汽车网络技术复习资料.docx

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汽车网络技术复习资料

汽车网络技术

●汽车网络技术的发展历程

1.第一阶段：

零部件层次的汽车电器时代

2.第二阶段：

子系统层次的汽车单片机（汽车计算机）控制时代

3.第三阶段：

整车网络层次的汽车网络化时代

4.第四阶段：

以Telematics技术为代表的汽车信息化时代

●汽车网络技术产生的原因？

1.汽车上的电子控制系统越来越多，其内部的线束也会越来越复杂

2.复杂的、多控制单元的汽车单片机控制系统

3.汽车上各系统需要互相通信，且信息传输量急剧增加，传统的一对一布线，线束的数量急剧增加，质量也会增加，甚至达到难以承受的程度

a）所以，汽车网络技术应运而生

●什么是数据总线？

所谓数据总线，就是指能在一天（或几条）数据线上，同时（或分时）传输大量的按照一定规律进行编码的数据（信号）的技术。

其所传输的数据（信号）可以被多个系统共享，从而最大限度地提高了系统的信息传输效率，以充分利用有限的自愿

●采用网络技术的优点？

1.减轻整车自重

2.降低生产成本

3.提高工作可靠性

4.便于后续开发

5.同时，也便于实现控制器与执行器的就近安装（或一体化安装），节省了安装空间，提高了控制的实时性和控制精度

●现场总线的组成？

数据传输线和节点

●节点和单片机控制系统的区别？

一个节点的各传感器和执行器可以分属于不同的控制系统，即传感器信号对于本节点控制的执行器不一定是有用的信号，节点只负责把传感器的信号发送到总线上。

而该执行器所需的传感器信号也不一定与执行器在同一节点上，控制单元可以从总线上获得该控制系统所需的传感器信号。

即在现场总线中，节点信息的发布和获取是自由的和开放的

●汽车网络的拓扑结构？

有线形结构、星形结构、环形结构

●总线按联网范围分

主总线系统、子总线系统。

主总线系统负责跨系统的数据交换，子总线系统负责系统内的数据交换。

主总线系统的相关参数

主总线系统

数据传输速率

总线结构

K总线

9.6kbit/s

线形，单线

D总线

10.5~115kbit/s

线形，单线

CAN

100kbit/s

线形，双线

K-CAN

100kbit/s

线形，双线

F-CAN

100kbit/s

线形，双线

PT-CAN

500kbit/s

线形，双线

byteflight

10Mbit/s

星形，光纤

MOST

22.5Mbit/s

环形，光纤

子总线系统相关参数

子总线系统

数据传输速率

总线结构

K总线协议

9.6kbit/s

线形，单线

BSD位串行数据接口

9.6kbit/s

线形，单线

DWA总线

9.6kbit/s

线形，单线

LIN总线

9.6~19.2kbit/s

线形，单线

●汽车网络按信息传输速度分

美国汽车工程师学会（SAE）的汽车网络委员会按照系统的复杂程度、传输流量、传输速度、传输可靠性、动作响应时间等参量，将汽车数据传输网络划分为A、B、C、D、E五类。

汽车网络标准与协议

A类网络通信大部分采用通用异步接收/发送标准UART。

A类网络通信目前首选的标准是局域互联网LIN（LocalInterconnectNetwork）。

A类网络通信目前首选的标准是局域互联网LIN（LocalInterconnectNetwork）。

LIN是用于汽车分布式电控系统的一种低成本串行通信系统，它是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。

LIN总线采用低成本的单线连接，传输速度最高可达20kbit/s，对于低端的大多数应用对象（如中央门锁控制、空调系统控制等）来说，这个速度是完全可以满足要求的。

LIN总线的媒体访问采用单主/多从的机制，不需要进行仲裁，在从节点中不需要晶体振荡器而能进行自同步，这极大地减少了硬件平台的成本，大大降低了汽车电子装置的开发、生产和服务费用。

