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1、第6章电动汽车总线系统,6.1概述6.2CAN总线系统6.3其他总线系统,6.1概述,6.1.1车载总线系统简介6.1.2车载总线技术的发展6.1.3车载总线系统拓扑结构6.1.4车用总线协议标准6.1.5总线结点的典型设备,6.1.1车载总线系统简介, 减少了线束的数量和体积，因而也就降低了线束的造价和质量，提高了电子系统的可靠性，使之维修容易，安装简便。 由于采用了通信传感器(如动力系统和传动系统共用车速传感器)，通过总线进行数据通信，可以达到消除冗余传感器并实现数据共享的目的。 改善了汽车系统设计和配置的灵活性，即通过总线的软、硬件变化可以实现整车功能的变化和扩展，真正实现汽车各个装置的
2、模块化。 使用总线将汽车各个电子装置连接起来，让汽车真正成为系统控制的整体对象，有力改进和完善了汽车动力性、排放性、操纵性、经济性和安全性。,6.1.1车载总线系统简介,图6-1常规方法布线网络,若沿用常规的点点间的布线方法进行布线，那么整车的布线将会如一团乱麻，其布线网络如图6-1所示。,6.1.1车载总线系统简介,图6-2CAN总线布线网络,车载总线技术的出现有效地解决了上述问题，图6-2为采用CAN总线的布线方式，通过总线网络，实现传感器的数据共享，消除了冗余的传感器，大大简化了布线网络，降低了维修的难度。,6.1.2车载总线技术的发展,早在1968年，艾塞库斯就提出了利用单线多路传输信
3、号的构想。从1980年起，汽车内开始使用车载总线。 . 1992年，奔驰公司作为第一个采用CAN总线技术的公司，将CAN总线系统装配在客车上。 随着汽车技术的发展，欧洲又以与CAN协议不同的思路提出了控制系统的新协议TTP（时间触发），并在X-by-Wire系统上开始应用。 为了实现音响系统的数字化，建立了将音频数据域信号系统综合在一起的AV网络 。 车载网络的应用不仅涉及汽车上各电子装置的硬件连接，网络相关软件也必然成为每个电控单元软件中的一部分。,6.1.3车载总线系统拓扑结构,(1)总线型网络拓扑结构(2)环形网络拓扑结构(3)星形网络拓扑结构,(1)总线型网络拓扑结构,图6-3总线型网
4、络拓扑结构,图6-3为某电动汽车总线型网络拓扑结构，即将网络中的所有设备通过相应的硬件接口直接连接到公共总线上，结点之间按广播方式通信，一个结点发出的信息，总线上的其他结点均可“收听”到。,(2)环形网络拓扑结构,图6-4某轿车MOST总线环形网络拓扑结构,图6-4为某轿车MOST环形网络拓扑结构。所谓环形网络拓扑结构是指各结点通过通信线路组成闭合回路，环中数据只能单向传输，信息在每台设备上的延时时间是固定的。,(3)星形网络拓扑结构,图6-5星形网络拓扑结构,星形网络是一种以中心处理器为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构，如图6-5所示。,6.1.4车用总线协议标准,表6-1汽车网
5、络的划分,国际上众多知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于车用总线与网络技术的研究与应用。经过近30年的发展，目前在汽车控制的领域已存在多种总线网络标准，其侧重功能有所不同。为了方便研究和设计应用，汽车工程师协会（SAE）按照总线数据传输速率和应用场合把汽车网络划分为A、B、C三类，如表6-1所示。,6.1.5总线结点的典型设备,(1)整车控制器(2)车载数据终端,(1)整车控制器, 微控制器作为整车控制器的控制中心，负责数据的运算和处理。 模拟量调理模块用于模拟输入量的滤波和调理，其一端与多个传感器相连，另一端与微控制器相连。 开关量调理模块用于开关输入量的电平转换和整型，其一端与多个
