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1、汽车新技术论文东风雪铁龙汽车车载网络系统的性能分析及应用1 绪论1.1 电子控制技术在汽车上的广泛应用汽车是人类发明的最重要的交通工具之一，无论是空运、水运还是铁路运输，之前、之后都离不开汽车的驳运。由于其机动灵活，适应性强，数量最多，最普及，活动范围最广，具有可以实现“门对门”的直达运输、迅速及时、服务性强等突出优势，并且已是人们日常出行的常用交通工具。因此，它很快就成了世界交通运输之首。自从1886年，德国人卡尔本茨发明第一辆汽车，1903年亨利福特创办第一家专业汽车制造厂，至今汽车生产已有一百多年的历史了。一百多年来，汽车工业从无到有，从小到大，迅猛发展，汽车技术日新月异，汽车产量与日俱

2、增。汽车已为世界经济的发展，为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响。但是，汽车工业为社会创造出巨大财富的同时，随着全球汽车保有量的飞速增长，汽车带来的负面影响也日益突出，尤其是大气环境污染，能源危机和交通事故等，这些日益严重的问题已严重地影响了人类的生存与发展。从20世纪60年代起，美国、日本及欧共体等发达国家，相继制定颁布了汽车排放、汽车油耗及防止汽车交通事故的安全法规等限制性法规，各国也相继效仿，制定出类似法规。随着社会的发展，科技的进步，这些法规又经过了不断的修改，其标准越来越严格，采用传统的常规方法已无法达到新的标准，必须采用更先进的技术或方法来实现。20世纪70年代，为了解决汽

3、油机的节能和排放问题，开始采用电子控制的汽油喷射装置；80年代，进而扩展到采用电子控制的自动变速器、防抱死制动系统、安全气囊等，进一步解决了汽车的行驶性和安全性。目前，世界各国生产的轿车中已有99的采用了电子控制技术，经过30多年的发展，从最初发动机电子控制已经发展到了整车各个组成部分的电子控制。社会在发展，经济在提高，科学在进步，人们对汽车使用提出了更高的要求，21世纪的汽车控制技术已进入以电子控制技术为基础的智能化控制时代。现代汽车关注的清洁、节能、安全、舒适和操纵简便灵活五个主要发展方向将在智能化汽车中得到和谐的统一，智能化控制技术将把汽车的综合性能推上新的技术高点。现代轿车上的电子控制

4、技术或装置主要有：1.1.1 汽油发动机（1）汽油喷射控制；（2）点火正时控制；（3）怠速控制；（4）燃油蒸汽控制；（5）废气再循环控制；（6）进气惯性增压控制；（7）汽油泵控制；（8）二次空气喷射控制；（9）进气涡轮增压控制；（10）可变配气相位、气门升程控制；（12）警告提示控制；（13）故障自诊断；（14）失效保护控制等。1.1.2 柴油发动机（1）喷油量控制；（2）喷油正时控制；（3）怠速控制；（4）各缸喷油量不均匀的修正（怠速颤振控制）；（5）排气再循环控制；（6）进气节流控制；（7）进气涡轮增压控制；（8）进气涡流强度控制；（9）起动预热控制；（10）警告提示控制；（11）故障自诊

5、断；（12）失效保护控制等。1.1.3 底盘（1）电子控制自动变速器；（2）主动安全系统(ABS-EBD-ASR-ESP) ；（3）电控可变动力转向；（4）电控主动悬架；（5）自动巡航系统控制；（6）四轮转向系统控制等。1.1.4 车身（1）乘员保护系统控制；（2）自动空调系统控制；（3）灯光自动控制系统；（4）中央门窗控制；（5）防盗控制；（6）后视镜自动控制；（7）座椅自动控制等。1.1.5 信息系统（1）电子仪表系统控制；（2）车用导航系统控制；（3）辅助泊车系统控制；（4）车载信息系统控制；（5）娱乐系统控制等。 1.2 车载网络系统应用的必要性1.2.1车载网络系统应用的必要性当今汽

6、车不断地发生着重要的变化。为了满足客户对汽车舒适性不断提升的需求。汽车装备制造商充分发挥其想象力，制造出种类繁多的车载电子设备（如上所述）。 车载电子设备的增加带来的直接后果是：布线安装困难以及使汽车的整体重量增加。在某些情况下还会产生电磁兼容性问题。每10年汽车上电子设备的数量和复杂程度都会翻倍。因此，存在发生失效源的严重的风险。通常在一台高级轿车的仪表盘这个区域内，会使用超过100条的电线和相关接点，以实现仪表的显示和控制。在一些特殊的区域。比如车门和驾驶员座椅等处更是电线交错，简直到了泛滥的程度（有的高档车布置在车门内的电线多达50条以上）。世界各汽车制造商根据轿车使用的要求不同，生产的

