汽车车载网络技术

1、汽车车载网络技术,主讲人：,车载网络技术,由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH公司开发了一种设计先进的解决方案CAN数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。,车载网络的由来,车载网结构,常用的拓扑结构有三种：总线型、环型和星型,2、环形,1、总线型,3、星型,典型车载网络的结构,典型车载网络的结构,典型车载网络系统由：动力系统、车身系统、信息系统及网关组成。,常用通信协议形式,CAN

2、、 LIN、 VAN 、MOST等,控制器局域网（CAN）,CAN简介,控制器局域网（CAN Controller Area Network）是一个具有很高安全等级的支持分布式实时控制的串行通讯网络，它最初出现在80 年代末的汽车工业中，其基本设计规范要求有高位速率、高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。CAN 的应用范围很广，从高速网络到低速网络都可以使用CAN，如用于汽车发动机电控单元、ABS 电控单元、传感器等的CAN 总线系统，其传输速度可1Mbit/s，而用于电动车窗电控单元的CAN 总线系统，其传输速度不超过125Kbit/s。,CAN收发器: 安装在控制器内部，同时兼具接

3、受和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线； 数据传输终端：是一个电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，影响数据的传输； 数据传输线：双向数据线，由高低双绞线组成。,CAN系统组成,CAN数据传输,CAN数据总线可以比作公共汽车。公共汽车可以运输大量乘客，CAN数据总线包含大量的数据信息。,CAN总线,CAN数据总线的数据传递类似于电话会议 对这个数据感兴趣的用户就会利用该数据，而其他用户则选择忽略,CAN数据总线传输数据类型,1、数据帧：携带数据由发送器至接收器 2、远程帧：通过总线单元发送，用以请求发送具有相同标识符的数据帧 3、错误帧：任何单元一旦检测发现总

4、线错误就发送出错帧 4、过帧：用于提供当前的和后续的数据帧或远程帧之间的附加延迟,报文传输由以下 4 个不同的帧类型表示和控制,数据帧,数据帧由 7 个不同的位场组成，即：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结束。数据场的长度可为0。数据帧组成如图所示。,数据帧的组成,1、帧起始： 标志数据帧和远程帧的起始，由一个单独的“显性”位组成。只在总线空闲时，才允许站开始发送信号。 2、仲裁场： 由标识符和远程发送请求位（RTR）组成。标识符的长度为11 位，这些位的发送顺序是从ID-10 到ID-0，最低位是ID-0，最高的7 位（ID-10ID-4）必须不是全“隐性”。RTR 位

5、在数据帧中必须为“显性”，而在远程帧中必须为“隐性”。 系统规定：具有最高优先权的数据先发送，标识符的二进制数值越小，其优先权越高。 例如：发动机控制单元，ABS控制单元，自动变速器控制单元向总线发送数据时，三者仲裁场的标示符分别为010 1000 0000、001 1010 0000、100 0100 0000，由于ABS控制单元的标识符最小，系统就优先发送ABS控制单元发动的数据。,3、控制场： 控制场由 6 个位组成，数据长度码和两个将来扩展用的保留位，这两个保留位必须发送“显性”电平，但是接收器认可“显性”和“隐性”位的全部组合。,数据长度码指示了数据场的字节数目。数据长度码为4 位，

6、在控制场中被发送。,数据长度码中数据字节数目编码,备注：数据帧中允许的数据字节为0,1,2,3,4,5,6,7,8。其它的数值不允许使用。,4、数据场： 数据场由数据帧中被发送的数据组成，它可以为 08 个字节，每个字节包括8 位（最大为64位）。 那么数据场是如何表示数据的呢？例如要表达节气门开度信号，系统可以用2个位表示4个节气门开度位置，用3个位表示8个节气门开度位置。如下图,2个位表示的节气门开度,3个位表示的节气门开度,5、CRC场： 由16位组成，用来检测传递数据中的错误。 6、应答场： 由2位组成，在应答场期间接收器通知发送器已经正确接受到数据。 7、结束场 结束场标志数据报告的

