6.1 汽车车载网联系统简介

6.1汽车车载网络系统简介一、车载网络系统的应用背景

随着对现代汽车性能要求的不断提高，汽车电器和电子控制装置在汽车上的应用也越来越多，例如电子燃油喷射系统（EFI）、防抱死制动装置（ABS）、电控自动变速器（EAT）、安全气囊（SRS）、电动门窗装置、主动悬架等。使得汽车上的电控单元数量越来越多，线路也越来越复杂，传统的点到点布线方式使汽车上的导线数量成倍增加，汽车线束越来越庞大。而复杂和凌乱的线束使电气线路的故障率增加，降低了汽车电器和电子控制装置的工作可靠性。当线路发生故障时，诊断维修起来也很困难，这在一定程度上影响了电子控制技术在汽车上的应用。

为了监控汽车电子系统的工作状况、满足排放法规要求、解决信息共享、减少布线引起的麻烦,汽车网络技术得到了开发和完善,逐步形成了汽车车载局域网络系统,即CAN系统。随着汽车技术的发展，在汽车上采用计算机微处理芯片的数量越来越多，众多芯片组成了功能强大的各类控制模块、图列出了部分模块这些控制模块在车用电脑ECU的统一控制下使现代汽车电子设备构成了一个功能完善的局域网络，为多个处理器之间相互联接、协调工作及共享信息创造了条件也为与外界的信息交流创造了条件。

一、车载网络系统的应用背景

除了以上因素外，汽车电子控制装置的大量使用，有些数据信息需要在不同的控制系统中共享，大量的控制信号也需要实时交换，以提高系统资源的利用率和工作可靠性。很显然，如果在大量采用电子装置的汽车上仍然用传统的点到点的连接方式，信息传输的可靠性、传输速度均会显现不适应性，信息传输材料的成本较高。

为了简化线路，提高信息传输的速度和可靠性，降低故障率，汽车网络信息技术应运而生。一辆汽车不管有多少块控制单元，每块控制单元都只需引出两条线共同连接在两个节点上，这两条线就称作数据总线，又称为网线。由这类网线将汽车上的各种电子控制单元连接起来，就形成了汽车的信息传输网络系统。汽车网络信息传输方式如图6-1所示。二、车载网络系统的功能与特点

车载网络是为了在提高性能与控制线束数量之间寻求一种有效的解决途径,在20世纪80年代初,出现了一种基于数据网络的车内信息交互方式。车载网络的分类有两种方式：一种是基于传统的SAE总线分类，另一种是新型专用总线。

(1)具有多路信息传输功能。

该功能可以使数字信号通过共同的传输线路进行传输，系统工作时，由各个开关发送的输入指令或传感器检测到的各种信息，先送到中央处理器（CPU）进行A/D转换、处理，得到的数字信号以串行信号的方式通过上述的共同传输线路传输给相应的电子控制单元（如发动机ECU），由该电子控制单元将接收到的数字信号处理成为执行指令，并进行相应的动作。图6-2为常规线路，图6-3为多路传输电路。1．车载网络的定义2．车载网络系统的功能二、车载网络系统的功能与特点

(2)具有“唤醒”和“睡眠”功能。

该功能可以大大减少在断开点火开关后蓄电池电能的额外消耗。当系统处于“休眠”状态时，多路传输通信系统将停止该系统的信号传输和CPU控制等功能，以节约蓄电池电能；而当系统一旦有人为操作时，处于“休眠”状态的有关控制装置立即开始工作，同时还将“唤醒”信号通过传输线路发送给其它控制装置。

（3)具有失效保护功能。

它包括硬件失效保护和软件失效保护两种功能。当系统的中央处理器（CPU）发生故障时，硬件失效保护功能时期以固定的信号进行输出，以确保车辆能继续行驶；当系统某控制装置发生故障时，软件失效保护功能将不受来自有故障的电子控制单元信息的影响，以保证系统能继续工作。

