單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,汽車電子控制技術(shù),車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù),教學(xué)提示：,構(gòu)建車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并對(duì)汽車實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化控制的技術(shù)體系統(tǒng)稱為車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是汽車電子控制技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物教學(xué)要求：,本章主要介紹車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用要求學(xué)生了解車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用與分類，熟悉車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)議，掌握各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用情況10.1,車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作用與分類,10.1.1,車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用,1.,信息傳輸?shù)钠款i問題,在汽車技術(shù)發(fā)展處于子系統(tǒng)層次的汽車單片機(jī)（汽車電腦）控制時(shí)代，特別是早期生產(chǎn)的汽車，車上只有一個(gè)電子控制單元，其信息傳輸量較少，電子控制系統(tǒng)的傳感器、電子控制單元和執(zhí)行器之間的連接電線（線束）的數(shù)量還不太多，尚可接受隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步和消費(fèi)者需求的進(jìn)一步提高，汽車上的電子控制系統(tǒng)越來越多，其內(nèi)部的線束也變得越來越復(fù)雜（圖,10.1,）圖,10.1,汽車內(nèi)部的電線（線束）數(shù)量（裝備,3,個(gè)電子控制單元）,為解決這一制約汽車電子技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的信息傳輸瓶頸問題，一種新的信息傳輸技術(shù),車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2.,采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息傳輸,將計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)總線技術(shù)引入到汽車電氣系統(tǒng)中，可以在大大簡(jiǎn)化汽車電路的同時(shí)，傳輸豐富的信息如圖,10.2,所示，采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)在兩個(gè)控制單元之間進(jìn)行信息傳輸，可以有效減少數(shù)據(jù)傳輸線的數(shù)量圖,10.2,采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)在兩個(gè)控制單元之間進(jìn)行信息傳輸,圖,10.3,為在具有,3,個(gè)控制單元的系統(tǒng)中采用,CAN,數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息傳輸?shù)氖疽鈭D，相應(yīng)地，汽車內(nèi)部的線束連接也變得簡(jiǎn)潔、清晰，不再是一團(tuán)亂麻圖,10.3,汽車內(nèi)部的電線（線束）數(shù)量（裝備,3,個(gè)電子控制單元）,顯而易見，采用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，不僅可以減輕整車自重、降低生產(chǎn)成本、提高汽車電氣系統(tǒng)的工作可靠性，同時(shí)，還便于后續(xù)的技術(shù)開發(fā)10.1.2,車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分類,1.,按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類,網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)上計(jì)算機(jī)或設(shè)備與信息傳輸介質(zhì)形成的節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)傳輸線的物理構(gòu)成模式車載網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有線形結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)等幾種1,）線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),圖,10.4,線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),車載網(wǎng)絡(luò)多采用線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),例如，在汽車上應(yīng)用廣泛的,CAN,總線,，就屬于,線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2,）星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種以中央節(jié)點(diǎn)為中心，把若干外圍節(jié)點(diǎn)連接起來的輻射式互聯(lián)結(jié)構(gòu)（圖,10.5,）。

這種結(jié)構(gòu)適用于局域網(wǎng)由于車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目的之一就是簡(jiǎn)化線束，所以這種結(jié)構(gòu)不可能成為整車網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，只在某一總成或系統(tǒng)上使用BMW,車系的安全氣囊系統(tǒng)就采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3,）環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由各節(jié)點(diǎn)首尾相連形成一個(gè)閉合環(huán)形線路環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸是單向的，即沿一個(gè)方向從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)需安裝中繼器，以接收、放大、發(fā)送信號(hào)（圖,10.6,）環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：當(dāng)節(jié)點(diǎn)過多時(shí)，將影響傳輸效率，不利于擴(kuò)充，另外某一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就不能正常工作AUDI,和,BMW,車系的影音娛樂系統(tǒng)采用的,MOST,總線即為環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖,10.7,圖,10.7 BMW,車系影音娛樂系統(tǒng)的,MOST,總線采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),2.,按聯(lián)網(wǎng)范圍和控制能力分,總線按聯(lián)網(wǎng)范圍和控制能力分為主總線系統(tǒng)、子總線系統(tǒng)兩大類1,）主總線系統(tǒng),表,10-1,主總線系統(tǒng)相關(guān)參數(shù),主總線系統(tǒng)名稱,數(shù)據(jù)傳輸速率,總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),傳輸介質(zhì),K總線,9.6kbit/s,線形，單線,銅質(zhì)導(dǎo)線,D總線,10.5115 kbit/s,線形，單線,銅質(zhì)導(dǎo)線,CAN,100 kbit/s,線形，雙線,銅質(zhì)導(dǎo)線,K-CAN,100 kbit/s,線形，雙線,銅質(zhì)導(dǎo)線,F-CAN,100 kbit/s,線形，雙線,銅質(zhì)導(dǎo)線,PT-CAN,500 kbit/s,線形，雙線,銅質(zhì)導(dǎo)線,Byteflight,10Mbit/s,星形,光纖,MOST,22.5Mbit/s,環(huán)形,光纖,（,2,）子總線系統(tǒng),子總線系統(tǒng)名稱,數(shù)據(jù)傳輸速率,總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),傳輸介質(zhì),K總線協(xié)議,9.6kbit/s,線形，單線,銅質(zhì)導(dǎo)線,BSD,9.6kbit/s,線形，單線,銅質(zhì)導(dǎo)線,DWA,總線,9.6kbit/s,線形，單線,銅質(zhì)導(dǎo)線,LIN總線,9.619.2 kbit/s,線形，單線,銅質(zhì)導(dǎo)線,表,10-2,子總線系統(tǒng)相關(guān)參數(shù),3.,信息傳輸速率分,為方便研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用，美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)（,Society of Automotive Engineers,，,SAE,）的汽車網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)按照系統(tǒng)的復(fù)雜程度、傳輸流量、傳輸速率、傳輸可靠性、動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間等參量，將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步細(xì)分為,A,、,B,、,C,、,D,、,E,五類。

