发动机控制-车载网络技术

车载网络技术了解车载网络技术在汽车上的应用情况。汽车网络参考模型。掌握车载网络分类和通信协议标准。了解CAN总线的特性。掌握CAN的基本组成和数据传输原理。了解LIN标准及其特点。掌握LAN的构成和类型。了解MOST总线的特点。掌握MOST的结构原理。了解蓝牙技术的特点。能比较LIN与CAN。能结合实例分析CAN总线在车上布置。能结合实例分析LIN总线在车上布置。一、采用车载网络技术的必要性第1节车载网络技术概述

采用车载网络可减少线束尺寸和质量、降低成本、减少连接器的数量，同一款车同等配置下，可以大大简化汽车线束；可以进行设备之间的通信，丰富功能；通过信息共享，减少传感器信号的重复数量；通过系统软件即可实现控制系统功能变化和系统升级；可为诊断提供通用的接口，利用多功能测试仪对数据进行测试与诊断，便于维护和故障检修。二、网络技术在汽车上的应用第1节车载网络技术概述主要用于动力与传动系统、车身系统、安全系统和信息系统。三、汽车网络参考模型第1节车载网络技术概述ISO／OSI参考模型分七层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。三、汽车网络参考模型第1节车载网络技术概述ISO／OSI参考模型分七层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。ISO/OSI参考模型各层定义的主要项目

软件控制7层

应用层提供各种实际可应用的服务6层

表示层对数据的表现形式进行变换，如文字调整、数据压缩与加密5层

会话层为实现会话通信，按正确顺序控制数据的发送与接收

4层

传输层保证按顺序控制数据及更正错误等通信品质，如纠正错误、重新发送控制

3层

网络层选择数据的传输途径和中转，如ECU之间的数据交换及地址管理

硬件控制

2层

数据链路层将从物理层获得的信号（字符集）汇总成具有某种意义的数据，提供控制顺序，以便对控制传输错误等数据加以传输，如访问时的方法及数据形式；连接控制方式、同步方式、错误检测方式；响应方式、通信方式；帧的构成、组帧方式

1层

物理层规定通信时所使用的电缆、插座等，媒体、信号的标准等，以实现设备之间信号的交换，如信号电平、发送与接收、电缆及插座等形式四、车载网络分类和通信协议标准第1节车载网络技术概述SAE将车载网络系统分为A类、B类、C类和D类。A类网络不单独使用，与B类网络结合使用。满足C类网络要求的汽车控制器局域网只有CAN协议。每类网络功能均向下涵盖，即B类网络支持A类网络的功能，C类网络能同时实现B类网络和A类网络的功能。类别A类B类C类D类CAN安全X-by-Wire诊断多媒体名称LINISO11519-2ISO11898SAEJ1939SafetybusFlexRayISO15765DDB(MOST)所属机构MotorolaISO/SAEISO/TMC-ATADelphiBMW﹠DCISOPhilips用途智能传感器控制、诊断控制、诊断SRS线控制诊断数据流控制介质单根线双绞线双绞线双线双线双绞线光纤位编码NRZNRZ-5NRZ-5RTZNRZNRZBiphase媒体访问主/从竞争竞争主/从FTDMATESTENR/SLAVETOKENRING错误检测8位CSCRCCRCCRCCRCCRCCRC数据长度/B80～8824～39120～8-传输速率/(bit/s)20k10～125k250～1000k5k～10M5M10～250k12～400M总线最长/m404040未定无限制40无限制最多节点/个163232(STP)10(UTP)64643224成本低中中中中中高第2节控制器局域网