（4)具有故障自诊断功能。

该功能有两种模式，及多路传输通信系统的自诊断模式和各系统输入线路的故障诊断模式。这两种模式既可以对自身的故障进行自诊断，同时也可以对其它电子控制单元进行故障诊断。二、车载网络系统的功能与特点

(1)使电气线束导线数量大大减少。

由于用一根或两根数据总线替代了多根导线，减少了导线的数量和线束的体积，简化了整车线束，使线路成本和重量都有所下降。

(2)可靠性得到提高。

线束导线数量的减少必然使线路的连接点大大减少，由此带来的好处是信号传输的可靠性得到提高，也大大降低了整车的故障发生率。

(3)电源配置系统发生了变化。

采用了车载网络信息传输方式后，可以使各个用电设备采用模块化控制，由此可以使电源系统的熔断器和继电器的使用数量大为减少。也使增加或减少用电设备变得十分简单。例如，为了满足某种车型的需求，需要在基本车型前面增加一个照明装置，只需在车前照明控制单元输出端接上该照明装置，在模块的输入端接上一个开关，再在软件上做一些调整即可，对整车线束不用做任何改动。如图6-4所示。3．车载网络的系统特点

(4)实现了数据共享。

由于各种电子控制单元的数据发送与接收是在共同传输线路的同一根总线上，这种网络结构将各控制系统紧密连接，达到数据共享的目的，各控制系统的协调性可进一步提高。例如，具有CAN接口的电控发动机系统提供的温度、转速、节气门位置等信息，可以通过CAN借口让其它系统共享，其它系统就没必要重复去采集这些信息。

(5)改善了系统的灵活性。

具有信息传输网络系统的车辆，通过对系统软件进行相应的改动，就可以实现某一系统控制功能作相应的的改变，这对于系统的随时升级带来了极大的灵活性。

（6)延长了元器件的使用寿命。

由于采用总线技术的车辆在某一用电设备负荷增大到一定程度时，系统能够及时发现并自动使其退出工作状态。这种主动保护方式消除了只有单一的熔断器熔断的被动保护方式，可以有效地防止元器件的早期损坏，延长了元器件的使用寿命，因此也降低了故障率。

（7)控制开关的作用发生了改变。

在采用总线控制的车辆上，控制开关的作用不再是串联在电路中，而是并联在输入模块的输入端子上，起着类似开关型传感器的作用，如图6-4所示，通过开关的电流很小，因而大大延长了开关的使用寿命和制造成本。

（8)方便了车辆维护。

汽车的信息传输网络系统具有强大的存储功能，可以将检测到的故障以代码的方式储存起来，供维修人员借助检测仪器在通用的诊断借口调用，为车辆的故障诊断提供了极大方便。

目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同，为方便研究和设计应用，SEA车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C类，还有MOST型等四种类型。

三、车载网络系统的类型与结构1.A类网络

A类网络主要面向传感器、执行器控制的低速网络，传输速率一般在1kbit/s—10kbit/s，网络协议种类主要有LIN、UART、CCD等，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、中央门锁、后视镜、座椅调节、灯光照明及早期的汽车动力系统故障诊断。图6-5为典型A类网络系统应用实例。

面向独立模块间数据共享的中速网络，适用于对实时性要求不高的场合，传输速率一般为10kbit/s～100kbit/s，网络协议主要有IS011898-3(容错CAN：ControllerAreaNetwork)、J2248、VAN(VehicleAreaNetwork)和J1850(OBDⅡ)等。该类网络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。从目前汽车网络技术的使用和发展来看，B类网络主流协议是CAN(ISO11898-3)。B类网络系统的应用实例如图6-6所示。