7、结束，由7个隐形位组成。,1、多主通信 在总线空闲的时候，所有节点都可发送报文。 2、仲裁 在两个节点同时发送报文的场合下，利用标识符可以决定优先顺序，以比特为单位对对各报文的ID进行仲裁，仲裁获胜的节点继续发信，仲裁失败的节点立即停止发信并转为收信状态。 3、系统的灵活性 与总线相连的节点没有节点地址信息，因此向总线追加节点的时候，就没有必要更改与总线相连的其他节点的软件、硬件及应用层。 4、通信速度 可以根据网络的规模设定通信速度。同一个网络内部，对所有节点来说，必须设定相同的通信速度。通信速度不同的节点连到一起时，节点就会出错，阻碍通信,CAN协议的特点,5、可要求远程数据 在发送远程帧

8、时，可对其他节点提出发送数据要求。 6、错误检测功能 7、故障的设定 在总线上的数据连续产生错误的场合下，CAN将产生错误的节点从总线上切除。 8、连接 CAN总线同时可以连接许多单元的网络。通信速度低，可以连接较多的单元，提高通信速度时，可以连接的单元数量将减少。,LIN系统,LIN协议简介,Linbus是内部网络的缩写。所谓汽车中的内部网络是指所有的控制单元都在一个总成内（如空调等），并且有主控制器和子控制器之分，整个总成内（主控制器和子控制器，子控制器和子控制器）信息都由Linbus相连，然后由主控制器通过Canbus与外界相连。Linbus是CANBUS的子网。,LIN协议的主要特征,

9、LIN协议的基本特征,1、电磁兼容性不受控制； 2、无休眠机制，其能耗不可控； 3、不能进行诊断。,车载网络系统应用,一、大众车系车载网络系统,（一）发展,1、大众公司首次在97年PASSAT的舒适系统上采用了传送速率为62.5Kbit/m的Canbus。 2、98年在PASSAT和GOLF的驱动系统上增加了Canbus，传送速率为500Kbit/m。 3、2000年，大众公司在PASSAT和GOLF采用了带有网关的第二代Canbus。 4、2001年，大众公司提高了Canbus的设计标准，将舒适系统Canbus提高到100Kbit/m, 驱动系统提高到500Kbit/m。 5、2002年，大

10、众集团在新PQ24平台上使用带有车载网络控制单元的第三代Canbus。 6、2003年，大众集团在新PQ35平台上使用五重结构的Canbus系统，并且出现了单线的LIN-BUS。,（二）大众车载网络系统类型,由于汽车不同控制器对CAN总线的性能要求不同，因此最新版本的CAN总线系统人为设定为5个不同的区域，分别为驱动系统、舒适系统、信息系统、多功能仪表、诊断总线等5个局域网。,（三）子局域网传输速率表,Canbus驱动系统由15号激活, 速率是所有Canbus中最高达到500 kBit/s，采用终端电阻结构，其中心电阻为66欧姆（发动机电阻）；并且高低Canbus线为环状结构，即任一根Canb

11、us线断路，则Canbus无法工作。,（四）驱动系统CAN总线,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=3.5V Can-low=1.5V 逻辑“0”： Can-high=2.5V Can-low=2.5V,1、驱动CAN总线信号传递为了提高数据传递的可靠性，CAN总线系统的两条导线分别用与不同的数据传送。,（五）舒适系统CAN总线,Canbus舒适系统由30号激活, 速率达到100 kBit/s，没有终端电阻

12、，且高低Canbus线分离，即任一根Canbus线断路，Canbus工作不受影响。,舒适系统的Canbus信号和驱动系统有很大区别： Can-High的高电平为：3.6伏 Can-High的低电平为：0伏 Can-Low 的高电平为: 5伏 Can-low 的低电平为：1.4伏 逻辑“1”：Can-high=3.6V Can-low=1.4V 逻辑“0”：Can-high=0V Can-low=5V,（六）网关,由于不同区域Canbus总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关(Gateway)来完成。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。,（六）诊断总线,诊断总线是用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换，它被用来代替原来的K线或者L线的功能。,诊断总线,网关,仪表总线 驱动总线 舒适总线 信息总线,诊断接口端子含义,（