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1、2019/5/25,1,汽车车载网络系统检修,中国职业技术教育学会科研项目优秀成果 高等职业教育汽车专业“双证课程”培养方案规划教材 人民邮电出版社 主编：李 雷,2019/5/25,2,第1章 车载网络系统基础知识 第2章 常用车载网络信息传输系统 第3章 大众车系车载网络系统检修 第4章 奥迪车系车载网络系统检修 第5章 丰田多路传输系统检修,2019/5/25,3,第1章 车载网络系统基础知识,2019/5/25,4,1.1 认识车载网络系统,1.1.1车载网络系统的应用背景 很多汽车采用了多个电控系统，如奔驰600SEL采用了20多个电控模块。 为了提高汽车综合控制的准确性，控制系统迫
2、切需要输入、输出信号/数据共享。当电控模块共享输入信息时，就能对汽车进行更为复杂的控制。,2019/5/25,5,1.1.2车载网络系统的作用 为了简化线路，提高各电控单元之间的通信速度，汽车制造商开发设计了新的总线系统，即车载网络系统，把众多的电控单元连成网络，其信号通过数据总线的形式传输，可以达到信息资源共享的目的。 车载网络系统的出现同时也提高了汽车综合控制的准确性，当电控单元共享输入信息时，就能对汽车进行更为复杂的控制。例如，发动机控制单元可以利用来自安全气囊控制单元的碰撞信号来决定电动燃油泵控制电路是否需要被切断。,2019/5/25,6,1.1.3车载网络系统的发展史 1986年2
3、月Robert Bosch公司在美国汽车工程师协会（SAE）大会上介绍了一种新型的串行总线CAN（Controller Area Network，控制器局域网。 随后，美国汽车工程师协会提出了J1850；日本也提出了各种各样的网络方案。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（Time Triggered Protocol，基于时间触发的协议），并在X-by-Wire系统上开始应用。汽车上出现了Drive-by-Wire系统、Steering-by-Wire系统、Brake-by-Wire系统，将这些系统统称为X-by-Wire系统。 当对汽车引入智能交通
4、系统（ITS）时，由于要与车外交换数据，所以，在信息系统中将会采用更大容量的网络，例如DDB协议、MOST及IEEE1394等。,2019/5/25,7,1.1.4典型车载网络系统的结构与组成,典型的汽车车载网络系统的结构 l-ABS模块 2-动力系统控制模块（PCM） 3-电子自动温度控制（EATC） 4-集成控制板（ICP）5-虚像组合仪表 6-照明控制模块（LCM） 7-驾驶员座椅模块（DSM）8-驾驶员车门模块（DDM） 9-移动电话模块 10-汽车动态模块,2019/5/25,8,汽车车载网络系统结构示意图,2019/5/25,9,1.2 车载网络系统的要求及应用,1.2.1 汽车对
5、通信网络的要求 汽车多个ECU之间的网络布局常见的有分级式和分开式两种。,分级式网络布局,2019/5/25,10,分开式网络布局,2019/5/25,11,2数据通信 连接到车载网络的各个ECU按需要从总线上接收最新的信息以操纵各个系统。 汽车内ECU之间与办公用微机之间的数据传输特征不尽相同，主要差别在于传输频率。汽车内ECU之间的数据传输频率是变化的，在一个完善的汽车电子控制系统中，许多动态信息必须与车速同步。为了满足各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。但每个ECU对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。,2019/
6、5/25,12,1.2.2 车载网络系统在汽车上的应用 车载网络系统在汽车上的应用非常多，按照应用系统加以划分的话，车用网络大致可以分为4个系统：动力传动系统、车身系统、安全系统、信息系统。 1动力传动系统 动力CAN数据总线连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑（动力CAN数据总线可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑）。总线可以同时传递10组数据，发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组、自动变速器电脑2组。数据总线以500kbit/s速率传递数据，每一数据组传递大约需要0.25ms，每一电控单元7ms20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元、发动机电
7、控单元、自动变速器电控单元。,2019/5/25,13,2车身系统 与动力传动系统相比，汽车上的各处都配置有车身系统的部件，线束长，容易受到干扰。舒适CAN数据总线连接5个控制单元（包括中央控制单元及4个车门的控制单元），有5个功能：中央门锁、电动窗、照明开关、后视镜加热及自诊断功能。 3安全系统 安全系统是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动等的控制系统。由此使用的节点数将急剧地增加。对此系统的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。 4信息（娱乐、ITS）系统 对信息系统通信总线的要求是容量大、通信速度非常高。,2019/5/25,14,1.2.3 车载网络系统常用术语 1数据总线 数据总
8、线是模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信号可以被多个系统（控制单元）共享，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。如果系统可以发送和接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线。 2CAN CAN（Controller Area Network，控制局域网），是国际上应用最广泛的现场总线之一。 3局域网 在一个有限区域内连接的计算机的网络称为局域网。一般这个区域具有特定的职能，通过这个网络实现这个系统内的资源共享和信息通信。,2019/5/25,15,4现场总线 现场总线（Field Bus）是在工业过程控制和生产自动化领域发展起来的
