汽车底盘及车身电控系统维修

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1、汽车底盘及车身电控系统维修第10章 车载网络技术 10.1 概述 车载网络是指汽车上多个处理器之间相互连接、协调工作并 共享信息所构成的汽车车载计算机网络系统。 10.1.1 车载网络技术简介 1.车载网络技术的发展背景 自上世纪50年代汽车技术与电子技术开始融合以来，电 子技术在汽车上的应用范围越来越大，特别是随着集成电路 、大规模集成电路和超大规模集成电路的发展，为汽车提供 功能大、速度快、性能可靠的汽车电控系统称为现实。电控 系统提高了汽车的动力性、燃油经济性、安全性和舒适性。 但随着电子技术的应用，汽车控制单元的数量不断增多，造 成相应的传感器、执行器的数目不断增加，使汽车电路越来 越

2、复杂。汽车电路数量的增加，会造成汽车的布线十分复杂 ，一方面占用汽车空间，使得在有限的汽车空间内布线越来 越 困难，另一方面也限制了功能的扩展。复杂电路也降低了 汽车的可靠性，一旦汽车线束中出了问题，查找故障也很 麻烦，增加了维修的难度。据统计，导线质量在汽车上可 占整车质量的4%，导线质量每增加50 kg，汽车油耗每百 公里会增加0.2 L。 为解决上述问题，现代汽车广泛采用车载网络技术，将过 去一线一用的专线制改为一线多用制。车载网络技术在一 条数据线上传递的信号，可以被多个系统共享，从而最大 限度地提高系统的整体效率，充分利用有限的资源，减少 汽车上电线的数目，缩小线束的直径，车载网络技

3、术将计 算机技术融入整个汽车系统之中，加速汽车智能化的发展 。 汽车传统的信息传递方式是每项信息需独立的数据线完成 ，有几个信号就要有几条信号传输线。例如宝来汽车发动 机电控单元J220与自动变速器电控单元J217之间就需要5 条信号传输线，如图10-1所示。图10-1 传统信号传递方式 如果需要传递的信号多，就需要更多的信号传输线，而采 用车载网络技术，只需要1根或2根传输线即可，如图10-2 所示。图10-2 数字总线信号传递方式 2.国内外车载网络技术的发展简史 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

4、Network）规范，简称CAN。 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，用单片机作为总线的接口端，采用总线技术的价格 逐步降低，总线技术进入了实用化阶段。 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 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， 多媒体系统总线协议标准（如D2B协议和MOST协议）应运 而生。 车载网络技术已运用到奔驰、宝马、大众、通用、丰田、本 田等公司生产的汽车上，同时相关单位也对车载网络技术传 输制订了如表10-1所示的标准。车载 网络内容速度（b/s ）研发组织CAN（

5、Controller Area Network）车身/动力传动 系统控制用 LAN协议 ，可能成为世界 标准1 MRobert Bosch公司、 ISOVAN（Vehicle Area Network）车身系统控制用LAN协议 ， 以法国为中心1 MISOJ1850车身系统控制用LAN协议 ， 以美国为中心41.6 KFord Motor公司LIN（Local Interconnect Network）车身系统控制用LAN协议 ， 低端子系统专 用20 KLIN协会TTP/C（Time Triggered Protocol by CAN）重视安全，按用途分类的控制 用LAN协议 ，通用时分多

6、路复用2-25 MTIT公司表10-1 主要车载网络的基本情况 10.1.2 车载网络基础知识 1.局域网 局域网是在一个有限区域内连接的计算机网络 ，通过该网络实现系统内的资源共享和信息通信。 连接到网络上的节点可以是计算机、基于微处理器 的应用系统或控制装置。车载网络作为一种局域网 ，其数据传输速度一般在105 Kb/s范围内，传输距 离在250 m范围内。 2.数据总线 数据总线是指模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速 公路，如图10-3所示。如果模块可以发送和接收数据，则 这样的数据总线就称为双向数据总线，汽车上的信息高速 公路实际上是一条或两条导线。图10-3 数据总线 为了对抗电

7、子干扰，双线制数据总线的两条线是绞在一起 的，如图10-4所示。各汽车制造商一直在设计各自的数据 总线，如果不兼容，就称为专用数据总线；如果是按照某 种国际标准设计的，就是非专用的，但基本上都是专用的 数据总线。图10-4 双绞线 3.模块/节点 模块/节点是一种电子装置，如温度、压力传感器。传感 器是一个模块装置，根据温度和压力的不同将产生不同的电压 信号，这些电压信号在数字装置的输入接口被转变成数字信号 ，在计算机多路传输系统中的控制单元模块被称为节点。 4.局域网的拓扑结构 所谓拓扑结构，就是网络的物理连接方式。局域网的常用 拓扑结构有三种：星型、环型、总线型。局域网多用总线型方 式，总

8、线型网络即所有入网计算机通过分接头接入到一条载波 传输线上，信道利用率较高，但同一时刻只能有两处网络节点 在相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳节点数有限，适用 于传输距离较短、地域有限的组网环境，如图10-5所示。 图10-5 总线型网络拓扑结构 5.链路 链路指网络信息传输的媒体，分为有线和无线两种类 型，目前汽车上使用的大多数链路都是有线网络。通常用 于局域网的传输媒体有：双绞线、同轴电缆和光纤。 双绞线是局域网中最普通的传输媒体，一般用于低速 传输，最大传输速率可达几Mb/s；双绞线成本较低，传输 距离较近，是汽车网络使用最多的传输媒体。 同轴电缆可以满足较高性能的传输要求，连接的网络