6、开关量传感器相连，另一端通过光隔离器与微控制器相连。 仪表驱动模块用于驱动组合仪表和辅助仪表，其一端通过光隔离器与微控制器相连，另一端与多个仪表相连。 继电器驱动模块用于驱动多个继电器，其一端通过光隔离器与微控制器相连，另一端与多个继电器相连。,(1)整车控制器, 高速CAN总线接口模块用于提供高速CAN总线接口，其一端通过光隔离器与微控制器相连，另一端与系统高速CAN总线相连。 信息存储模块用于记录整车电控系统的相关信息及故障信息，与微控制器相连。 通信接口模块作为与其他设备相连的接口与微控制器相连。,(1)整车控制器,图6-6电动汽车整车控制系统,(2)车载数据终端,图6-7电动汽车远程监
7、控系统,车载数据终端将实时采集的汽车状态信息通过无线传输网络，传递给远程监控平台的服务器，服务器将数据进行分析，判断电动汽车的运行状态，并将相应数据存储在数据库中，以便对电动汽车服务跟踪。,6.2CAN总线系统, CAN总线上任一结点都可以在任何时刻主动向总线请求发送报文。另外，结点还可以通过远程请求方式，要求某些结点发送相关报文。 采用非破坏性的总线仲裁技术，当多个结点同时向总线发送报文时，按照显位(逻辑值为0)覆盖隐位(逻辑值为1)的原则决定报文优先级，优先级低的结点自动退出发送，而优先级最高的结点可不受影响继续发送。 通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点甚至全局广播的通信，不必专门“调
8、度”。当报文发送到总线上后，总线上所有结点通过报文滤波，均可选择接收或拒绝。,6.2CAN总线系统, 采用短帧结构，减小传输时间，从而降低传输过程中受干扰的概率。采用差分方式的数据传输，具有较强的抗干扰能力。另外，循环冗余校验及其他检错措施，减小了总线中的漏检率。 结点在错误严重的情况下具有自动关闭功能，减小错误结点对总线上其他结点的影响。 结点数取决于总线驱动电路，最多可达110个，报文标识符可达2032种(CAN 2.0A)，而扩展标准(CAN 2.0B)的报文标识符几乎不受限制。,6.2CAN总线系统,6.2.1CAN总线系统的组成6.2.2数据传输形式和数据传输原理 6.2.3CAN总
9、线应用实例,6.2CAN总线系统,图6-8CAN总线数据传输示意,CAN是Controller Area Network（控制器局域网络）的缩写，含义是电控单元通过网络进行数据交换，CAN总线传输可比作公交汽车（见图6-8），每个控制单元均可随时主动的向CAN总线发出指令，每个控制单元也均可随时接受CAN总线传输过来的信息。,6.2CAN总线系统, CAN总线上任一结点都可以在任何时刻主动向总线请求发送报文。另外，结点还可以通过远程请求方式，要求某些结点发送相关报文。 采用非破坏性的总线仲裁技术，当多个结点同时向总线发送报文时，按照显位(逻辑值为0)覆盖隐位(逻辑值为1)的原则决定报文优先级，
10、优先级低的结点自动退出发送，而优先级最高的结点可不受影响继续发送。 通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点甚至全局广播的通信，不必专门“调度”。当报文发送到总线上后，总线上所有结点通过报文滤波，均可选择接收或拒绝。 采用短帧结构，减小传输时间，从而降低传输过程中受干扰的概率。采用差分方式的数据传输，具有较强的抗干扰能力。另外，循环冗余校验及其他检错措施，减小了总线中的漏检率。,6.2CAN总线系统, 结点在错误严重的情况下具有自动关闭功能，减小错误结点对总线上其他结点的影响。 结点数取决于总线驱动电路，最多可达110个，报文标识符可达2032种(CAN 2.0A)，而扩展标准(CAN 2.0B
11、)的报文标识符几乎不受限制。,6.2.1CAN总线系统的组成,(1)控制单元(2)控制器(3)收发器(4)终端电阻,6.2.1CAN总线系统的组成,图6-9CAN总线的组成,(1)控制单元,控制单元是CAN总线主要的计算器，将控制器传递来的信息进行运算，将运算数据传输给控制器。还具有故障记忆功能。,(2)控制器,图6-10控制单元内部结构,控制器是CAN总线通讯的控制单元，主要作用是接收来自传感器的信号，形成要发送的指令，或将总线通过接收器传递信号进行转换传递给控制单元（CPU），再将控制单元传来的信号形成发送指令通过发送器传递至总线。或直接驱动执行单元。,(3)收发器, 如果某一开关已闭合，