7、轿车都不同程度的使用了以上的各种电控系统或装置，电控单元少则十几个，多则几十个，各种传感器甚至要更多。原来的分散控制不但传感器多，而且“点对点”的导线也很多，材料浪费，车辆自重的增加使油耗增加，并且使得在有限的汽车空间内布线越来越困难，限制了功能的扩展，更给维修工作带来了困难。为此，一些汽车制造商设计了完全集中控制的系统，把以上的各种功能或系统集中由一个控制单元控制，虽然紧凑而高效，同时原材料和油耗低，但是当电控单元出现故障则造成全车瘫痪。如何简化汽车信息交流的界面？如何在实现最佳安全性和舒适性的前提下限制电控单元数量？如何控制连接点的数量和导线数量？如何提高使用的可靠性？如何提高维修的方便性

8、呢？由于上述各种类型的控制各有优缺点，一旦网络在汽车上得到运用，就可发挥各种控制的优点，克服其缺点。采用网络技术后，不但共用所有传感器，还可以共用其它设备，如采用环形网控制几十个控制单元，即使个别控制单元出现问题，整车还可以继续运行。所以网络的运用不但增加了许多功能，而且还大大增加了可靠性。随着汽车电子控制单元以及汽车电子装置的不断增多，在汽车内部采用基于总线的网络结构，组成汽车车载网络，是一种既可靠又经济的做法。同时现代汽车基于安全和可靠性的要求，正越来越多地考虑使用电控系统代替原有的机械和液压系统。车载网络的应用，可以达到信息共享、减少布线、降低成本、减少油耗以及提高总体可靠性的目的。1.

9、2.2 维修人员了解车载网络系统的必要性车载网络技术是20世纪90年代后期才开始广泛应用的汽车新技术，国内汽车界直到近几年才对其有了较多的了解，但在广大汽车维修人员中，熟悉车载网络技术的技术人员较少。汽车维修人员不了解车载网络技术及诊断维修方法，遇到车载网络系统故障将一筹莫展。从事维修东风雪铁龙品牌汽车的读者通过对本文的阅读，能了解东风雪铁龙汽车所应用的车载网络技术、结构和检修方法。1.3 车载网络系统概述1.3.1 网络技术及应用概述到目前为止，计算机网络定义尚不统一，但较多的观点是：分布于各处的多个计算机在物理上互相连接，按照网络协议相互通信，以共享硬件、软件和资料等资源为目的的计算机系统

10、。上述定义强调计算机网络是在协议控制下，由通信系统实现物理上互相连接，达到共享资源的目的，所以，有的人也称计算机网络为计算机通信网。计算机网络的发展可分为3个阶段，即具有通信功能的单机系统、具有通信功能的多机系统以及计算机网络系统。计算机网络的用途是非常广泛的，对社会的影响也是巨大的。由于他的建立为信息和资源共享开辟了道路，形成新型的“网络信息服务”工业。例如，提供远程商品购置、新闻需求、电子邮政、远程医疗诊所、远程教育和训练以及电子金融等等各种服务。对每个人来说，可以坐在家里看电影、玩游戏、听音乐、网上购物、查资料（如查北京大学或世界上任何有名大学的学术资料）提供方便快捷的方式，更方便更便宜

11、的是在几分钟内甚至几秒内就可以把信（Email）送到世界任何角落中去，还可以通可视电话等等。1.3.2. 网络技术在汽车上的应用早在1968年，艾塞库斯就提出了利用单线多路传输信号的构想。80年代末，博世公司和英特尔公司研制了专门用于汽车电气系统的总线CAN规范，但因CAN总线要求每个端口都有单独的通讯处理能力，这在汽车电气系统一直很难办到。进入90年代，由于集成电路技术和电子器件制造技术的迅速发展，用廉价的单片机作为总线的接口端，采用总线技术布线的价格也逐渐进入了实用化阶段。目前，多路总线传输技术在国外早已成功地运用到各种名牌高档汽车上，如奔驰、宝马、保时捷、劳斯莱斯、美洲豹等。并且，现在已

