车载网络系统的检修 概述 1 车载网络应用的目地解决由于汽车上大量应用电子装置带来的问题 1 汽车电子电器数量过多 2 系统过大 3 冗余度高成本增加 4 技术效益低下 图1传统信息传输 每个信息都需要一个独立的数据线传输 图2网络信息传输 所有信息都通过两根数据线进行交换 一 车载网络系统的组成网络节点 模块 通信线路 软件及协议解释 各种控制模块 网关 智能传感器 通信线路 不同子网 拓扑结构 支持各节点工作的软件 通信协议 第一部分车载网络的基础知识 一种电子装置 简单 智能传感器 复杂 微处理器 电控单元 微处理器 实现某种自动控制功能 网关 微处理器 实现不同子网之间的数据传输 数据管理 智能传感器 具备上网功能 1 节点 模块 电控单元的构成 组合式CAN控制器 独立式CAN控制器CAN控制器嵌入到微控制器中 CAN控制器独立于微机控制器 目前 发展趋势是CAN接口 收 发器 微控制器集成到一个芯片上 成本低 微控制器对CAN控制器的读写时间比独立CAN控制器要小 速度快 系统可靠性高 集成式CAN控制器 节点之间传递数据的通道 串行传递 单线制 光缆双线制 两条数据总线绞在一起的 2 通信线路 数据总线 3 网络 为了实现信息共享 用通信线路把多个节点连在一起 形成一个有规则的网 总线结构环状结构星形结构等 通信实体双方控制信息交换规则的集合 要实现车内ECU之间的通信 必须制定规则保证通信双方能相互配合 即通信方法 通信时间 通信内容双方同时遵守的一组规定和规则 4 通信协议 5 总线速度 1 波特率 每秒传输的码元数 2 比特率 每秒传输的二进制位数 如果一个码元只携带一个比特的信息 则波特率和比特率在数值上相等 在总线上某一时刻若有两个节点同时发送数据 则这两个数据将会在总线上发生 冲突 为了避免冲突产生 就要有一个解决 争用 总线的方法 以使各节点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据而不发生冲突 这正是介质访问控制方式的管理机制 CSMA CD是 载波侦听多路访问 冲突检测 CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetect 的缩写 是一种总线常见的访问控制方式 6 总线介质访问控制方式 SAE将车载网络划分为A B C三个级别A级速率 1 10kb s 主要应于电动门窗 座椅调节 灯光照明等控制 B级速率 10 100kb s 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 C级速率 最高可达1Mkb s 主要用于悬架控制 先进发动机控制 牵引控制 ABS等系统 二 车载网络的分类 1 SAE 美国机动车工程师学会 A类 面向执行器 传感器的低速网络B类 面向模块间数据共享的中速网络C类 面向多路 实时闭环的高速网络D类 面向信息 多媒体系统的网络E类 面向乘员的安全系统 分类依据 功能和速率 二 车载网络的分类 2 车载网络传输速度 典型的现代汽车车载网络 VehicleLAN 车载局域网 A类网络的特点 适用于对实时性要求不高的场合 主要应用于电动门窗 座椅调节 灯光照明等控制 位速率一般小于10Kbps bit 比特 为网络数据计量单位 bps 是 bitpersecond 每秒传输数据 的简写 为网络数据流量单位 512Kbps 也就代表 512Kbit 秒 的数据流量 byte 为文件字节单位 1个byte 8个bit 现有A类网络协议 A类网络协议之LIN协议 提高汽车上分层 多路复用网络的性能 降低汽车电子控制装置开发 生产以及诊断服务的成本 2003年 全世界新生产的汽车平均每辆会有3 10个LIN节点 LIN目前仍处于发展阶段 但已广泛地被世界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受 有望成为A类网络的世界标准 即A类网的主流协议 车身控制A类网络总线结构图 图 B类网络的特点 