CAN总线是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，是一种多主总线。一、CAN总线的特性第2节控制器局域网CAN支持从几千到1Mbit／s的传输速率。多站同时发送信息，模块可以优先获取数据。使用廉价的物理传输媒介。采用双绞线、同轴电缆及光纤作为网线。错误检测校正能力强，系统可靠性高。能判断暂时错误和永久错误的节点，具有故障节点自动脱离功能。大部分CAN具有丢失仲裁或出错时，具有信息自动重发功能。CAN总线符合国际标准，便于一辆车上不同生产厂家的电控单元间进行数据交换。组网自由，功能扩展能力强。总线利用率高，数据传输距离长，可达10km。电控单元实时监测。将传感器信号线减至最少，更多的传感器信号进行高速数据传输。二、CAN协议第2节控制器局域网名称传输速率/（kbit／s）规格使用范围SAEJ1939-11250双线制，屏蔽式双绞线载货汽车，大型客车SAEJ1939-12250双线制，屏蔽式双绞线，供给电压12V农机SAEJ2284500双线制，双绞线（无屏蔽）汽车（高速：动力与传动系统）SAEJ241133.3，83.3单线制汽车（低速：车身系统）CAN协议与相关标准二、CAN协议第2节控制器局域网通信协议按速度分类电通讯

光通讯等级通信速率/（kbit／s）用途协议A0～10（车身系统）照明装置、电动车窗、电动座椅、中央门锁等低速CAN（0～125kbit／s），LINB10～125（状态信息系统）组合仪表、驱动信息、自动空调、故障诊断J1850，VANC125～1000（实时控制系统）发动机、自动变速器、ABS、电子悬架等高速CAN（125～10000kbit／s）D50000（多媒体）信息、多媒体D2B光纤通信，MOST，IEEE1394二、CAN协议第2节控制器局域网CAN协议包括ISO/OSI参考模型中的数据链路层和物理层，物理层分为物理层信号(PLS)、物理媒体连接(PMA)和媒体从属接口(MDI)，数据链路层分为逻辑链路控制(LLC)和媒体访问控制(MAC)。二、CAN协议第2节控制器局域网

1.数据链路层——逻辑链路控制(LLC)

功能：LLC层功能包括接收滤波、超载通知和恢复管理。

帧结构：LLC是等同LLC实体(LPDU)之间进行交换的数据单元。①LLC数据帧。由标识符场、数据字长度码(DLC)场和数据场组成。标识符场：标识符长度为11位，其最高7位(ID-10～ID-4)不应全为“1”。DLC场：由4位构成，数据场长度可为0，数据帧允许数据字节数范围为0～8。数据场：由数据帧内被发送的数据组成，包括0～8B，每个字节包括8位。②LLC远程帧。由标识符场和DLC场组成，DLC的数值独立，为对应数据帧的数据长度码。

标识符场DLC场数据场标识符场DLC场二、CAN协议第2节控制器局域网

1.数据链路层——媒体访问控制(MAC)

功能模型：包括完全独立工作的发送部分和接收部分。

二、CAN协议第2节控制器局域网

1.数据链路层——媒体访问控制(MAC)帧结构：数据帧将数据由发送器传至接收器；远程帧由节点发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；出错帧可由任何节点发出，以检验总线错误；超载帧用于提供先前和后续数据帧或远程帧之间的附加延时。①MAC数据帧。由帧起始(SOF)、仲裁场、控制场(两位保留位+DLC场)、数据场、CRC场、ACK场和帧结束(EOF)构成。

二、CAN协议第2节控制器局域网

1.数据链路层——媒体访问控制(MAC)②MAC远程帧。由SOF、仲裁场、控制场(两位保留位+DLC场)、CRC场、ACK场和EOF构成。③出错帧。活动错误标志由6位连续的“显性”位组成，认可错误标志由6位连续的“隐性”位组成；错误界定符由8位“隐性”位构成。④超载帧。LLC要求的超载帧和重激活超载帧，前者为LLC层所要求，表明内部超载状态；后者由MAC层的一些出错条件而启动发送。超载标志由6个“显性”位构成，超载界定符由8位“隐性”位构成。