12、向中低档汽车上迅速普及。比较高级的汽车上装有几十个微控制器，上百个传感器，这就给汽车进行网络应用提供了条件，而且解决了汽车一直存在集中控制和分散控制的矛盾。所谓分散控制就是汽车上的一个部件如点火或喷油，用一个微控制器进行控制，这是微机在汽车上应用的起始。后来又发展到汽车集中控制系统，他又分为：(1)完全集中控制系统如美国的通用汽车公司采用一个微机系统分别控制汽车防滑制动、牵引力控制、优化点火、超速报警、自动门锁和防盗等。(2)分级控制系统如日产公司的分级控制系统，他用1台中央控制计算器指挥4台微机，分别控制防滑制动、优化点火、燃油喷射、数据传输等。(3)分布集中控制是根据汽车的各大部分而进行分

13、块集中控制，如发动机、底盘、信息、显示和报警等几大件控制系统，如日本五十铃生产的汽车ITEC系统，他对发动机的点火、燃油喷射、怠速及废气再循环进行集中控制。上述各种类型的控制都有优缺点，但网络在汽车上应用后，就可发挥各型控制的优点，克服了他们的缺点。例如集中控制和分散控制的最大问题是可靠性问题，如完全集中控制，一旦微机出现故障全车瘫痪。采用网络技术后，不但共用所有传感器，还可以共用其他设备，如进行了环形网控制，几十个微机，即使个别出现问题，由于是环形结构网络，整车还可以正常运行。所以网络在汽车上的应用不但增加许多功能，而且增强了可靠性，这是汽车控制中的最重要的问题之一。汽车内部网络除具有一般网

14、络优点外，还应具有以下特点： （1）灵活的组成结构针对不同的汽车电子设备配置，无需对整个系统进行重新设计就可以使用，扩展容易。（2）系统构成方便本系统所用软硬件均是普遍流行的器件，设计人员易于进行开发和升级。（3）资料的一致性所有子系统均使用同一资料，不仅减少了传感器的使用，而且还由于资料的同一性提高了子系统的控制精度，解除了子系统采集、转换资料所带来的负担，提高了工作效率。（4）生产成本降低由于所需传感器、导线束及接插件的减少，导致生产成本降低和安装工作减轻。（5）提高功能的扩充由于大量资料的交换流通，使在不增加硬件的情况下提高、扩充子系统的功能成为现实。（6）使车载电子设备的自诊断成为现实

15、。汽车局域网的研究与开发在国内外都在进行，有的已取得成效。为适应汽车网络控制的需要，更好地在各控制系统之间完成交流信息、协调控制、共享资源及标准化与通用化，世界各国都正在积极合作，进行统一标准，共同研制。国外在网络标准的制定以及符合网络通信标准的微处理器、通信协议等方面都已经有了成果。网络标准方面的代表作有Bosch公司制定的控制器局域网络（CAN）协议和Intel推出的SAE J 18065网络标准。又如Philips，Intel，Motorola等公司推出了符合网络相关协议的微处理器产品。同时，为整合各种标准，一份有关汽车网络的国际标准正在国际标准化组织起草。1.4 国内、外车载网络系统应

16、用的现状1.4.1 在德国在德国，宝马汽车公司开发并应用了I-BUS协议的车载网络系统，大众汽车公司开发并应用了A-BUS协议的车载网络系统，博世公司开发了最著名的CAN协议的车载网络系统。1.4.2 在美国在美国，摩托罗拉公司设计开发了MI-BUS协议的车载网络系统，福特、克莱斯勒和通用汽车公司已设计开发并应用了J1850协议的车载网络系统。1.4.3 在日本在日本，丰田汽车公司已设计开发并应用了BEAN协议的车载网络系统。1.4.4 在法国在法国，标致-雪铁龙汽车集团与雷诺汽车公司和JAEGER公司联合开发了VAN协议的车载网络系统。1.4.5 在意大利在意大利， 菲亚特汽车公司与法国SG

17、S-THOMSON公司联合开发了ST-FIAT协议的车载网络系统。1.4.6 在国际间在国际间，由奥迪、宝马、戴姆勒-克莱斯勒、沃尔沃、大众、沃尔卡诺、摩托罗拉联合设计开发了LIN协议的车载网络系统。1.4.7 在中国在中国，各中外合资汽车公司都采用了外资方技术的车载网络系统，而以博世公司的CAN协议为最多。从国内车载网络的发展来看，我们已掌握了CAN应用关键技术。在2005年9月18日国家“十五”重大科技成就展在北京海淀展览馆向社会公众所有展示的新能源汽车全采用了自主研发基于CAN的车载网络。2 车载网络系统的结构和工作原理2.1车载网络系统的基本结构在汽车内部采用基于总线的网络结构，可以达