9、一种网络体系，是在过程现场安装在控制室先进自动化装置中的一种串行数字通信链路。 5多路传输 多路传输用SWS（Smart Wiring System）表示，是指在同一通道或线路上同时传输多条信息。事实上，数据信息是依次传输的，但速度非常快，似乎就是同时传输的。 6模块/节点 模块就是一种电子装置。简单一点的如温度和压力传感器，复杂的如计算机（微处理器）。传感器是一个模块装置，根据温度和压力的不同产生不同的电压信号，这些电压信号在计算机的输入接口被转变成数字信号。在计算机多路传输系统中一些简单的模块被称为节点。,2019/5/25,16,7网络 为了实现信息共享而把多条数据总线连在一起，或者把数
10、据总线和模块当作一个系统。从物理意义上讲，汽车上许多模块和数据总线距离很近，因此被称之为LAN（局域网）。 8网关 因为汽车上往往不只使用一种总线和网络，所以必须用一种方法达到信息共享，而不产生协议间的冲突。例如，车门打开时，发动机控制模块也许需要被唤醒。为了使采用不同协议及速度的数据总线间实现无差错数据传输，必须要用一种特殊功能的计算机，这种计算机就叫做网关。 9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，这就是数据传输的单元，称为帧。,2019/5/25,17,1.3车载网络系统通信协议,1.3.1 通信协议概述 通信协议是指通信双方控制信息交换规则的标准、约定的集合，
11、即指数据在总线上的传输规则。简单地说，两个实体要想成功地通信，它们必须“说同样的语言”，并按既定控制法则来保证相互的配合。 通信协议的种类繁多，可分为如下几类。 在一个简单的通信协议中，模块不分主从，根据规定的优先规则，模块间相互传递信息，并且都知道该接收什么信息。 一个模块是主模块，其他则为从属模块，根据优先规则，主模块决定哪个从属模块发信息以及何时发送信息。 所有的模块都像旋转木马上的骑马人，一个上面有“免费券”挂环的转圈绕着他们旋转。当一个模块有了有用的信息，它便抓住挂环挂上这条信息，任何一个需要这条信息的模块都可以从挂环上取下这条信息。 通信协议中有个仲裁系统，通常这个系统按照每条信息
12、的数字拼法为各数据传输设定优先规则。,2019/5/25,18,1.3.2 接口与实体 接口是为两个系统、设备或部件之间连接服务的数据流穿越的界面。计算机通信接口由设备（或部件）和说明组成，一般包括4个方面内容：物理、电气、逻辑和过程。 在计算机网络内，不同系统中的实体需要通信。一般来说，实体是能够发送或接收信息的东西，而系统是包含一个或多个实体的物理物体。实体包括用户应用程序、文件传送程序包、进程、数据库管理系统、电子邮件设施及终端等。系统包括计算机、终端设备和遥感装置等。,2019/5/25,19,1.3.3 协议要素及其功能 1协议的3要素 （1）语法 确定通信双方之间“如何讲”，由逻辑
13、说明构成，对信息或报文中各字段进行格式化，说明报头（或标题）字段、命令和应答的结构。 （2）语义 确定通信双方之间“讲什么”，由过程说明构成，对发布请求、执行动作以及返回应答予以解释，并确定用于协调和差错处理的控制信息。 （3）定时规则 指出事件的顺序以及速度匹配、排序。,2019/5/25,20,2协议的功能 协议的功能是控制并指导两个对话实体的对话过程，发现对话过程中出现的差错并确定处理策略。具体说来，每个协议都是具有针对性的，用于特定的目的，所以各协议的功能是不一样的；但是还有一些公共的功能是大多数协议都具有的。这些功能包括以下4个方面。 （1）差错检测和纠正 （2）分块和重装 （3）排
14、序 （4）流量控制,2019/5/25,21,1.3.4 协议的类型 协议可根据其不同特性进行分类，可分为直接型/间接型、单体型/结构化型、对称型/不对称型、标准型/非标准型等。 1直接型/间接型 两个实体间的通信，可以是直接的或间接的。例如，两个系统若共享一个点点链路，那么这些系统中的实体就可以直接通信。此时数据和控制信息直接在实体间传递而无任何中间的信息处理装置，所需要的协议属于直接型。 2单体型/结构化型 在两个实体间通信任务比较简单的情况下，采用单一协议来控制通信，这种协议被称为单体型协议。面临复杂的情况时，可采用结构化型协议，即以展示为层次或分层结构的协议集合来代替单体型协议。,20
15、19/5/25,22,3对称型/不对称型 大部分的协议属于对称型，即它们关联于同等的实体之间通信。不对称的协议可以是交换逻辑的要求（例如，一个用户进程和一个服务进程），或者是为了尽可能使实体或系统保持简单。 4标准型/非标准型 一个部门或者一个国家都希望制定标准型协议，促进组建计算机网络和分布处理系统。非标准型协议一般都是发展中的产物，或者为特定通信环境所设计。,2019/5/25,23,1.3.5 常用的通信协议 1常用通信协议形式 常用通信协议包括CAN、BASIC CAN、ABWS、VAN、HBCC、PALMENT、DLCS、CCD等类型。 2车载网络协议标准 国际上众多知名汽车公司早在
16、20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同。 按系统的复杂程度、信息量、必要的动作响应速度、可靠性要求等将多路传输系统分为低速（A）、中速（B）、高速（C）3类。,2019/5/25,24,小 结,本章简单介绍了车载网络系统，车载网络系统的作用、优点和目前的使用情况；汽车对通信网络的要求，车载网络系统在汽车上的应用和车载网络系统常用术语；车载网络系统通信协议等。 本单元应着重掌握车载网络系统的定义、术语和应用。,2019/5/25,25,第2章 常用车载网络信息传输系统,2019/5/25,26,2.1 CAN数据总线系统,CAN数据总线具有十分优越的特点，诸如低成本，极高的总线利用率，较远的数据传输距离（可达10km），较高的数据传输速率（可达1Mbit/s），可根据信息的ID决定接收或屏蔽该信息，可靠的错误处理和检错机制，发送的信息遭到破坏之后可自动重发，各控制单元在错误严重的情况下具有
