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1、汽车总线技术,一、概述,汽车电子技术在经历了零部件层次的汽车电器时代、子系统层次的单片机（汽车电脑）控制时代之后，已经开始进入汽车网络化时代，并向汽车信息化时代迈进。,按照电子产品和电子控制系统的技术特点，可将汽车电子技术的发展粗略划分为四个阶段。,1）第一阶段零部件层次的汽车电器时代,19651980年属于零部件层次的汽车电器时代。汽车发电机晶体管电压调节器和晶体管点火装置等开始装备汽车，而且电子控制装置又逐步实现了由分立元件向集成化的过渡。,1. 汽车电子技术发展简介,这一阶段，装备汽车的其他电子装置还有转向系统电子式闪光器、电子控制式喇叭、电子式间歇刮水控制器、数字时钟及高能点火（HEI
2、）线圈和集成电路点火系统等。,2）第二阶段子系统层次的汽车电脑控制时代,19801995年属于子系统层次的汽车单片机（汽车电脑）控制时代。在这一时期，单片机（微处理器）在汽车上得到广泛应用，以单片机为控制核心，以实现特定控制内容或功能为基本目的的各种电子控制系统得到了迅速发展。,进入20世纪90年代，出现全面、综合的电子控制系统。,电子控制技术在汽车上的广泛应用，不仅拓展了电子控制的功能和控制内容，提高了控制精度和汽车性能，而且也为汽车网络技术的发展奠定了坚实的基础。,3）第三阶段整车联网层次的汽车网络化时代,19952010年属于整车联网层次的汽车网络化时代。采用先进的单片机技术和车载网络技
3、术，形成了车上的分布式、网络化的电子控制系统。整车电气系统被连成一个多ECU、多节点的有机的整体，使得其性能也更加完善。,目前，世界主要汽车制造商生产的的多数汽车上均采用了以CAN、LIN、MOST、DDB等为代表的网络控制技术，将车辆控制系统简化为节点模块化 ,极大地提升了汽车的整体控制水平,极大地提升了汽车的整体控制水平。,BMW E60的汽车网络系统,AUDI A4的汽车网络系统,网络化时代的汽车电子技术注重解决汽车内部各个系统之间的信息交换问题,4）第四阶段以Telematics技术为代表的汽车信息化时代,汽车网络技术是现代汽车电子技术的重要组成部分，也是现代汽车通信与控制的基础。伴随
4、着汽车网络技术的日趋成熟，汽车电子技术开始向信息化时代迈进。,信息化时代的汽车电子技术可以实现车内网络与车外网络之间的信息交换，全面解决人车外部环境之间的信息交流问题。,Telematics简介,Telematics是远程通信技术（Telecommunications）与信息科学技术（Informatics）的合成词，意指通过内置在汽车、航空器、船舶、火车等运输工具上的计算机网络技术，借助无线通信技术、GPS卫星导航技术，实现文字、图像、语音信息交换的综合信息服务系统。,也就是说，Telematics技术整合了汽车网络技术（也包括其他移动运输工具内部的网络技术）、无线通信技术、GPS（Glob
5、al Positioning System，全球定位系统）卫星导航技术，通过无线网络，随时给行车中的人们提供驾驶、生活、娱乐所必需的各种信息。,通常所说的Telematics就是指应用无线通信技术的车载电脑系统。Telematics是无线通信技术、卫星导航系统、网络通信技术和车载电脑的综合产物，被认为是未来的汽车网络技术的发展趋势。,Telematics信息交换过程示意图,GPS全球卫星定位系统,电子地图与语音导航,后座多媒体影音娱乐系统,2.总线传输技术的发展史,早在1968年，美国的艾塞库斯就提出了利用单线多路传输信号的构想。 从1980年起，汽车内开始装用车载网络。 1983年，丰田公司
6、在世纪牌汽车上采用了应用光缆的车门控制系统。 从1986年起，在车身系统上装用了铜线传输媒介的网络，并在日产和通用公司汽车的控制系统中得到应用。 20世纪80年代末，BOSCH公司和英特尔公司研制了专门用于汽车电气系统的总线控制器局域网(Controller Area Network)规范，简称CAN。 接着，美国汽车工程师学会(SAE)提出了J1850通信协议规范。 20世纪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逐步降低，总线技术布线进入了实用化阶段。 随着汽车电子技术的发展，欧洲提出了控制系统的新协议TTP(Time
7、Triggered Protocol)。 随着汽车信息系统对网络传输信息量要求的不断提高，先后提出了D2B协议和MOST协议。 2000年后，车载网络得以进一步细分，低端LIN网络产生。 目前，多路总线传输技术在国内外已成功地运用到各种品牌汽车上。,CAN总线 1983年，Bosch开始研究车上网络技术 1986年，Bosch在SAE大会公布CAN协议 1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器芯片 1991年，Bosch颁布CAN 2.0技术规范，CAN2.0包括A和B两个部分 1991年，CAN总线最先在Benz S系列轿车上实现 1993年，ISO颁布CAN国际标准ISO
8、-11898 1994年，SAE颁布基于CAN的J1939标准 2003年，Maybach发布带76个ECU的新车型（CAN，LIN，MOST） 2003年，VW发布带35个ECU的新型Golf ,二、汽车总线技术的技术特点,1.CAN总线的优点,控制单元间的数据交换都在同一平台上进行。这个平台称为协议，CAN总线起到数据交换“高速公路”的作用。,图2-19 控制单元间的数据交换都在同一平台上进行,可以很方便地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。,可以很方便地加装选装装置，为技术进步创造了条件，为新装备的使用埋下了伏笔。,CAN总线是一个开放系统，可以与各种