二、CAN协议第2节控制器局域网

1.数据链路层——媒体访问控制(MAC)⑤帧间空间。数据帧和远程帧均由帧间空间的位场隔开，超载帧和出错帧前面不存在帧间空间，不用帧间空间分隔。帧间空间包括间歇场和总线空闲场，并对先前帧已发送“错误认可”的节点还有暂停发送场。

二、CAN协议第2节控制器局域网

1.数据链路层——媒体访问控制(MAC)

MAC帧编码和发送／接收：SOF、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列帧段均以位填充方法进行编码。当发送器在发送位流中检测到5个数值相同的连续位(包括填充位)时，在实际发送位流中，自动插入一个补码位。一帧应由SOF场开始逐个位场进行发送，在一场内应首先发送最高位。

二、CAN协议第2节控制器局域网

1.数据链路层——媒体访问控制(MAC)媒体访问和仲裁：

当检测到间歇场未被“显性”位中断后，认为总线被所有节点释放。总线一旦释放，“错误活动”节点接收当前或先前的“错误认可”节点都可以访问总线。

当许多节点同时发送时，只有发送具有最高优先权帧的节点变为总线主站。解决总线访问冲突是基于竞争的仲裁。仲裁期间，每个发送器将发送位电平与总线上监测到的电平进行比较。若相等，则节点可以继续发送。当送出一个“隐性”电平，而监测到“显性”电平时，表明节点丢失仲裁，不应再送更多位。当送出“显性”电平，而监测到“隐性”电平时，表明节点检测出位错误。二、CAN协议第2节控制器局域网1.数据链路层——媒体访问控制(MAC)错误检测：MAC层具有检测、填充规则校验、帧校验、15位循环冗余码校验和应答校验功能。①错误类型位错误填充错误CRC错误形式错误应答错误②错误界定规则“错误激活”节点“错误认可”节点“总线脱离”节点二、CAN协议第2节控制器局域网

2.物理层结构物理信令(PLS)用于实现与位表示、定时和同步相关的功能。媒体访问单元(MAU)表示用于耦合节点至发送媒体的物理层的功能部分。MAU由物理层媒体附属装置(PMA)和媒体相关接口(MDI)构成。PMA层实现总线发送／接收的功能电路，并提供总线故障检测方法。MDI实现物理媒体和MAU之间机械和电气接口。二、CAN协议第2节控制器局域网

2.物理层位定时

位时间即一位的持续时间，在位时间框架内执行的总线管理功能，如电控单元同步状态、网络发送延迟补偿和采样点定位，均由CAN协议集成电路的可编程位定时逻辑确定。

位时间按时间量程进行编程，时间量程是由振荡器周期推出的固定时间单位。当前可编程整数的预分刻度范围为1～32，自时间份额最小值开始。

二、CAN协议第2节控制器局域网

2.物理层同步

包括重同步和硬同步，遵从下列规则：

①在一个位时间内仅允许一种同步。

②只有先前采样点检测到的数值不同于边沿后即现的总线数值，边沿将被用于同步。

③总线空闲期间，当存在“隐性”至“显性”的跳变沿时，即完成硬同步。

④所有满足规则①和②的其他“隐性”至“显性”的跳变沿和在低位速率情况下，选择的“显性”至“隐性”跳变沿将被用于重同步；若只有“隐性”至“显性”沿被用于重同步，由于具有正相位的“隐性”至“显性”跳变沿，发送器将不完成重同步。

二、CAN协议第2节控制器局域网

3.不同版本通信协议与互联B类通信协议与C类通信协议互联

低速车身控制系统实施高速的CAN协议大型汽车中应用最广泛的应用层协议SAEJ1939三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网1.

CAN的基本组成CAN由每个电控单元内部的CAN控制器和收发器、每个电控单元外部连接的两条CAN总线和整个系统中的两个终端组成。三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网1.

CAN的基本组成80C51-单片机SJA1000-CAN控制器PCA2C250-CAN收发器三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网1.

CAN的基本组成电控单元：主要构件有CPU、CAN控制器和CAN收发器，另外还有输入/输出存储器和程序存储器。三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网1.