主要面向独立模块间的数据共享 适用于对实时性要求不高的场合 以减少冗余的电子部件 主要应用于车辆信息中心 故障诊断 仪表显示等方面的控制 位速率一般在10 125Kbps 现有B类网络协议 ISO11898 3 VAN J1850性能比较 B类网络的主流协议 过去十年间 CAN ISO11898 3 SAEJ1850以及VAN VehicleAreaNetwork 在车身网络中得到了广泛的应用 随着汽车网络技术的发展 目前及未来的B类网络主流协议将是 CAN ISO11898 3 中国 C类网络协议的特点 主要面向高速 实时闭环控制的多路控制多路传输网 主要用于动力系统等对实时控制及可靠性要求较高的场合 位速率可达1Mbps X By Wire系统传输速率可达10Mbps以上 C类网络协议及应用情况 ISO11898 2 TTPTM C FlexRay性能比较 X by Wire系统 C类网络协议的主流协议 目前 C类网络中广泛应用于动力与传动系统控制与通讯的协议标准为 ISO11898 2 未来应用于X By Wire系统的主要协议为 TTPTM C Time TriggeredProtocol FlexRay D类网络协议的特点及分类 该类网络统称智能数据总线 IntelligentDataBus 主要面向信息 多媒体系统等 根据SAE分类 IDB C 低速 IDB M 高速 和IDB Wireless 无线通讯 D类网络协议的位速率在250Kbps 400Mbps之间 IDB C SAEJ2366IDB M D2B MOST IDB1394等IDB Wireless Bluetooth 蓝牙 D类网络协议的比较 E类网络协议及使用情况 E类网络主要面向乘员的安全系统 应用于车辆被动安全性领域 E类网络协议的比较 不同版本的CAN可以通过网关取得互连 而网关就是具备不同网络协议之间信息转换能力的单片机 网关 车上用了很多的总线和网络 所以必须用一种有特殊功能的计算机达到信息共享和不产生协议间的冲突 实现无差错数据传输 这种计算机就叫做网关 4 不同版本通信协议的互联 仪表内的Gateway 自动变速箱控制单元J217 舒适系统中央控制单元J393 Controlunitfor4LVJ537 仪表内的诊断接口J285 空调控制单元E87 Datatelegram Gateway的作用是使所有连接在CAN总线上的控制单元实现数据交换驱动总线舒适总线和显示总线 信息娱乐总线 因为这几种总线的传输速度是不同的 所以不能直接进行数据交换 CAN数据总线网络 网关 第二部分典型总线系统分析 一 CAN总线CAN ControlAreaNetwork 总线是德国Bosch公司从80年代初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 是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络 SSP 41 ControllerAreaNetwork wasdevelopedbytheRobertBOSCHcompanyin1983asabussystemforcars CAN总线 网络控制单元数据交换 CAN总线的特点传输速度快相关控制单元可共用传感器更少的线束 更小的控制单元 节省了空间 CANdatabusnetwork CAN ControllerAreaNetwork 两根数据线缠绕可防止电磁干扰 CAN总线 举例AudiA42001 CAN 驱动500kBaudCAN 舒适100kBaudCAN 信息娱乐100kBaud 三条数据总线 CAN数据总线网络 连接部件 驱动CANbus 舒适CANbus 显示 信息娱乐 CANbus 发动机控制单元 自动变速器控制单元 ESP控制单元 安全气囊控制单元 氧传感器 美国 转向角度传感器 转向柱电气控制单元 多功能方向盘控制单元 汽车电气控制单元 座椅调节控制单元 停车辅助控制单元 挂车识别控制单元 空调控制单元 驻车加热控制单元 轮胎压力监控控制单元 