车载网络系统基础知识.ppt

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1、2023/10/5,1,汽车车载网络系统检修,2023/10/5,2,第1章 车载网络系统基础知识 第2章常用车载网络信息传输系统第3章大众车系车载网络系统检修第4章奥迪车系车载网络系统检修第5章丰田多路传输系统检修,2023/10/5,3,第1章 车载网络系统基础知识,2023/10/5,4,1.1 认识车载网络系统,2023/10/5,5,1.1 认识车载网络系统,不使用网络情况,2023/10/5,6,1.1 认识车载网络系统,带有三个控制单元的CAN驱动网络,2023/10/5,7,1.1 认识车载网络系统,车载网络系统的应用背景 很多汽车采用了多个电控系统，如奔驰600SEL采用了2

2、0多个电控模块。为了提高汽车综合控制的准确性，控制系统迫切需要输入、输出信号/数据共享。当电控模块共享输入信息时，就能对汽车进行更为复杂的控制。,2023/10/5,8,车载网络系统的作用,为了简化线路，提高各电控单元之间的通信速度，汽车制造商开发设计了新的总线系统，即车载网络系统，把众多的电控单元连成网络，其信号通过数据总线的形式传输，可以达到信息资源共享的目的。车载网络系统的出现同时也提高了汽车综合控制的准确性，当电控单元共享输入信息时，就能对汽车进行更为复杂的控制。例如，发动机控制单元可以利用来自安全气囊控制单元的碰撞信号来决定电动燃油泵控制电路是否需要被切断。,车载网络系统的作用,随着

3、电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛应用，汽车电子化程度越来越高，汽车上的电控装置也越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS）、驱动防滑系统（ASR）、电控自动变速器、安全气囊、主动悬架、电动门窗等。集成电路和单片机在汽车上的广泛使用，大大增加了汽车上的电子控制器的数量，使得线路越来越复杂。,车载网络系统的作用,在追求汽车使用性和小型化的今天，粗大的线束不但占用了汽车上宝贵的空间资源，而且越来越难被安装在隐蔽位置。这样将会导致电控单元的端子数增加、线路日趋复杂、故障率增多、汽车工作的可靠性下降、维修困难等后果。,车载网络系统的作用,为了提高信号的利用率，要求大批的数据信息能在不同的

4、电子单元中共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要实时交换。传统的电器系统大多采用的点对点的单一通信方式，已远不能满足这种需求。针对上述问题，在借鉴计算机网络和现场控制技术的基础上，汽车网络技术应运而生。,车载网络系统的作用,布线简化降低成本（减轻车重）更少的线束 更多的功能 更少的空间需求电控单元之间交流更加便捷传感器数目减少，实现信息资源共享提高汽车总体运行可靠性,车载网络优点,从1980年起，汽车内开始装用网络。1983年，丰田公司在世纪牌汽车上最早采用了应用总线的车门控制系统，实现了多个节点的连接通信。此系统采用了集中控制方法，车身ECU对各个车门的门锁、电动玻璃窗进行控制。,车载

5、网络系统的发展史,车载网络系统的发展史,1986-1989年间，在车身系统上装有了利用铜线的网络。1987年，作为集中型控制系统，日产公司的车门相关系统，GM公司的车灯控制系统已处于批量生产的阶段。在这段时期内，德国的Bosch公司提出了汽车车载局域网（LAN）的基本协议，该协议即为控制器局域网（Controller Area Network)，简称为CAN。目前控制系统局域网中应用最广的标准就是CAN。接着，美国汽车工程师学会提出了J1850。日本也提出各种各样的网络方案，丰田、日产、三菱、本田以及马自达公司都已处于批量生产的阶段，但没有统一以车身系统为主的控制方式。,现在欧洲又以与CAN协

6、议不同的思路提出了控制系统的新协议TTP(Time Triggered Protocol),并在X-by-wire系统即线控操作中开始应用。为实现音响系统的数字化，建立起将音频数据和信号系统综合在一起的AV网络。由于这种网络须将大容量的数据连续输出，故这种网络上将采用光缆。今后，当对汽车引入智能交通系统（ITS）时，由于要与车外交换数据，所以在信息系统中将采用更大容量的网络，例如DDB/Optical(Domestic Digital Bus/Optical),MOST(Media Oriented System Transport),IEEE1394等。,车载网络系统的发展史,车载网络系统的

7、发展史,主要网络标准,典型车载网络系统的结构与组成,典型的汽车车载网络系统的结构l-ABS模块 2-动力系统控制模块（PCM）3-电子自动温度控制（EATC）4-集成控制板（ICP）5-虚像组合仪表 6-照明控制模块（LCM）7-驾驶员座椅模块（DSM）8-驾驶员车门模块（DDM）9-移动电话模块 10-汽车动态模块,典型车载网络系统的结构与组成,风云2CAN总线网络图,典型车载网络系统的结构与组成,汽车车载网络系统结构示意图,典型车载网络系统的结构与组成,1.2 车载网络系统的要求及应用,1.2.1 汽车对通信网络的要求 汽车多个ECU之间的网络布局常见的有分级式和分开式两种。,分级式网络布