18、到信息共享、减少布线、降低成本以及提高总体可靠性的目的。通常的汽车网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网关服务器来实现整车的信息共享和网络管理（如图2.1所示）。2.2常见的网络基本术语要想了解汽车网络系统，我们首先要了解网络的一些基本的专用术语。例如网络、局域网、数据总线、现场总线、多路传输、模块/节点、网关、帧、传输速率、拓扑结构等。2.2.1 网络为了实现信息共享而把多条数据总线连在一起，或者把数据总线和模块当作一个系收音机车载电话CD播放电视模块导航系统发动机管理系统自动变速器ABS+ASC牵引控制系统仪表板网关子系统动力系统开关面板车门模块门锁电动窗后视镜车灯

19、系统诊断车身系统娱乐及媒体系统控制面板座椅模块传感器位置电机气囊控制空调控制控制面板图2.1 车载网络系统的基本结构统。从物理意义上讲，汽车上许多模块和数据总线距离很近，因此被称之为LAN(局域网)。摩托罗拉公司设计的一种智能车身辅助装置网络，被称之为LIN(局域互联网)。2.2.2 局域网局域网络是在一个有限区域内连接的计算机的网络，简称局域网。一般这个区域具有特定的职能，通过这个网络实现这个系统内的资源共享和信息通信。连接到网络上的节点可以是计算机、基于这微处理器的应用系统或智能装置。汽车上的局域网数据传输速度一般在10103KB/s范围，传输距离在几十米范围。2.2.3 数据总线数据总线

20、是模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。如果模块可以发送和接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线。汽车上的信息高速公路实际是一条导线，或许是两条导线。两线式的其中一条导线不是用作额外的通道。它的作用有点像公路的路肩，上面立有交通标志和信号灯。一旦数据通道出了故障，这“路肩”在有些数据总线中被用来承载“交通”，或者令数据换向通过另一条未发出故障的数据总线来传输信息。为了抗电子干扰，双线制数据总线的两条线是绞在一起的。各汽车制造商一直在设计各自的数据总线，如果不兼容，就称为专用数据总线。如果是按照某种国际标准设计的，就是非专用的。但事实上，正如我们将了解到的、可能都是专用的数据总线。

21、至此，可以退一步想，模块就是信息高速公路上的进口和出口。 2.2.4 多路传输图2.2 常规线路和多路传输线路的简单对比常规传输方式 线束：n个负载需要n根导线)多路传输系统(串行分时通信)线束:n个负载需要三根导线电源线、信号线、地线GNDVDD负载GND1GND1负载开关调制调制VDDGND2多路传输是在同一通道或线路上同时传输多条信息（如图2.2所示）。这听起来好像不可能，但在某种意义上讲是可能的。事实上数据是依次传输的，但速度非常之快，似乎就是同时传输的。我们从手表上看十分之一秒算是非常快了，但对一台运算速度相对慢的计算机来说，这十分之一秒也太长、太长了。如果将十分之一秒分成段，许多单

22、个的数据都能被传输每一段传输一段。这就叫做分时多路传输。从图2.2中可以看出，常规线路要比多路传输线路简单得多，然而请注意：在汽车上多路传输系统ECU之间所用电线比常规线路系统所用导线少得多（如图2.3、2.4所示）。 图2.3 汽车常规传输方式ECU之间所用的导线多图2.4 汽车车载网络传输方式ECU之间所用的导线少由于ECU可以触发仪表板上的警告灯或灯光故障指示灯等等，又由于多路传输可以通过一根（或两根）数据总线执行多个指令，因此可以增加许多功能装置。正如可把无线电广播和移动电话的电波分为不同的频率，我们也可以同时传输不同的数据流。随着现在和未来的汽车装备无线多路传输装置的增加，基于频率、

23、幅值或其他方法的同时数据传输也成为可能。汽车上用的是单线或双线分时多路传输系统。2.2.5 模块/节点 模块或节点是一种电子装置。简单一点的如温度和压力传感器，复杂的如计算机(微处理器)。传感器是一个模块装置，根据温度和压力的不同产生不同的电压信号。这些电压信号在计算机(一种数字装置)的输入接口被转变成数字信号。在计算机多路传输系统中一些简单的模块被称为节点。2.2.6 网关网关实际上就是一种模块，它工作的好坏决定了不同的总线、模块和网络相互间通信的好坏。因为在车上用了不同总线和网络，所以必须用一种方法达到信息共享和不产生协议间的冲突。为了使采用不同协议及速度的数据总线间实现无差错数据传输，必