9、节点 较多，跨越的距离较大。 光纤在电磁兼容性等方面有独特的优点，数据传输速 度高，传输距离远。在车载网络上，特别在一些要求传输 速度高的车载网络（如车上信息与多媒体网络）上，光纤 都有很好的应用前景。 6.数据帧 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，数据单元即称为数据帧。一帧数据内应包 括同步信号、错误控制、流量控制、控制信息、数据信息 、寻址信息等。 7.传输协议 （1）协议的三要素 通信信息帧的格式； 通信信息帧的数据和控制信息； 确定事件传输的顺序以及速度匹配。 （2）协议的功能 差错监测和纠正。面向通信传输的协议常使用“应答 -重发”和通信校验进行差错的检测

10、和纠正工作，一般来说， 协议中对异常情况的处理说明要占很大的比重。 分块和重装。为符合协议的格式要求，需要对数据进行 加工处理。分块是将大的数据划分成若干小块，如将报文 划分成几个子报文组。重装是将划分的小块数据重新组合 复原，如将几个子报文组还原成报文。 排序。对发送的数据进行编号以标识它们的顺序，通过 排序，可以达到按序传递、信息流控制和差错控制等目的 。 流量控制。通过限制发送的数据量或速率，以防止在信 道中出现堵塞现象。 8.传输仲裁 当出现数个使用者同时申请利用总线发送信息时，传 输仲裁是用于避免发生数据冲突的机构。仲裁可保证信息 按其重要程度来发送。 9.车载网络分类和协议标准 （

11、1）A类总线协议标准 A类的网络通信大部分采用 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter） 标准，A类目前首选的标准是LIN。LIN是用于汽车分布式电 控系统的一种新型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12 V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采用低成本 的单线连接，传输速度最高可达20 Kb/s。 （2）B类总线协议标准 B类中的国际标准是CAN总线 ，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1 Mb/s。CAN总线通信接口中集 成了CAN协

12、议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信 数据的成帧处理，CAN协议采用CRC检验并可提供相应的 错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。 （3）高速总线系统协议标准 C类总线协议标准。在C类标准中，欧洲的汽车制造商基 本上采用的都是高速通信的CAN总线标准IS011898。而标 准J1939在货车及其拖车、大客车、建筑设备以及农业设备 上的使用，是用来支持分布在车辆各个不同位置的电控单 元之间实现实时闭环控制功能的高速通信标准，其数据传 输速率为250 Kb/s。通用公司已开始在所有的车型上使用 其专属的GM LAN总线标准，它是一种基于CAN的传输速 率为500 Kb/s的通信标准。 安全总

13、线和标准。安全总线主要用于安全气囊系统，以 连接加速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供保障 。如Delphi公司的Safety Bus和BMW公司的Byteflight。 X-by-Wire总线协议标准。X-by-Wire称为电传控制，在 飞机控制中得到广泛应用。由于目前提高汽车容错能力和 通信系统的高可靠性的需求日益增长，X-by-Wire开始应用 于汽车电子控制领域。这一类总线标准主要有TTP、 Byteflight和FlexRay。 （4）诊断系统总线标准、协议 故障诊断是为了满足 OBD（ON Board Diagnose）、OBD 或E-OBD（ European-On Boar

14、d Diagnose）标准。目前，许多汽车生 产厂商都采用ISO14230（Keyword Protocol 2000）作为诊 断系统的通信标准，它满足OBD 和OBD 的要求。 （5）多媒体系统总线协议标准 汽车多媒体网络和协议分为 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（Intelligent Data BUS-CAN）、IDB-M（ Multimedia）和IDB-Wireless，其传输速率为250 Kb/s- 100 Mb/s。低速用于远程通信、诊断及通用信息传送，IDB- C按CAN总线的格式以250 Kb/s的位速率进行信息传送。高 速主要用于实时

15、的音频和视频通信，如MP3、DVD和CD等 的播放，所使用的传输媒体是光纤，这一类主要有D2B、 MOST和IEEE 1394。D2B是用于汽车多媒体和通信的分布 式网络，通常使用光纤作为传输媒体，可连接CD播放器、 语音控制单元、电话和因特网。在无线通信方面采用 BluetoothTM规范，主要面向汽车的声音系统、信息通信等 应用系统。 10. 车载网络传输的基本原理 （1）数据传输的基本原理 车载网络中的数据传输总线的 数据传递像一个电话会议，一个电话用户（控制单元）将 数据“讲”入网络中，其它用户通过网络“接听”这个数据， 对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其它用户则选 择忽略，如图

16、10-6所示。图10- 6 数 据传 输的 基本 原理 图 数据传输总线是车内电子装置中的一个独立系统，用于在 连接的控制单元之间进行信息交换。如果数据传输总线系 统出现故障，故障就会存入相应的控制单元故障存储器内 ，可以用诊断仪读出这些故障。控制单元拥有自诊断功能 ，通过自诊断功能，还可识别出与数据传输总线相关的故 障。用诊断仪读出数据传输总线故障记录后，可按这些信 息准确地查寻故障。控制单元内的故障记录用于初步确定 故障，还可用于读出排除故障后的无故障说明。 车载网络系统由多个控制单元组成，这些控制单元通过所 谓的收发器（发射/接收放大器）并联在总线导线上，所有 控制单元的地位均相同，没有哪个控制单元有特权。在这 个意义上也称之为多主机结构，如图10-7所示。信息交换 是按顺序连续完成的。 数据传