舒适系统中央控制单元 语音输入控制单元 卡片阅读器 远程通讯 电话控制单元 车载电话控制单元 收音机 导航系统控制单元 导航 电视等 导航系统接口 二 LIN总线 局部连接网络LIN LocalInterconnectNetwork 是一个汽车底层网络协议 其目的是给出一个价格低廉 性能可靠的低速网 在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议 并逐渐取代目前各种各样的低端总线系统 典型的LIN总线主要应用在汽车的车门 座椅 空调 照明灯等 LIN可以使那些机械元件 如智能传感器 制动器或光敏器件得到较广泛的使用 这些元件可以很容易地连接到汽车网络中 并且维护和服务十分方便 用LIN实现的系统中 通常用数字信号量替换模拟信号量 这样将使总线性能优化 局部连接网络 LIN CAN 驱动 LIN 新鲜空气鼓风机 轮胎气压监控 ILM 司机侧 轮胎气压监控天线 空调 轮胎气压监控天线 脚坑辅助加热 转向柱开关模块 多功能方向盘 PTC 加热 LIN 空调 LIN 轮胎压力控制 high Variante 雨刮控制 安全气囊 座椅占用识别 USA ILM 后 LIN 安全气囊 防盗装置喇叭 内部监控 LIN 防盗报警装置 CAN 舒适 主控制器控制总线和协议控制 哪些信息在哪个时间通过总线被发送把LIN BUS和CAN BUS连接起来承担完整的故障处理及诊断 从控制器最多16个从控制器接收或传送与主控制器的查询或指定有关的数据 LIN Bus里的通讯只能借助主控制器 LIN Bus数据总线 主从控制器原理 LIN和CAN的比较 在车上网络中 LIN处于低端 与CAN以及其他B级或C级网络比较 它的传输速度低 结构简单 价格低廉 在汽车上 与这些网络是互补的关系 由于汽车产品包括部件和整机 对价格和复杂性非常敏感 在汽车网络系统低端使用LIN会显现其必要性和优越性 LIN和CAN协议主要特性的对比见表 LIN和CAN的比较 LIN和CAN控制器特性对比见表 二 MOST总线 MOST总线是由汽车工业协会在1999年制定的一种高速媒体总线 主要应用在车载 orjt 多媒体设备上 它为用户提供了一种低成本的标准媒体接口 MOST总线是一种以光纤作为物理载体的环形总线 它能够传输最高达25Mbit S的数据流 具备MOST总线接口的设备可以方便的挂接到总线上或从总线上去除 由于它是以光纤为载体的总线系统 所以它大大的提高了车载设备的信号传输质量 并且大大减轻了车内线束的质量负担 多种基于光纤传导的媒体总线系统 例如D2B总线 MOST总线 IDB1394总线等 这其中 最有可能成为汽车媒体总线标准的当属MOST总线 媒体系统数据交换总线 MOST K Box Radio Sprachdialog system 带DVD的导航 MOST 网关 电话 紧急呼叫 数字音响广播 DAB 通讯盒 收音机 语音操作系统 电视调谐器 CD 转换器 带CD的导航 主单元 特征传输率21 2MB光纤传输实现声音和图象数据的传输环形结构点火开关关断后要求 环路断路影响所有功能 在环断路诊断和衰减仪的帮助下进行故障查找 数字音响处理 要按照实际的环路描述 MOST总线上设备的连接方式 MOST总线有以下特点 1 高速网络 MOST总线最高时能够传输高达25Mbit S的同步 非同步信号 这个速度能够满足大多数媒体设备的要求 2 抗干扰 MOST总线采用光纤作为物理介质 这就大大的降低了传输时受到的其他电气设备电磁干扰从而大大提高了信号的信噪比 3 更轻的质量 MOST总线的物理结构决定了挂在MOST总线上的设备间通信不需要再增加其他连接方式 所有的设备都通过光纤连接 大大的减轻了传输介质的质量 4 更大的灵活性 MOST总线的逻辑特性决定了总线上只有一个主节点 其他节点可以根据情况灵活的挂接或去除 所有的从节点在享用总线的地位上是平等的 并且MOST总线具有故障检测的协议 当总线上的主节点出现错误无法工作时 根据预先的设置 会有一个从节点自动承担主节点的工作 保证网