24、须要用一种特殊功能的计算机，这种计算机就叫做网关。网关就像一个居民小区的门卫，在他让任何客人进大门之前，他得问问客人是否是应邀前来，或者通知某位住户有人来访了。对不兼容但却需要互相通信的总线和网络来说，网关模拟所起作用就和门卫一样。2.2.7 帧为了可靠的地传输数据，通常将原始数据分割成一定的长度的数据单位，这就是传输数据的单元，称为帧。一帧内应包括同步信号（如帧的开始与结束）、错误控制（各类检错码或纠正码）、流量控制（协调发送方与接收方的速率）、控制信息、数据信息、寻址（在信道共享的情况下，保证每一帧都能正确的到达目的站，收方也能知道信息来自何站）等。2.2.8 传输速率和幅宽数据总线的速度

25、不是以英里表示的，通常用比特率表示数据总线的速度。比特率是每秒千字节(KB/sec)。“幅宽”也会影响数据传输的速度，32位的数据传输量要比8位快4倍。2.2.9 拓扑结构根据网状电路分布电脑，即是指网上计算机或设备与传输媒介形成的节点与线的物理构成模式。2.2.10 架构信息高速公路的配置，其输入和输出端规定了什么信息能进和什么能出，如果指挥交通需要“警察”(一种特殊功能的芯片)，那么就要有“警局”，也许就在模块的输入/输出端。架构通常包括1至2条线路，采用双线时数据的传输是基于两条线的电压差。当其中的1条线传输数据时，它对地有个参考电压。2.3车载局域网络系统的应用范围2.3.1车身系统车

26、身系统的控制单元多为低速马达和开关量器件，对实时性要求低而数量众多。使用低速的总线连接这些电控单元。将这部分电控单元与汽车的驱动系统分开，有利于保证驱动系统通信的实时性。此外，采用低速总线还可增加传输距离、提高抗干扰能力以及降低硬件成本。2.3.2 动力与传动系统动力与传动系统的受控对象直接关系汽车的行驶状态，对通讯实时性有较高的要求。因此使用高速的总线连接动力与传动系统。传感器组的各种状态信息可以广播的形式在高速总线上发布，各节点可以在同一时刻根据自己的需要获取信息。这种方式最大限度地提高了通信的实时性。2.3.3故障诊断系统故障诊断系统是将车用诊断系统在通信网络上加以实现。2.3.4 信息

27、与车载媒体系统信息与车载媒体系统对于通讯速率的要求更高，一般在2 MB/s以上。采用新型的多媒体总线连接车载媒体。这些新型的多媒体总线往往是基于光纤通信的，从而可以充足保证带宽。2.3.5 安全系统随着新技术的不断发展，在未来的汽车网络中，还将会有专门用于气囊的安全总线系统。它是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动的系统，因此使用的节点数将急剧地增加。网关是汽车车载网络内部通信的核心，通过它可以实现各条总线上信息的共享以及实现汽车内部的网络管理和故障诊断功能。2.4常见的车载网络分类2.4.1 根据传输导线类型分类 局域网的传输媒体分为有线和无线两种类型，目前车上使用的大多数都是有线网络，通常

28、用于局域网的传输媒体有：双绞线、同轴电缆和光纤。表2.1列出了这三种传输媒体的特性。(1) 双绞线是局域网中最普通的传输媒体，一般用于低速传输，最大数据传输率可达几MB/s；双绞线成本较低，传输距离较近，非常适合汽车网络的情况，也是汽车网络使用最多的传输媒体。 (2) 同轴电缆可以满足较高性能的要求，与双绞线相比，它可以提供较高的吞吐量，双绞线、同轴电缆和光纤的主要特性 表2.1媒 体信号类型最大数据传输速度Mbits最大传输距离/km网络节点数双绞线数字120.1几十同轴电缆(50)数字10几百同轴电缆(75)数字501几十同轴电缆(75)FOM模拟2010几千同轴电缆(75)单信道模拟50

29、1几十光纤模拟1001几十 连接较多的设备，跨越更大的距离。 (3) 光纤在电磁兼容性等方面有独特的优点，而且数据传输速度比较高，传输距离远，在汽车网络上，尤其在一些要求传输速度高的车上网络 (如车上信息与多媒体网络) 上有很好的应用前景。但其受到成本和技术的限制，现在使用的并不多。 2.4.2 根据局域网的拓扑结构分类 局域网常用的拓扑结构有三种：星型、环型、总线型。每种拓扑结构都已有典型的网络产品。 (1) 星型网拓扑结构 星型网即以一台称之为中心处理机为主组成的网络，各种类型的入网计算机均与该中心处理计算机有物理链路直接相连，因此，所有的网上传输信息均需通过该计算机转发，其结构（如图2.