8、局,1.2.1 汽车对通信网络的要求,分开式网络布局,1.2.1 汽车对通信网络的要求,2数据通信连接到车载网络的各个ECU按需要从总线上接收最新的信息以操纵各个系统。汽车内ECU之间与办公用微机之间的数据传输特征不尽相同，主要差别在于传输频率。汽车内ECU之间的数据传输频率是变化的，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ECU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。,1.2.2 车载网络系统在汽车上的应用,车载网络系统在汽车上的应用非常多，按照应用系

9、统加以划分的话，车用网络大致可以分为4个系统：动力传动系统、车身系统、安全系统、信息系统。,1.2.2 车载网络系统在汽车上的应用,1动力传动系统动力CAN数据总线连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑（动力CAN数据总线可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑）。总线可以同时传递10组数据，发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组、自动变速器电脑2组。数据总线以500kbit/s速率传递数据，每一数据组传递大约需要0.25ms，每一电控单元7ms20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元、发动机电控单元、自动变速器电控单元。,1.2.2 车载网络系统在汽车上

10、的应用,防止车轮打滑:连接到网络上多个电控模块能使控制器“一起工作”来协调汽车上各系统的工作，从而得到最佳的工作状态，并且为汽车提供了实现许多复杂功能的能力。可用制动力来控制，也可用发动机来控制。,1.2.2 车载网络系统在汽车上的应用,2车身系统与动力传动系统相比，汽车上的各处都配置有车身系统的部件，线束长，容易受到干扰。舒适CAN数据总线连接5个控制单元（包括中央控制单元及4个车门的控制单元），有5个功能：中央门锁、电动窗、照明开关、后视镜加热及自诊断功能。,1.2.2 车载网络系统在汽车上的应用,自动落锁功能:司机门模块（DDM）利用来自PCM的变速器档位（TR）传感器信号和来自ABS模

11、块的车速信号，自动锁上车门。PCM把TR信号发送给DDM。高速行驶的汽车接收到转向输入数据量增加的信号，此时，悬架控制模块会对此作出反应，加大悬架硬度，改善汽车操纵性。如果输入信号指示汽车正在直行，那么悬架控制模块则采用较软的行驶平顺性，减小悬架硬度。,1.2.2 车载网络系统在汽车上的应用,1.2.2 车载网络系统在汽车上的应用,3安全系统安全系统是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动等的控制系统。由此使用的节点数将急剧地增加。对此系统的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。4信息（娱乐、ITS）系统对信息系统通信总线的要求是容量大、通信速度非常高。,1.2.3 车载网络系统常用术语,1数

12、据总线数据总线是模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信号可以被多个系统（控制单元）共享，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。如果系统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。,1.2.3 车载网络系统常用术语,2CANCAN（Controller Area Network，控制局域网），是国际上应用最广泛的现场总线之一。3局域网在一个有限区域内连接的计算机的网络称为局域网。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。4现场总线现场总线（Field Bus）是在工业过程控制和生产自动化领域

13、发展起来的一种网络体系，是在过程现场安装在控制室先进自动化装置中的一种串行数字通信链路。,1.2.3 车载网络系统常用术语,5多路传输多路传输用SWS（Smart Wiring System）表示，是指在同一通道或线路上同时传输多条信息。事实上，数据信息是依次传输的，但速度非常快，似乎就是同时传输的。,1.2.3 车载网络系统常用术语,6模块/节点模块就是一种电子装置。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。,1.2.3

14、 车载网络系统常用术语,7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）。,有些电子元件之间的通讯不属于网络通讯，如传感器与控制模块之间的通讯就是非网络通讯。,当两个或更多的模块共享信息时，网络通讯进行。如果PCM和温度自动电控（EATC）模块通过网络共享ECT的传感器信息，那么，这是网络通讯。因为两个模块都使用了ECT的信息来决定工作策略。,1.2.3 车载网络系统常用术语,网络指控制模块和接线，使用电气或电子媒介发送或接收信息。有些网络允许电子模块共享输入信息，让多个模块一起工作

15、，实现复杂的汽车操作。网络的使用也提高了汽车的诊断能力。,1.2.3 车载网络系统常用术语,8网关因为汽车上往往不只使用一种总线和网络，所以必须用一种方法达到信息共享，而不产生协议间的冲突。例如，车门打开时，发动机控制模块也许需要被唤醒。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，必须要用一种特殊功能的计算机，这种计算机就叫做网关。,1.2.3 车载网络系统常用术语,诊断系统和车辆之间的联系及不同网络之间的信息联系只能通过中央网关模块实现。比如福克斯车辆上使用了MS-CAN与HS-CAN网络，如果MS-CAN网络需要使用HS-CAN网络上传递的信息，就需要使用仪表模块作为网关模块把