A,類網(wǎng)絡(luò)是面向傳感器,/,執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常小于,10kbit/s,，主要用于車外后視鏡調(diào)節(jié)，電動(dòng)車窗、燈光照明等控制；,B,類絡(luò)是面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率在,10125kbit/s,之間，主要應(yīng)用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)；,C,類網(wǎng)絡(luò)是面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)，位速率在,125 kbit/s-1Mbit/s,之間，主要用于牽引力控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、,ABS,、,ESP,等系統(tǒng)D,類網(wǎng)絡(luò)是智能數(shù)據(jù)總線,IDB,（,Intelligent Data BUS,）網(wǎng)絡(luò)，主要面向影音娛樂信息、多媒體系統(tǒng)，其位速率在,250kbit/s-100Mbit/s,之間按照,SAE,的分類，,IDB-C,為低速網(wǎng)絡(luò)，,IDB-M,為高速網(wǎng)絡(luò)，,IDB-Wireless,為無線通信網(wǎng)絡(luò)E,類網(wǎng)絡(luò)是面向汽車被動(dòng)安全系統(tǒng)（安全氣囊）的網(wǎng)絡(luò)，其位速率為,10Mbit/s,10.2,車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用,10.2.1,載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用概況,汽車電子技術(shù)在經(jīng)歷了零部件層次的汽車電器時(shí)代、子系統(tǒng)層次的汽車單片機(jī)控制時(shí)代之后，已經(jīng)開始進(jìn)入汽車網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，并向汽車信息化時(shí)代邁進(jìn)。

目前，世界主要汽車制造商生產(chǎn)的大多數(shù)汽車上均采用了以,CAN,、,LIN,、,DDB,、,MOST,、,FlexRay,等為代表的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)（圖,10.8,和圖,10.9,），將車輛控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)模塊化在基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制中，任何傳統(tǒng)意義上的傳感器和執(zhí)行器都可以與同一現(xiàn)場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)相組合，構(gòu)成節(jié)點(diǎn)模塊，車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化了汽車的控制系統(tǒng)，極大地提升了汽車的整體控制水平BMW E60的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),AUDI A4的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的重要組成部分，也是現(xiàn)代汽車通信與控制的基礎(chǔ)伴隨著車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟，汽車電子技術(shù)開始向信息化時(shí)代邁進(jìn)10.2.2,各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)名稱,適用范圍,傳輸速率,主要應(yīng)用車系,CAN（Controller Area Network）,車身控制系統(tǒng)、動(dòng),力傳動(dòng)控制系統(tǒng),1Mbit/s,歐、美、日、韓,各大車系均有應(yīng)用,VAN（Vehicle Area Network）,車身控制系統(tǒng),1Mbit/s,法國(guó)車系,J1850,車身控制系統(tǒng),10.441.6kbit/s,美國(guó)車系,LIN（Local Interconnect Network）,車身控制系統(tǒng),20kbit/s,德國(guó)車系,IDB-C,（,Intelligent Data BUS on CAN,）,汽車多媒體系統(tǒng),250kbit/s,100Mbit/s,TTP/C,（,Time Trigger Protocol by CAN,）,被動(dòng)安全系統(tǒng),225 Mbit/s,TTCAN,（,Time Triggered CAN,）,被動(dòng)安全系統(tǒng),1Mbit/s,byteflight,被動(dòng)安全系統(tǒng),10Mbit/s,BMW車系,FlexRay,被動(dòng)安全系統(tǒng),行駛動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng),10Mbit/s,BMW F01/F02車系,DDB/Optical,（,Domestic Digital Bus/Optical,）,汽車多媒體系統(tǒng),5.6Mbit/s,BENZ車系,MOST,（,Media Oriented Systems Transport,）,汽車多媒體系統(tǒng),22.5Mbit/s,德國(guó)車系,IEEE1394,汽車多媒體系統(tǒng),100Mbit/s,美國(guó)車系,IDB-1394,汽車多媒體系統(tǒng),美國(guó)車系、日本車系,Bluetooth,無線通信、語音,系統(tǒng)、個(gè)人娛樂,1Mbit/s,歐、美、日、韓各大車系均有應(yīng)用,Ethernet,維修時(shí)的車輛編程、,汽車多媒體系統(tǒng),100 Mbit/s,BMW F01/F02車系,表,10-3,主要車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一覽表,由于汽車上不同控制系統(tǒng)對(duì)信息傳輸?shù)囊蟛槐M相同，因此，在汽車上，針對(duì)不同的控制系統(tǒng)采用了各具特色的總線技術(shù)，然后，再利用網(wǎng)關(guān)把這些性能各異、各具特色的總線整合成一體，構(gòu)成成本較低但功能完善的整車網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)“,人盡其才，物盡其用,”。