30、5所示）。星型网由于其物理结构，使其具有以下特点：构造较容易，适于同种机型相连；通信功能简单，它可以根据需要由中心处理机分时或按优先权排队处理；中心处理机负载过重，扩充困难；每台入网计算机均需与中心处理机有线路直接互连，因此线路利用率不高，信道容量浪费较大。图2.5 星型网拓扑结构 (2) 总线型网拓扑结构 总线型网是从计算机的总线访问控制发展而来的，它将所有的入网计算机通过分接头接人一条载波传输线上，网络拓扑结构就是一条传输线，（如图2.6所示）。图2.6 总线型网拓扑结构 由于所有的入网计算机共用一条传输信道，因此总线型网的一个特殊问题就是信道的访问控制权的分配，并由此产生一系列处理机制。

31、 总线型网的特点是：由于多台计算机共用一条传输线，所以信道利用率较高；同一时刻只能有两处网络结点在相互通信；网络延伸距离有限；网络容纳结点数受信道访问机制影响，因而是有限的。由于总线型网的上述特点，因此它适于传输距离较短地域有限的组网环境，目前，局域网多采用此种方式。 (3) 环型网拓扑结构 环型网通过一个转发器将每台入网计算机接入网络，每个转发器与相邻两台转发器用物理链路相连，所有转发器组成一个拓扑为环的网络系统，（如图2.7所示）。图2.7 环型网拓扑结构 环型网由于其点一点通信的唯一性，因此，不宜在广域范围内组建计算机网络。它也是一种较为实用的局域网拓扑结构，尤其是在实时性要求较高的环境

32、中更是如此。 环型网的主要特点是：由于一次通信信息在网中传输最大时间是固定的，因此实时性较高，每个网上结点只与其他两个结点有物理链路直接互连，因此传输控制机制较为简单；一个结点出故障可能会终止全网运行，因此可靠性较差；网络扩充需对全网进行拓扑和对访问控制机制进行调整，因此较为复杂。2.4.3 根据网络传输速度分类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，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C、D四类。(1) A类面向传感器/执行器控制的低速网络、数据传输位元速率通常只有110 KB/s。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。(2) B类面向独

33、立模块间资料共享的中速网络，位元速率一般为10100 KB/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，以减少冗余的传感器和其他电子部件。(3) C类面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位元速率可达1 MB/s，主要用于悬架控制、牵引控制、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，满足C类网要求的汽车控制局域网只有CAN协议。(4) D类针对视觉数据连接 ，使用计算机和相应的多媒体传输声音和图象文件 。 4类网络功能均向下涵盖，即B类支持A类网的功能；C类网能同时实现B类和A类网功能；D类网能同时实现C类、B类和A类网功能。2.4.

34、4 根据网络传输协议分类网络上节点要实现成功通信，必须接受相互识别、相互接受的约定和规则，建立通用的标准用于各ECU之间通信，即为通信协议。通信协议要解决系统优先权问题、灵活性问题、可扩展性问题、诊断接口问题、独立性问题、数据共享问题等，十几年来，已发展了几代通信协议，较早的有SAE推出的用于重型车的基于串行总线的标准，如SAEJ1708、SAEJ1587、SAEJ1922，串行协议传输速率低、代码定义麻烦，除在诊断系统有一些应用外，基本被取代。迄今为止，汽车应用的多种网络标准，较典型的有LIN、CAN、J1850、MOST、TTCAN、TTP、FlexRay、J2284等。拓扑结构主要为总线