2.B类网络

主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高传输速率可达1Mbit/s以上，网络协议种类主要有ISO11898-2(高速CAN)、TTP(Time-TriggeredProtocol)／C和FlexRay等主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。到目前为止，C类网络中广泛应用于动力与传动系统控制及通信的协议标准是高速CAN。三类网络功能均向下涵盖，即B类网支持A类网的功能，C类网能同时实现B类和A类网的功能。图6-7为CAN总线的C类网络系统结构。

3.C类网络

目前市场上已开发出一种MOST标准网络，做音视频娱乐通信，它是基于光纤通信协议，传输速率可达20多兆，一些顶级车上已有应用。目前做MOST总线很复杂，MOST网关需用支持多媒体32位MCU实现，并需要大量16位单片机做每个子系统控制，它应用还需汽车厂商、汽车电子厂商共同推动。

未来整个网络将是CAN、LIN、MOST三网合一整体。MOST负责音视频，CAN负责重要电子控制单元，如发动机、ABS、安全气囊等，LIN负责次要电子控制单元，如门窗、车灯等。X-by-Wire技术推动也将缔造如此堪称“完美”网络组合。A级目前首选的标准是LIN总线；B级网络的国际标准是CAN总线；C级未来会使用到具有高速实时传输特性的一些总线标准和协议，包括采用时间触发通信的X-by-Wire系统总线标准和用于安全气囊控制和通信的总线协议、标准；D级主要标准是DDB和MOST。

按汽车局域网的发展趋势，CAN的C类网络将逐步普及并占主导地位。

4.NOST网络

四、汽车车载网络CAN总线技术1.车载网络的发展随着汽车三大系统（动力系统、舒适系统、信息娱乐系统）中各种电控系统的不断增加，汽车电气系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。从布线角度分析，传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样会有庞大的布线系统。然而，驾驶室的空间是有限的，这样必然造成庞大线束与驾驶室内可用空间之间的矛盾。20世纪80年代末的汽车工业中，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通信越来越复杂，同时意味这需要更多的信号连接线。德国Bosch公司和Intel公司研制了专门用于汽车电器系统的总线-控制器局域网（Controller

Area

Network）规范，简称CAN。提出CAN总线的最初动机就是为了减少解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通信而不断增加的信号线。于是设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件都可以被挂接在该总线上。

到2000年以后，随着车载网络的进一步细分，低端的LIN网络产生。

四、汽车车载网络CAN总线技术2.CAN简述控制局域网CAN(ControllerAreaNetwork)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应用开发的一种通信协议。在国外，尤其是欧洲，CAN网络已被广泛地应用在汽车上，如BENZ、BMW、PORSCHE、ROLLSROYCE、JAGUAR等车系。3.汽车对通信网络的要求现代汽车典型的控制单元有电控燃油喷射系统、自动变速器电控系统、防抱死制动系统(ABS)、防滑控制系统(ASR)、废气再循环控制、巡航系统等。

四、汽车车载网络CAN总线技术在一个完善的汽车电子控制系统中，许多动态信息必须与车速同步。为了满足各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。但每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。例如，一个8缸柴油机运行在2400r/min，则电控单元控制两次喷射的时间间隔为6.25ms。其中，喷射持续时间为30°的曲轴转角(2ms)，在剩余的4ms内需完成转速测量、油量测量、A/D转换、工况计算、执行器的控制等一系列过程。这就意味着数据发送与接收必须在1ms内完成，才能达到柴油机电控的实时性要求。这就要求其数据交换网是基于优先权竞争的模式，且本身具有极高的通信速率，CAN现场总线正是为满足这些要求而设计的。

四、汽车车载网络CAN总线技术4.CAN系统的组成数据总线由控制单元、收发器、数据传输终端和数据传输线等构成，如图6-9所示。数据传输终端是一个终端电阻，防止数据在导线终端被反射产生反射波，反射波会破坏数据。在驱动系统中，它接在CAN高线和CAN低线之间。标准CAN-BUS的原始形式中，在总线的两端接有两个终端电阻。（1）数据传输终端

四、汽车车载网络C