B类网络通信中使用最广泛的标准是CAN总线。

CAN总线是德国BOSCH公司开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。

通信速率可达1Mbit/s。

B类网络通信的国际标准是ISO11898，其传输速率在100kbit/s左右。

在C类标准中，欧洲的汽车制造商大多采用CAN总线标准ISO11898。

ISO11898主要面向乘用车电子控制单元之间的通信，信息传输速率大于125kbit/s，最高可达1Mbit/s。

安全总线主要是用于安全气囊系统，以连接碰撞强度传感器（减速度传感器）、碰撞安全传感器等装置，为汽车的被动安全提供保障。

byteflight主要以BMW公司为中心制订。

数据传输速率为10Mbit/s，光纤可长达43m。

byteflight不仅可以用于安全气囊系统的网络通信，还可用于X-by-Wire系统的通信和控制。

现今，在汽车上使用的故障自诊断系统主要有OBD-Ⅱ（On-BoardDiagnostics-Ⅱ）、OBD-Ⅲ和E-OBD（EuropeanOn-BoardDiagnostics）标准。

汽车多媒体网络和协议属于D类总线系统，分为三种类型，分别是低速、高速和无线，对应SAE的分类相应为IDB-C（IntelligentDataBUS-CAN）、IDB-M（Multimedia）和IDB-Wireless，其传输速率在250~100Mbit/s之间。

●信号电压

高电压:

6-12V，低电压：

0-2V,2-6V之间属于禁止范围，只用于识别故障

计算机内部总线分类？

地址总线、数据总线和控制总线

●数据传输方式？

数据传输方式分为并行传输和串行传输

●串行传输的优点是降低了布线成本，缺点是延长了数据传输的时间

●满足一下某个或多个条件时大多使用串行传输方式：

1.传输距离较长

2.出于大量节约电线的考虑

3.对抗干扰能力（屏蔽导线）要求较高

4.系统需要传输的数据量较小

●串行数据传输既可以采用同步传输方式，也可以采用异步传输方式

●数据总线上的信息流方向

单工通信、双工通信、半双工通信

CAN总线

●CAN总线的优点

1.控制单元间的数据交换都在同一平台上进行，这个平台成为协议，CAN总线起到数据交换“高速公路”的作用

2.可以很方便的实现用控制单元来对系统进行控制，如发动机控制，变速器控制,ESP控制等

3.可以很方便的加装选装装置，为技术进步创造了条件，为新装备使用埋下了伏笔

4.CAN总线是一个开放的系统，可以与各种传输介质进行适配

5.对控制单元的诊断可通过K线来进行

6.可同时通过多个控制单元进行系统诊断

●CAN总线的传输速率

1.目前，CAN总线系统中的信号是采用数字方式经铜导线传输的，其最大稳定传输速率可达1000Kbit/s（1Mbit/s）。

2.大众和奥迪公司将最大标准传输速率规定为500Kbit/s，并将CAN总线系统分为三个专门的系统：

①驱动CAN总线（高速），亦称动力CAN总线，其标准传输速率为500Kbit/s，可基本满足实时要求，主要用于发动机、变速器、ABS、转向助力等汽车动力系统的数据传输。

3.②舒适CAN总线（低速），其标准传输速率为100Kbit/s，主要用于空调系统、中央门锁（车门）系统、座椅调节系统的数据传输。

4.③信息CAN总线（低速），其标准传输速率为100Kbit/s，主要用于对时间要求不高的领域，如导航系统、组合音响系统、CD转换控制等。

●CAN-High导线是橙/紫色，CAN-Low导线是橙/褐色

●CAN总线的数据结构

CAN总线所传递的每条完整信息由7个区构成，信息最大长度为108bit。

在两条CAN导线上，所传输的数据内容是相同的，但是两条导线的电压状态相反。

1.