35、式，如LIN、CAN、J1850、TTCAN。总线型网络为多个ECU共用一条传输线，信道利用率高，结构简单、布线容易、易于增加节点，每个系统对总线有相同权利，为多主方式工作，同一时刻只能有一个节点发送消息，网络延伸距离、网络容纳节点有限。ISO7498把网络通信系统划分为七层结构，即OSI的七层模型，包括物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。汽车各网络协议一般只定义OSI结构中的底层协议，即物理层和数据链路层。(1) LIN总线LIN总线是典型的A类网络，由LIN协会发布，是价格便宜的单总线低端网络，也称为经济型CAN网络。LIN是以广泛应用的UART 为基础定义的，物理

36、层基于ISO9141，一般用于传输速度、实时性要求较低的车身系统，采用单主/多从机的通讯模式，网络节点分为主节点和从节点。主节点执行主控发送任务，决定什么时候、哪一帧将在总线上传输，信息帧的长度是可变的，数据长度可为2、4或8 个字节，目前在我国自主开发的车身系统中LIN协议得到了一定的应用。(2) CAN总线CAN总线是在80年代中期，由德国BOSCH公司提出，CAN推出之后，很快世界上各大半导体生产厂商迅速推出各种集成有CAN协议的产品，如Intel、Motorola、NEC、Philips等公司都提供集成有CAN协议的芯片及CAN总线产品，此后越来越多的欧洲主要汽车制造商采用CAN总线构

37、成其汽车网络，后来美国、日本的汽车公司也采用CAN 构成其B级或C级网络。1994年，美国SAE所属的卡（客）车控制及通讯附属委员会选择了CAN总线作为J1939标准（一个针对卡车和客车的高速网络标准）的基础，添加了高层协议。CAN是目前唯一取得国际标准的协议, 包括高速的ISO11898（C 类网）和低速的ISO11519（B类网）。采用多主方式工作，网络上任一个节点均可在任意时刻主动向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，网络上节点可根据不同的实时要求分成不同的优先级，当两个节点同时向网络上传递信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传送数据，具有点对点，一

38、点对多点及全局广播的数据传送的功能，通信速率可达MB/s，每帧的数据字节数为个, 若节点在错误严重的情况下，可自动切断它与总线的联系，以使总线上的其它通信不受影响。CAN协议定义了两种通信格式：标准信息帧和扩展信息帧，它们都具有7个位域，二者的差别在于仲裁域，标准帧有11位标识码，而扩展帧有29位。CAN能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。最常用的就是双绞线，信号使用差分电压传送，两条信号线被称为CAN-H 和CAN-L。随着CAN控制器成本的不断降低，并提供大量产品支持基于CAN 的系统，进一步降低了采用CAN控制系统的成本，因此CAN是目前应用最广泛的汽车网络标准。在一辆车里通常有两

39、条或三条独立的CAN总线，高速CAN用于发动机和底盘控制系统，低速CAN通常用于天窗、座椅、空调等舒适系统，高速CAN和低速CAN通过网关构成整个汽车网络，有些车辆低速CAN又被LIN网络取代，通过网关与CAN总线相连。(3) SAEJ1850总线SAEJ1850总线最初由美国三大汽车公司提出，主要是通用公司的Class2协议和福特公司的SCP协议基础上发展而来的，属典型的B类网，这一标准已实施多年，受到广泛的接受与采用。美国很多车型采用J1850，是比较成熟的协议，目前的OBD诊断系统定义在J1850。由于通信速率低，只适合用于车身控制系统及诊断系统，目前在美国逐步被CAN所取代。(4) M

40、OST MOST是采用光纤并用于智能交通及多媒体的网络协议，传输速率可达22MB/s。TTCAN 是基于时间触发的网络，是CAN总线与时间触发机制相结合产生的。与基于事件触发的CAN 协议的主要区别是：总线上不同的信息定义了不同的时间槽，避免因总线仲裁使信息传输时间的不确定性，改善了CAN总线的实时性能，可满足消息传输密度不断增长的需要。ISO11898-4定义了TTCAN协议。FlexRay是一种灵活的通讯系统，能够满足未来先进汽车高速控制应用的需要，可补充CAN、LIN和MOST等主要网络标准。(5) VAN总线VAN总线是法国标致-雪铁龙汽车集团与雷诺汽车公司和JAEGER公司联合开发的

41、车载网络协议。它是一种只需要中等通信速率的通信协议，尤其适用于车身功能和车辆舒适性功能的管理。实际上，许多功能都要求从发出指令到有所行动，这段反应时间大约是100ms，该协议是十分有效的。(6) 其他总线SAEJ2284是基于时间触发的高速CAN网络，可达500KB/s，用于轿车。汽车网络协议还有如：TTP/A、TTP/C等，至今没有一个协议可以完全满足未来汽车成本和性能的要求，未来汽车网络仍将是多种协议共存。目前CAN或LIN是较好的选择，它们具有很强的系统的稳定性和抗干扰能力（鲁棒性robust）。2.4.5根据布置型式分类 (1) 多主布置型式在一个简单的通信协议中，模块不分主从，根据规