12、电阻就有电流通过，于是总线导线上的电压就为0V，总线状态为0。 如果所有开关均未闭合，那么就没有电流流过，电阻上就没有压降，于是总线导线上的电压就为5V，总线状态为1。,(3)收发器,图6-11收发器与TX线耦合,(3)收发器,图6-12总线开关状态示意,(3)收发器,图6-13在一条总线上耦合的三个收发器,见图6-13，假设有三个控制器收发耦合在同一根总线导线上，开关闭合表示1（无源）；开关闭合表示0（有源）。则收发器C有源，收发器A和B无源。,(4)终端电阻,整个CAN总线系统共有两个终端电阻，分别安装在系统的两个控制单元内，其作用是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射。若终端电阻出现故障
13、，则是因为线路的反射影像，导致控制单元的信号无效。,6.2.2数据传输形式和数据传输原理,(1)数据传输形式(2)数据传输原理(3)CAN总线传递数据的格式(4)传递的信息,(1)数据传输形式,目前，在汽车上应用的总线数据传输可以采用单线形式，也可以采用双线形式。原则上数据传输总线用一条导线就可以满足功能要求了，使用第二条导线传输信号只不过是与第一条导线上传输信号形成镜像关系，这样就可以有效地抑制外部干扰。电控单元之间的所有信息都是通过两根数据线CAN-low和CAN-High来传输的。电控单元之间进行大量的信息交换，CAN总线也能完全胜任，如果需要增加额外信息，只需修改软件即可。,(2)数据
14、传输原理,CAN总线中的数据传递就像一个 会议。一个 用户（电控单元）将数据“讲入”总线中，其他用户通过总线，“接听”这个数据，对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其他用户则会选择忽略。,(3)CAN总线传递数据的格式, 开始域：标志着数据列的开始，由1位构成。带有大约5V电压(由系统决定)的1位被送入高位CAN线；带有大约0V电压的1位被送入低位CAN线。 状态域：判断数据中的优先权，由11位构成。如果两个控制单元都要发送各自的数据，那么，具有较高优先权的控制单元先发送。 检查域：用于显示在数据域中所包含的信息项目数，由6位构成。在本部分，允许任何接收器检查是否已经接收到所传递过来的所有信
15、息。 数据域：传给其他电控单元的信息，最大由64位构成。 安全域：检测传递数据中的错误，由16位构成。,(3)CAN总线传递数据的格式, 确认域：确认域由2位构成。在此，CAN接收器立即通知CAN发送器，确认CAN接收器已经收到传输数据。若检查到错误，CAN接收器立即通知CAN发送器，CAN发送器将再重新发送一遍数据。 结束域：由7位构成，标志数据列的结束。此部分是显示错误并重复发送数据的最后一次机会。,(3)CAN总线传递数据的格式,图6-14CAN总线传递数据的格式,(4)传递的信息,图6-15二进制数据流,用于交换的数据称为信息，每个控制单元均可发送和接收信息。信息是以二进制值系列（0和
16、1）来表示，其中包含着要传递的物理量，例如，发动机转速为1800r/min可表示为00010101，见图6-15。,(4)传递的信息,图6-16数据传递和广播原理一样,每个控制单元均可接收信息。人们也把该原理称为广播，就像一个广播电台发送某一节目一样，每个连接的用户均可接收，但收与不收由用户决定。这种广播方式可以使得连接的所有控制单元总是处于相同的信息状态，见图6-16和6-17。,(4)传递的信息,图6-17控制单元内部的信息交换,6.2.3CAN总线应用实例,(1)电动客车整车总线系统(2)CAN总线在能量管理系统中的应用,(1)电动客车整车总线系统,图6-18电动客车整车CAN总线系统,目前国内很多大中城市都有纯电动公交客车运营，多采用基于多路CAN总线的电动客车通信协议。图6-18为某电动客车的整车总线系统，该系统通过CAN总线实现了整车信息共享及数字化控制。,(2)CAN总线在能量管理系统中的应用,图6-19基于CAN总线的能量管理系统,图6-19为基于CAN总线的能量管理系统，该系统主要是采集车体运行状况数据和电池的电压、电流和温度数据。,6.3其
