三类网络应用范围不同，且采用不同的协议。

尽管新开发出的总线网络通信速度越来越高，但是还没有一个通信网络可以完全满足未来汽车的所有成本和性能要求；因此，在车辆的各功能模块中采用多种协议以实现未来车辆上的联网。2.2

几种车用总线通信技术2.2几种车用总线通信技术

并行：速度快、效率高，但是如果通信双方距离较远，并行传送会使传输网络复杂，投资增加。

串行：按位顺序地传送，传送速度慢、效率低，但它可以大幅度的减少通信系统的投资。所以，在通信距离较远时，必须采用串行通信。2.2几种车用总线通信技术1.串口通信为了数据采集或与其它控制系统进行数据交换，车用ECU经常采用串口通信的方式，其中RS232C协议是目前最为常用的一种串行通信接口。2.2几种车用总线通信技术2.I2C总线通信I2C总线InterIntegratedCircuitBus的缩写，用于芯片间串行通信的总线。I2C总线以两根连线实现全双工同步数据传送，实现两个器件之间地址和数据信息的双向传送，具有引出线少、可靠性高、抗干扰能力强等优点。2.2几种车用总线通信技术信号的传输是由串行数据线SDL和串行时钟线SCL两条线双向传输，两线均由CPU引出，其它单元电路均挂接在SCL和SDL上。IIC电路图2.2几种车用总线通信技术3.CAN总线通信德国博世公司于80年代初，为了解决众多传感器与执行装置之间的数据交换而开发的一种串行通信协议。由于其良好的性能及独特的设计，是车辆领域中应用最广泛的一种。2.2几种车用总线通信技术4.LIN总线通信局部互连网络LIN（LocalInterconnectNetwork）是一种将简单控制设备连接起来的串行通信网络，主要用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN总线是一种辅助的总线网络，在不需要CAN

总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和其他装置之间的通信，使用LIN总线可大大节省成本。2.2几种车用总线通信技术

5.计算机网络与通信技术基础（1）计算机网络基础知识

计算机网络：具有资源共享和通信功能的计算机系统的集合体。汽车上的网络，通信的含义比较重一些。它们是按照一定的通信协议连接的一些控制单元或智能装置，控制信号、传感器信号通过网络传送到目的系统。2.2几种车用总线通信技术

计算机网络的分类：汽车上的网络是多个局域网的互联结构。

按网络范围或网络上终端的距离：广域网和局域网。

广域网：覆盖范围大，距离远。

局域网：在一个特定的局部单位内连接的网络。多个局域网可以通过网关连接在一起构成互联网络。网关是连接不同网络能实现不同网络协议转换的设备。2.2几种车用总线通信技术

按网络拓扑结构：星型网、总线网、环形网。网络的拓扑结构是指网络中节点的互连形式。2.2几种车用总线通信技术

星型拓扑网：

每个入网机器（工作站）通过点-点连接到中央节点，任何两台工作站之间的通信都必须通过中央节点。2.2几种车用总线通信技术由于汽车网络应用目的之一是简化线路，所以这种结构不可能成为整车网络的结构，但有可能在一个部件或总成上使用。

特点：采用集中式通信控制策略，中央节点必须建立和维持许多并行数据通路，因此中央节点的结构复杂，而每个工作站的通信负担很小，只需满足点-点链路简单通信要求，结构简单。2.2几种车用总线通信技术

总线拓扑网：

传输介质是一条总线，工作站通过相应硬件接口接至总线上。2.2几种车用总线通信技术一个站发送数据，所有其他站都能接收，此种传输介质称为多点式或广播式。因为所有节点共享一条传输链路，一次只允许一个站发信息，需有某种存取控制方式，确定下一个可以发送的站。

特点：2.2几种车用总线通信技术（2）传输介质

传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传输信息的载体。

网络中常用的传输介质：电话线、同轴电缆、双绞线、光导纤维电缆、无线与卫星通信。双绞线2.2几种车用总线通信技术双绞线同轴电缆光缆物理特性按规则螺旋结构排列的2根绝缘线组成由内导体、绝缘层及外部环状导体，外绝缘层、保护层组成50~100μm的柔软、能传导光波的介质传输特性可达1Mbps可达400MHz。光纤传输率可达几千Mbps。目前已投入使用的光纤在几公里范围内速率达到几百Mbps。连通性点—点、多点连接点—点、多点连接点—点、多点连接价格低，安装维护方便中，维护方便高2.2几种车用总线通信技术（3）计算机网络协议及其功能

在通信中，任何一个作为信息发送或接收的个体称为通信实体。当两个通信实体进行通信时，必须按照一定的约定或规则进行信息交换。2.2几种车用总线通信技术如何讲

在两个（或多个）通信实体之间控制信息交换的规则和约定就是通信协议。一个通信协议通常对语法、语义和定时三个方面进行约定。讲什么事件发生的顺序、速度匹配、同步规则等。2.2几种车用总线通信技术

系统中通信控制部分（包括软件和硬件）的功能，就是根据协议完成通信处理过程，一般包括数据的拆分与重装、数据标记、同步处理、错误检测、容错处理、错误信令以及网络访问控制等。2.2几种车用总线通信技术

单工通信

传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反的传送。A为发送终端，B为接收终端，数据只能从A传送至B，而不能由B传送至A。发送单向信道接收AB（4）通信方式2.2几种车用总线通信技术

半双工通信

信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。

半双工通信采用二线制线路，在一条信道上进行转换，实现A→B与B→A两个方向通信的方式。2.2几种车用总线通信技术

信息可以从A传至B，或从B传