42、定的优先规则，模块间相互传递信息，并且都知道该接收什么信息（如图2.8所示）。图2.8 多主布置型式结构(2) 主从布置型式一个模块是主模块，其他则为从属模块。根据优先规则，主模块决定哪个从属模块发信息以及何时发送信息（如图2.9所示）。图1.9 主从布置型式结构2.6 多路传输原理简介2.6.1 什么叫多路传输多路传输系统用SWS表示。SWS是英文Smart Wiring System的缩写。多路传输系统是多个完成某一特定功能的电路或装置。一般情况下，可以认为多路传输是有线或无线地同时传输许多东西，如数据信息等。正是因为有了多路传输技术，当今汽车才能实现电子控制。运用多路传输技术，可以使汽车

43、省去许多连接和插接器，可以减轻重量、节省空间、改善可靠性。2.6.2 汽车网络参考模型 (1) 0SI参考模型在网络发展的初期，许多研究机构、计算机厂商和公司都大力发展计算机网络。这些自行发展的网络，在体系结构上差异很大，以至于它们之间互不相容，难以相互联接成更大的网络系统。为此，国际标准化组织 (IS0) 在1979年提出了“开放系统互联”模型，简称IS0 /0SI参考模型。IS0提出7层网络系统结构参考模型的目的，就是要在各种终端设备、微机、操作系统进程之间以及人们互相交换信息的过程中，能够逐步实现标准化。IS0 /0SI参考模型从第一层到第七层依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会

44、话层、表示层和应用层。表2.1中简单地说明了0SI开放式互联模型各层的功能。OSI开放系统互联模型 表2.17应用层最高层。用户、软件、网络终端等之间用来进行信息交换6表示层将两个应用不同数据格式的系统信息转化为能共同理解的格式5会话层依靠低层的通信功能来进行数据的有效传递4传输层两通信节点之间数据传输控制，操作如：数据重发，数据错误修复3网络层规定了网络连接的建立、维持和拆除的协议如：路由和寻址2数据链路层规定了在介质上传输的数据位的排列和组织如：数据校验和帧结构1物理层规定通信介质的物理特性，如：电气特性和信号交换的解释(2) 汽车网络参考模型按照汽车网络的规模，它应属于局域网、总线型结构

45、。汽车网络简单但必须满足现场的需要。由于汽车网络要传输的信息帧都短小，要求实时性强、可靠性高，因而要求网络结构层次少，以有利于提高实时性和降低受干扰的概率。所以汽车网络中不采用IS0 /0SI 七层参考模型。其主要原因有以下几点：1)在处理时问和控制信息方面，IS0 /0SI各层的位、数据和时间的附加开销过大。2) IS0 /0SI协议的应用对象主要是广域网络和较大的计算机之间的通信联系。3)由于办公用计算机之间不需要实时通信，因此，在分布式系统中，0SI协议不可能准确地支持车内微机之间的通信。汽车网络结构主要包括两大部分：一是通信部分，二是网络管理部分。现场总线的通信结构只采用了IS0 /0

46、SI的三层模型：物理层、数据链路层和应用层（如图2.10所示）。发送端 接收端应用层应用层数据链路层数据链路层物理层物理层物理介质图2.10 汽车局域网的参考模型这种结构简单、层次较少的通信结构主要是针对过程控制的特点，使数据在网络流动中尽量减少中间环节，加快数据传递速度，提高网络通信及数据处理的实时性。2.6.2 汽车网络参考模型各层的功能(1) 应用层在汽车工业领域，许多制造商都应用他们自己的标准。其主要功能是为相应的应用软件提供服务和接口。(2) 物理层物理层能够使用很多物理介质(如双绞线、光纤等)。最常用的就是双绞线。其作用是在物理传输媒体上传输各种数据的比特流。物理层的连接（如图2.11所示）。电子控制模块1电子控制模块2电子控制模块3物理层物理层物理层双绞线或光缆(101101011)图2.11 物理层连接 物理层协议所涉及的典型问题是：1) 机械特性：物理接口(插头和插座)有多少针以及各针的用途。2) 电气特性：使