16、信息进行重新解码与编码，最后把信号转化为低速网络可以使用的信息。例如福克斯使用了仪表模块作为网关。,1.2.3 车载网络系统常用术语,9帧为了可靠地传输数据，通常将原始数据分割成一定长度的数据单元，这就是数据传输的单元，称为帧。,1.3车载网络系统通信协议,1.3.1 通信协议概述 通信协议是指通信双方控制信息交换规则的标准、约定的集合，即指数据在总线上的传输规则。简单地说，两个实体要想成功地通信，它们必须“说同样的语言”，并按既定控制法则来保证相互的配合。,1.3车载网络系统通信协议,1.3.1 通信协议概述 通信协议的种类繁多，可分为如下几类。在一个简单的通信协议中，模块不分主从，根据规定

17、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。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。所有的模块都像旋转木马上的骑马人，一个上面有“免费券”挂环的转圈绕着他们旋转。当一个模块有了有用的信息，它便抓住挂环挂上这条信息，任何一个需要这条信息的模块都可以从挂环上取下这条信息。通信协议中有个仲裁系统，通常这个系统按照每条信息的数字拼法为各数据传输设定优先规则。,1.3.2 接口与实体,接口是为两个系统、设备或部件之间连接服务的数据流穿越的界面。计算机通信接口由设备（或部件）和说明组成，一般包括4个方面内容：物理、电气、逻辑和过程。在计

18、算机网络内，不同系统中的实体需要通信。一般来说，实体是能够发送或接收信息的东西，而系统是包含一个或多个实体的物理物体。实体包括用户应用程序、文件传送程序包、进程、数据库管理系统、电子邮件设施及终端等。系统包括计算机、终端设备和遥感装置等。,1.3.3 协议要素及其功能,1协议的3要素（1）语法确定通信双方之间“如何讲”，由逻辑说明构成，对信息或报文中各字段进行格式化，说明报头（或标题）字段、命令和应答的结构。（2）语义确定通信双方之间“讲什么”，由过程说明构成，对发布请求、执行动作以及返回应答予以解释，并确定用于协调和差错处理的控制信息。（3）定时规则指出事件的顺序以及速度匹配、排序。,1.3

19、.3 协议要素及其功能,2协议的功能协议的功能是控制并指导两个对话实体的对话过程，发现对话过程中出现的差错并确定处理策略。具体说来，每个协议都是具有针对性的，用于特定的目的，所以各协议的功能是不一样的；但是还有一些公共的功能是大多数协议都具有的。这些功能包括以下4个方面。（1）差错检测和纠正（2）分块和重装（3）排序（4）流量控制,1.3.4 协议的类型,协议可根据其不同特性进行分类，可分为直接型/间接型、单体型/结构化型、对称型/不对称型、标准型/非标准型等。1直接型/间接型两个实体间的通信，可以是直接的或间接的。例如，两个系统若共享一个点点链路，那么这些系统中的实体就可以直接通信。此时数据

20、和控制信息直接在实体间传递而无任何中间的信息处理装置，所需要的协议属于直接型。2单体型/结构化型在两个实体间通信任务比较简单的情况下，采用单一协议来控制通信，这种协议被称为单体型协议。面临复杂的情况时，可采用结构化型协议，即以展示为层次或分层结构的协议集合来代替单体型协议。,1.3.4 协议的类型,3对称型/不对称型大部分的协议属于对称型，即它们关联于同等的实体之间通信。不对称的协议可以是交换逻辑的要求（例如，一个用户进程和一个服务进程），或者是为了尽可能使实体或系统保持简单。4标准型/非标准型一个部门或者一个国家都希望制定标准型协议，促进组建计算机网络和分布处理系统。非标准型协议一般都是发展

21、中的产物，或者为特定通信环境所设计。,1.3.5 常用的通信协议,1常用通信协议形式 常用通信协议包括CAN、BASIC CAN、ABWS、VAN、HBCC、PALMENT、DLCS、CCD等类型。2车载网络协议标准国际上众多知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同。按系统的复杂程度、信息量、必要的动作响应速度、可靠性要求等将多路传输系统分为低速（A）、中速（B）、高速（C）3类。,小 结,本章简单介绍了车载网络系统，车载网络系统的作用、优点和目前的使用情况；汽车对通信网络的要求，车载网络系统在汽车上的应用和车载网络系统常用术语；车载网络系统通信协议等。本单元应着重掌握车载网络系统的定义、术语和应用。,