开始区。

开始区（长度为1bit）标志数据开始，CAN-High导线的电压大约为5V（具体数值视系统而定），CAN-Low导线的电压大约为0V。

2.状态区。

状态区（长度为11bit）用于确定所传数据的优先级。

如果在同一时刻有两个控制单元都想发送数据，则优先级高的数据先行发出。

3.检验区。

检验区（长度为6bit）用于显示数据区中数据的数量，以便让接收器（接收数据的控制单元）检验自己接收到的、来自发送器（发送数据的控制单元）的数据是否完整。

4.数据区。

数据区（长度不确定，视具体情况而定，最大长度为64bit）是信息的实质内容。

5.安全区。

安全区（长度为16bit）用于检验数据在传输中是否出现错误。

6.确认区。

确认区（长度为2bit）是数据接收器发送给数据发送器的确认信号，表示接收器已经正确、完整地收到了发送器发送的数据。

如果检测到在数据传输中出现错误，则接收器会迅速通知发送器，以便发送器重新发送数据

7.结束区。

结束区（长度为7bit）标志着数据的结束。

●CAN的工作原理

当CAN总线上的一个节点（站）发送数据时,它以报文形式广播给网络中所有节点。

对每个节点来说,无论数据是否是发给自己的,都对其进行接收。

每组报文开头的11位字符为标识符,定义了报文的优先级,这种报文格式称为面向内容的编址方案。

在同一系统中标识符是唯一的,不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。

当几个站同时竞争总线读取时,这种配置十分重要

●CAN总线的特点和优点;

（1）多主控制

在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制）。

最先访问总线的单元可获得发送权（CSMA/CA）。

多个单元同时开始发送时，发送高优先级消息的单元可获得发送权。

（2）消息的发送

在CAN协议中，所有的消息都以固定的格式发送。

总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。

两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（D）决定优先级。

两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较。

仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。

（3）系统的柔软性

与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。

因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。

（4）通信速度

根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。

在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。

即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。

不同网络间则可以有不同的通信速度。

●冲突仲裁

如果多个控制单元同时发送信息，那么数据总线上就必然会发生数据冲突。

为了避免发生这种情况，CAN总线具有冲突仲裁机制。

按照信息的重要程度分配优先权，确保优先权高的信息能够优先发送。

●舒适/信息CAN总线的单线工作模式

舒适/信息CAN总线具有单线工作能力。

如果因断路、短路或与蓄电池电压相连而导致两条CAN导线中的一条不工作了，那么舒适/信息CAN总线就会切换到单线工作模式。

●不同CAN总线的共性

1.不同种类的CAN总线在数据高速公路上采用同样的交通规则（数据传输协议）进行数据传输

2.为了保证信息传输的高考干扰性，所有CAN数据总线都采用双线（CAN-High导线和CAN-Low导线）系统，个别公司还采用三线制（多一根唤醒导线）

3.将要发送的信号在发送控制单元的收发器内转换成不同的信号电平，并输送到两条CAN导线上，只有在接收控制单元的差动信号放大器内才能建立两个信号电平的差值，并将其作为唯一经过校正的信号继续传至控制单元的CAN接收区

4.信息CAN数据总线与舒适CAN数据总线的特性是一致的

●不同CAN总线的区别

1.驱动CAN数据总线通过15接线柱切断，或经过短时无载运行后自行切断

2.舒适CAN数据总线由30接线柱供电并且必须保持随时可用状态

3.舒适CAN数据总线和信息CAN数据总线在一根导线短路或一根导线断路时，可以使用另一根导线继续工作，这是系统会自动切换到“单线工作模式”