CAN的基本组成带有CAN收发功能的电控单元内部结构三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网1.

CAN的基本组成CAN控制器：由可编程的逻辑电路组成，实现通信模型中物理层和数据链路层的功能，并对外提供与电控单元的物理接口。CAN收发器：提供CAN控制器与物理总线之间的接口，为发送/接收放大器，发送器将数据传输总线构件连续的比特流转换成电压值，以适合铜导线的数据传输；接收器将电压信号转换成连续的比特流，以适合CPU处理。收发器通过TX线（发送导线）或RX线（接收导线）与数据传输总线构件相连。三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网1.

CAN的基本组成数据传递终端：为电阻器，可避免数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。CAN总线：为防止外界电磁波干扰和向外辐射，CAN总线采用两条线缠绕在一起，两条线上的电位相反，若一条线的电压为5V，另一条线则为0V，两条线的电压和总等于常值。三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网2.

数据传输原理信息格式转换与请求发送信息：

发动机转速信号到达电控单元的输入存储器，由于该信号还用于其他电控单元，应通过CAN总线传递，于是被复制到发动机电控单元的发送存储器内，进入CAN构件的发送邮箱。若邮箱内有实时值，则该值由发送特征位(举起的小旗)显示出来，将发送任务委托给CAN构件。发动机信息按协议被转换成CAN的特殊格式。三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网2.

数据传输原理发送开始（总线空闲判断）：

当发送邮箱内有一个实时值，表明发动机准备向外发送信息，CAN构件通过RX线检查总线是否有源(是否正在交换其他信息)，必要时会等待，直至总线空闲为止。三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网2.

数据传输原理发送信息：若总线空闲，则预先存在发送存储器的“发动机转速信息”被发送出去。三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网2.

数据传输原理接收过程：检查信息是否正确(监控层)。检查信息是否可用(接收层)。监控层工作原理接收层工作原理三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网2.

数据传输原理位仲裁：特点：CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确定后，不再更改。数据总线发生数据冲突，可通过位仲裁解决。检查信息是否可用(接收层)。位仲裁实施过程：电控单元发送的每个信息都要分配优先权，优先权高的信息优先发送。电控单元通过各自的RX线跟踪总线的变化，并获知总线的状态。请求发送信息的电控单元，每个发射器将对TX线和RX线的状态一位一位的进行比较，可以不一致。若某个电控单元向外发送“l”(TX线为1)，但通过RX线在总线接到“0”，则该电控单元退出对总线的发送信息控制，转为接收信息。三、CAN的基本组成和数据传输原理第2节控制器局域网2.

数据传输原理位仲裁——举例标识符二进制十六进制发动机-101010000000280ABS010101000001A0组合仪表01100100000320转向角传感器-1000110000000C2自动变速器-110001000000440第3节局部连接网络

局部连接网络(LocalInterconnectNetwork，缩写为LIN)是一种低成本的串行通信网络，是一个汽车底层网络协议，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN为现有汽车网络（如CAN)提供辅助功能，LIN总线是一种辅助的串行通信总线网络。一、LIN通信协议标准第3节局部连接网络

LIN标准包括传输协议规范、传输媒体规范、开发工具接口规范和用于软件编程的接口。LIN在硬件和软件上保证了网络节点的互操作性，并有可预测性和电磁兼容特性(EMC)。

LIN规范包括：LIN协议规范部分。LIN配置语言描述部分。LINAPI（应用程序接口）部分。一、LIN通信协议标准第3节局部连接网络

LIN协议是根据ISO／OSI参考模型的数据链路层和物理层，实现任何两个LIN设备的互相兼容。二、LIN特点第3节局部连接网络单主机多从机组织，即没有总线仲裁。从节点无振荡器的自同步功能。系统配置灵活。保证延时和信号传输的正确性。故障节点的检测功能。数据传输速率为20kbit／s。可选的报文帧长度为2、4和8字节。基于UART／SCI接口的廉价硬件实现。带时间同步的多点广播式发送／接收方式，从机节点无需石英或陶瓷谐振器。数据累加和校验和及错误检测功能。廉价的单总线结构。廉价的单片元器件。传送途径为廉价的单线传送方式，最长可达40m。三、LIN与CAN的比较第3节局部连接网络