9、传输介质进行适配，如铜线和光导纤维（光纤）。,对控制单元的诊断可通过K线来进行，车内的诊断有时通过CAN总线来完成（如安全气囊和车门控制单元），称为“虚拟K线”。随着技术的进步，今后有逐步取消K线的趋势。,可同时通过多个控制单元进行系统诊断。,2.CAN总线的结构特点,可靠性高；使用方便；数据密度大；数据传输快；采用双线传输，抗干扰能力强，数据传输的可靠性高。,为什么汽车中采用的是CAN,已作为标准实施 节点多 价格便宜 广泛的开发和检测工具 能满足很高的安全性要求 抗干扰能力强 安全的数据通讯协议,三、CAN总线简介,CAN是Controller Area Network（控制器局域网）的缩
10、写，是国际标准化的串行通信协议。目前，CAN总线是汽车网络系统中应用最多、也最为普遍的一种总线技术。,到目前为止汽车内所采用的数据传输方法： . 每一条信息都通过各自的线路进行交换。 . 控制单元间所有信息通过最多两条线路（CAN-Bus )进行交换。,1.几个基本概念,数据传输,每条信息都需要各自的线路，因此随着信息量的不断加大，所需的线路以及控制单元上的插头数目也随之增加。 因此这种数据传输模式仅适用于信息量数目有限的情况下。,第一种方法下若要传输5个信息则需要5条线路，如下图所示：,与第一种方法不同，CAN数据总线中，所有信息沿两条线路传输。,当控制单元间需要交换大量信息时，CAN-Bu
11、s的优越性就体现出来了。,在具有3个控制单元的系统中采用CAN数据总线进行信息传输的示意图，相应地，汽车内部的线束连接也变得简洁、清晰，不再是一团乱麻。,在具有3个控制单元的系统中采用 CAN数据总线进行信息传输,汽车内部的电线（线束）数量（装备3个电子控制单元）,数据总线，简单地说，就是指一种能在一条（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系统的信息传输效率，充分利用有限的资源。,作为一种优良的信息传输方式，总线技术在工业生产、科学研究和日常生活中的应用极为广泛，随处可见。例如，我们每天
12、工作、学习中使用的键盘与计算机主机之间的信息传输，就是采用数据总线技术进行的。,数据总线的速度通常用波特率来表示，波特率是每秒千字节数(kbit/s )。,数据总线,数据总线将不同的设备连接起来，并进行数据交换。,总线,总线节点,1,2,3,4,在总线系统中，传统意义上的传感器、执行器称为总线辅助装置。同一现场的一个或多个辅助装置与控制器（控制单元）组合，构成节点（也称为总线模块）。,由于单片机技术和网络技术的高速发展，在现代汽车的CAN总线中，一个节点可以包括十几个传感器和执行器，即一个节点可以同时接收并发送十几个传感器信号，同时控制十几个执行器。,在大众速腾（SAGITAR）汽车的电源管理
13、系统中，J519作为中央电器控制网络系统的一个节点，可以实现电源管理、车外灯控制、车内灯控制、仪表照明及光亮度调整、转向信号控制、接线柱控制、前/后风挡玻璃的雨刷控制、燃油泵电源接通、发电机励磁、后风窗加热等十几种功能，控制功能十分丰富。,中央电器控制单元J519作为中央电器控制网络系统的一个节点存在 J519中央电器控制单元；J527转向柱控制单元,速腾轿车车载网络系统,汽车总线传输系统（车载网络）是一种局域网，可以实现系统内信息资源的共享。,网关,上一页,下一页,返回,迈腾轿车CAN - BUS数据总线由网关连接的系统,识别和改变不同总线网络的信号和速率,改变信息优先级,网关可作为诊断接口
14、,网关 定义:,网关（gateway，略作GW）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。,网关又称网间连接器、协议转换器。网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。,大众速腾汽车的网关J533负责将动力系统、舒适系统、信息系统、组合仪表、诊断总线、LIN总线等连成网络。,速腾网关J533,速腾网关的安装位置,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 II诊断数据语言，方便诊断；,（2）网关可以实现低速网络和高速网络的信息共
15、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）激活和监控局域网络的工作状态；,（5）实现汽车网络系统内数据的同步性；,（6）对信息标识符作翻译。,通过网关连接不同的总线系统 1线形总线系统（如车身总线）；2网关 ； 3环形总线系统（如MOST）,2.CAN总线的组成,1）.CAN总线的基本系统,CAN总线的基本系统由多个控制单元和两条数据线组成，这些控制单元通过所谓收发器（发射-接收放大器）并联在总线导线上。,图 CAN总线的数据传输与公交车载运乘客相似,CAN总线系统采用双绞线进行数据传输。这两根导线中，一根称为CAN-High导线，另一根导线称为CAN-Low导线。
16、,在双绞线上，信号是按相反相位传输的，这样可有效抑制外部干扰。,图 CAN总线的双绞线,2）.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108 bit。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。,CAN总线的信息结构,3）.信息的发送与接收,CAN数据总线在发送信息时，每个控制单元均可接收其他控制单元发送出的信息。在通信技术领域，也把该原理称为广播。,四、汽车网络的分类,1.按网络拓扑结构分类,网络的拓扑结构（Topological Structure）是指网上计算机或设备与信息传输介质形成的节点与数据传输线的物理构成模式。汽车网络的拓扑结构主要有线形结构、星形结构、环形结构等几种。,1）线形拓扑结构,线形拓扑结构是一种信道共享的物理结构。这种结构中总线具有信息的双向传输功能，普遍用于控制器局域网的连接，总线一般采用同轴电缆或双绞线。,2）星形拓扑结构,星形拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互