4.驱动CAN数据总线的电信号与舒适CAN数据总线、信息CAN数据总线的电信号是不同的

驱动CAN数据总线无法与舒适/信息CAN数据总线直接进行电气连接，但可以通过网关连接在一起，构成一个更大的网络

●CAN导线上的电压

在驱动CAN总线上，CAN-High导线出于激活状态（显性状态），其电压不低于3.5V，CAN-Low导线上的电压值最多可降至1.5V

在隐性状态时，CAN-High导线与，CAN-Low导线上的电压差为0V，

在显性状态时，CAN-High导线与，CAN-Low导线上的电压差为2V。

●舒适/信息CAN导线上的电压

CAN-High信号的隐性电压约为0V，显性电压约为3.6V。

CAN-Low信号的隐性电压约为5V，显性电压约为1.4V。

光学总线

●光学传输的优点

导线少且重量轻；传输速度快；不会产生电磁干扰，同时对电磁干扰也不敏感。

●MOST总线

MOST是MediaOrientedSystemsTransport的缩写。

顾名思义，MOST是一种用于多媒体数据传输的网络系统。

MOST系统可连接汽车音响系统、视频导航系统、车载电视、高保真音频放大器、车载电话、多碟CD播放器等模块，其数据传输速率最高可达22.5Mbit/s，而且没有电磁干扰。

●MOST的组成与系统状态

MOST总线系统采用环形拓扑结构。

控制单元通过光导纤维沿环形方向将数据发送到下一个控制单元。

这个过程一直在持续进行，直至首先发出数据的控制单元又接收到这些数据为止。

可以通过数据总线自诊断接口和诊断CAN总线来对MOST系统进行故障诊断。

●byteflight总线

byteflight系统是由BMW与Motorola、Elmos、Infineon合作开发的，主要用于传输时间上要求特别紧迫的安全气囊系统数据。

byteflight系统的数据传输速率为10Mbit/s，可以满足对数据传输的实时性要求非常高的汽车安全气囊系统的要求，且可在强电磁干扰条件下可靠地传输数据。

byteflight在ISIS（智能安全集成系统）和ASE（高级安全电子设备）中使用。

这两个安全系统负责控制安全气囊、安全带拉紧装置和断开安全蓄电池接线柱。

子总线系统

●LIN总线在汽车上的应用领域主要有防盗系统、自适应大灯、氙气前照灯、驾驶员侧开关组件、外后视镜、中控门锁、电动天窗、空调系统的鼓风机、加热器控制等。

●LIN总线系统的突出特点

LIN总线是单线式总线，仅靠一根导线传输数据。

●LIN总线系统的构成

LIN主控制单元，LIN从控制单元，单根导线

●LIN主控制单元的功能

1.监控数据传输过程和数据传输速率，发送信息标题

2.LIN主控制单元的软件内已经设定了一个周期，该周期用于决定何时将哪些信息发送到LIN数据总线上多少次

3.LIN主控制单元在LIN数据总线系统的LIN控制单元与CAN总线之间起“翻译”作用，它是LIN总线系统中唯一与CAN数据总线相连的控制单元

4.通过LIN主控制单元进行与之相连的LIN从控制单元的自诊断

●LIN总线的数据传输速率：

1-20kb/s

●信号电平

如果无信息发送到LIN数据总线上或者发送到LIN数据总线上的是一个隐性电平，那么数据导线上的电压就是蓄电池电压

为了将显性电平传到LIN数据总线上，发送控制单元内的收发报机将数据总线接地

实际接收的允许电压值

隐性电平>7.2V

显性电平<4.8V

LIN主控制单元在特定的条件下可能会改变信息的顺序

1.点火开关接通/断开

2.自诊断已激活/未激活

3.停车灯接通/关闭

网关

●网关的定义

网关是在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，用于提供协议转换、数据交换、等网络兼容功能的设备

●网关的作用

1.网关可以把局域网上的数据转变成可以识别的OBD‖诊断数据言，方便诊断

2.网关可以实现低速网络的高速网络的信息共享

3.与计算机系统中的网关作用一样，负责接收和发送信息

4.激活和监控局域网的工作状态

5.实现汽车网络系统内数据的同步性

6.对信息标示符作翻译

●网关的安装位置

可能安装在组合仪表内、车上供电控制单元内

●需指出的是，所有控制单元必须先网关上注册，经网关认证通过之后，才能够进行正常的通信

内容不完善，请见谅

内容有错误，望指出

Thankyou!

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