指标网络LINCAN媒体访问控制方式单主方式多主方式典型总线传输速率∕（kbit/s）2.4～19.662.45～500信息标识符∕bit611/29网络典型节点数/个2～104～20位/字节编码方式NRZ8N1(UART)NRZw/位填充每帧信息数据量/B2,4,80～8每4字节的发送时间/ms3.5(20kbit/s时)0.8（125kbit/s时）错误检测8位累加和15位CRC物理层单线，13.5V双绞线,5V石英/陶瓷振荡器主从节点需要,从节点不需要每个节点需要网络相对成本0.51LIN和CAN主要特性对比三、LIN与CAN的比较第3节局部连接网络

LIN和CAN控制器特性对比节点参数网络传输速度/kbit/sCPU时钟/MHzCPU/%存储容量flash/ROM/B存储容量RAM/BLIN16bit主节点19.2410120025LIN8bit从节点(无振荡器)19.241575022LIN8bit从节点(带振荡器)19.24665020CAN16bit节点1258153000150一、LAN的构成第4节汽车车载局域网

汽车内部采取基于总线形式的网络结构，可以信息共享，减少布线，降低成本，提高总体可靠性。CAN等通信协议的开发使多个LAN，可通过网关(智能服务器)进行数据通信，实现整车的信息共享和网络管理。G/W-网关ECS-ECU或电子控制系统一、LAN的构成第4节汽车车载局域网

采用LAN汽车的特点：汽车电子控制系统只需1根通信电缆，减少线束连接，减轻汽车质量。电子控制系统的扩展性强，增加电控装置时几乎不需要对原有局域网的软件和硬件作任何改动。电子控制系统部件数量减少，使汽车的可靠性增加。可实现实时故障诊断、测试和报警，实现集中显示、历史查询和故障自诊断等功能，使汽车具有准行驶记录仪功能。一、LAN的构成第4节汽车车载局域网

LAN的类型：LAN名称通信协议名称通信速度/bit/s应用车内网络CAN动力与传动、车身系统控制用LAN协议（CAN）1000动力与传动系统、车身系统，欧洲汽车采用

VAN车身系统控制用LAN协议1000车身系统，美国汽车采用

LIN车身控制用LAN协议，液压控制组件专用LAN协议20主要用于开关与操作系统，欧洲汽车采用

SAEJ1850D2B/Optical车身系统控制用LAN协议音频系统通信协议10.45600车身系统，美国、日本及欧洲汽车采用车外网络MOST信息系统通信协议22500无线通信系统，BMW7系列轿车、奔驰E系列轿车采用一、MOST的特点第5节MOST总线

随着人们对车载娱乐系统功能、信息服务功能及通信功能需求的不断提高，车载信息娱乐装置的数量和复杂程度的不断增加，汽车传输数据、声音或音像时的数量越来越大，传统网络已无法满足需求。MOST利用一根光纤，最多可以同时传送15个频道的CD质量的非压缩音频数据。在一个局域网上，最多可连接64个节点。保证低成本的条件下，达到24.8Mbit／s的数据传输速率。

MOST将音响、电视、全球定位系统及电话等设备互连起来，给用户带来了极大的便利。二、MOST的基本结构第5节MOST总线

MOST节点结构：MOST网络有集中管理和非集中管理两种模式；MOST网络由MOST连接机制、MOST系统服务和MOST设备三个方面决定。

二、MOST的基本结构第5节MOST总线

MOST设备：连接到MOST上的任何应用层部分都是MOST设备。MOST设备包括节点应用功能块、网络服务接口、发送器／接收器