遵循這一指導(dǎo)思想，汽車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用多條不同速率的總線分別連接不同類型的節(jié)點(diǎn)，并使用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)整車的信息共享和網(wǎng)絡(luò)管理，如圖,10.10,所示網(wǎng)關(guān)是車載網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信的核心器件，通過網(wǎng)關(guān)可以確保各條總線上信息的共享和協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)管理和故障診斷功能，營(yíng)造“,順暢、和諧,”的工作氛圍圖1,0,-,10,BMW E60,車系全車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成,10.3,車載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議,10.3.1 A,類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議,A,類網(wǎng)絡(luò)通信大部分采用通用異步接收,/,發(fā)送,UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),標(biāo)準(zhǔn)UART,使用起來既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)，但隨著技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計(jì)在今后幾年中將會(huì)逐步在汽車通信系統(tǒng)中被停止使用A,類網(wǎng)絡(luò)通信目前首選的標(biāo)準(zhǔn)是局域互聯(lián)網(wǎng),LIN,（,Local Interconnect Network,）LIN,是用于汽車分布式電控系統(tǒng)的一種低成本串行通信系統(tǒng)，是一種基于,UART,的數(shù)據(jù)格式、主從結(jié)構(gòu)的單線,12V,的總線通信系統(tǒng)，主要用于智能傳感器和執(zhí)行器的串行通信，而這正是,CAN,總線的帶寬和功能所不要求的部分。

LIN,總線采用低成本的單線連接，傳輸速率最高可達(dá),20kbit/s,，對(duì)于低端的大多數(shù)應(yīng)用對(duì)象（如中央門鎖控制、空調(diào)系統(tǒng)控制等）來說，這個(gè)速率是完全可以滿足要求的10.3.2 B,類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議,B,類網(wǎng)絡(luò)通信中使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)是,CAN,總線CAN,總線通信接口中集成了,CAN,協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作B,類網(wǎng)絡(luò)通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是,ISO11898,，其傳輸速率在,100kbit/s,左右歐洲的各大汽車制造商從,1992,年起，一直采用,ISO11898,，所使用的傳輸速率范圍從,47.6500kbit/s,不等CAN,總線是德國(guó),BOSCH,公司在,20,世紀(jì),80,年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換問題而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議,CAN,總線是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維通信速率可達(dá),1Mb/s,10.3.3 C,類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議,根據(jù),SAE,的分類，高速總線系統(tǒng)屬于,C,類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)由于高速總線系統(tǒng)主要用于與汽車安全相關(guān)，以及實(shí)時(shí)性要求比較高的領(lǐng)域，如動(dòng)力系統(tǒng)等，所以其傳輸速率比較高，通常在,125kbit/s-1Mbit/s,之間，且必須支持實(shí)時(shí)的周期性的數(shù)據(jù)傳輸。

隨著車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，未來將會(huì)使用到具有高速實(shí)時(shí)傳輸特性的一些總線標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，包括采用時(shí)間觸發(fā)通信的,X-by-Wire,系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)和用于安全氣囊控制和通信的總線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議10.3.4 D,類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議,汽車多媒體網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議屬。