现代汽车系统控制技术第十章

1第10章车载网络系统控制210.1车载网络技术概述10.1.1车用多路传输技术20世纪90年代以来，汽车上的控制单元越来越多，例如发动机控制单元、防抱死制动控制单元(ABS)、自动变速器控制单元、安全气囊控制单元、电动门窗控制单元和主动悬架控制单元等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上的线路越来越复杂。如果仍采用常规的线束布线方式，将导致汽车上电线数目急剧增加。有报道指出，车用电路网络的容量和复杂性每10年就会翻倍，在某些轿车上，仅在仪表板区域，就有100多条导线和接插件被用于设备和开关的连接。310.1.2车载网络基本概念车载多个处理器之间相互连接、协调工作并共享信息，这样就构成了车载计算机网络系统，简称车载网络。车载网络运用多路传输技术，采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并通过网关单元实现整车的信息共享和网络管理。由于车载网络应用的是计算机局域网技术，里面涉及许多计算机专用术语，如局域网、数据总线、网络、通信协议、网关等，所以有必要了解这些基本概念。410.2CAN总线技术规范CAN总线传输的一种基本的规则是分时。在这种规则下，总线在每一时刻只能被1个控制单元占用，由这1个控制单元传递信号。由于电信号传播的速度极快，因此数据总线完全可以满足许多部件进行分时信号传递的需要。在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃和雷诺等车型都将CAN作为电子控制单元联网的手段。由于我国中高级轿车主要以欧洲车型为主，因此欧洲车型应用最广泛的CAN技术，也将是国产轿车引进的主要技术项目。510.2.1CAN总线物理层CAN物理层子层结构610.2.2CAN总线数据链路层数据链路层是CAN的核心部分，保证物理层处于各种通信环境条件下，都能向高层提供一条无差错高可靠性的传输通道。数据链路层包括逻辑链路控制子层(LogicLinkControl)介质访问控制子层(MediumAccessControl)。LLC子层实现接收过滤、过载通知和管理恢复等功能，MAC子层实现数据打包/解包、帧编码/解码、媒体访问管理、错误检测、接收应答、串并转换等功能。CAN定义了四种帧：数据帧、远程帧、错误帧、过载帧，另外，数据帧或远程帧与前一个帧之间都会有一个隔离域，即帧间空间。CAN2.0B协议规定了数据帧和远程帧可以使用标准和扩展两种格式。710.3车载网络系统结构与控制全车CAN网络拓扑结构810.3.1动力总成系统网络动力总成CAN网络用于连接所有动力系统的控制单元，主要包括：(1)发动机控制单元；(2)自动变速器控制单元；(3)ESP/ABS控制单元；(4)EPS控制单元；(5)悬挂系统控制单元；(6)胎压报警控制单元；(7)整车控制单元。910.3.2车身系统网络车身CAN网络用于连接所有安全系统的控制单元，主要包括：(1)防盗报警控制单元；(2)安全气囊控制单元；(3)发动机室控制单元；(4)转向盘下控制单元；(5)雨水传感控制单元；(6)天窗控制单元；(7)左前车身控制单元；(8)右前车身控制单元；(9)左后车身控制单元；(10)右后车身控制单元；(11)整车控制单元。1010.3.3舒适系统网络舒适CAN网络用于连接车载人机交互设备，主要包括：(1)组合仪表控制单元；(2)多功能显示屏控制单元；(3)辅助驻车控制单元；(4)侧轨迹跟踪控制单元；(5)CD机控制单元；(6)空调控制单元；(7)空调控制界面；(8)转速表控制单元；(9)左前车门控制单元；(10)右前车门控制单元；(11)收音机控制单元；(12)整车控制单元。1110.4车载网络系统设计10.4.1系统硬件设计车载CAN网络系统的硬件设计主要是控制单元CAN通道的设计。一个完整的CAN总线控制单元应该包括微控制器、CAN控制器和CAN收发器三部分。其中微控制器负责完成CAN控制器的初始化，进行与CAN控制器的数据传递，并执行特定的控制算法；CAN控制器主要负责将数据以CAN报文的形式传递，并进行系统的诊断、测试以及处理CAN总线上的错误等；CAN收发器是CAN控制器和CAN总线之间的接口。1210.4.2应用层协议设计1．优先级P29位标识符的前3位被用来定义报文的优先级，优先级用于在仲裁过程中判断报文的发送顺序。000表示优先级最高，需要高速控制的报文一般具有比较高的优先级。比如，由变速器发给发动机的力矩控制报文就具有较高的优先级。没有严格时间限的报文可以定义较低的优先级。比如，发动机配置报文。不同报文的优先级域是可以通过编程设置的，因此，车载网路系统制造厂商可以借此调节网络通信。132．保留位R保留位由SAE保留以备今后开发使用，所有消息应在传输中将SAE保留位置0。3．数据页DP用于区别参数组，参数组号首先填满第0页，然后再向第1页分配，目前定义的参数组均在第0页。4．PDU格式PFPDU代表协议数据单元，协议数据单元格式PF是一个8位场，它定义了两种协议数据单元格式：格式1和格式2。当8位二进制数的数值小于或等于239时表示格式PDU1，大于或等于240时表示格式PDU2。格式1用于向特定控制单元发送参数组，格式2用于将参数组作为广播报文发送到各控制单元。145．PDU特性PS这也是一个8位场，根据PF的取值定义。如果PF的值低于240，即PDU1，那么PS标识报文的目标地址(需要接收报文的控制单元地址)。如果PF的值在240和255之间，那么PS包括一个组扩展值(GE)(报文以广播形式发送)。GE提供了大量的报文标识符，可以实现向网络上的所有节点的广播发送。在J1939协议中，通常使用PDU2实现广播形式的报文发送。156．源地址SA源地址的长度为8位，代表发送报文的控制单元的地址。在给定的网络，每一个源地址都是唯一的。根据J1939的协议，共有254的源地址可用。在同一个网络中，两个不同的控制单元的地址不能重复。J1939推荐了控制单元首选地址，从0开始，0～127分配给在工业组中最常用的控制单元；128～247给行业特定分配；248～253留给特殊的控制单元；254为空地址，255为全局地址。167．参数组号PGN保留位、数据页位、PF和PS共同定义了报文传输的参数组。参数组可以表示8字节的数据域、传输频率以及优先级。称为参数组是因为代表了特定参数的集合。参数组通过参数组号来标识，参数组号对于每一个的参数组都是唯一的。在一个数据页中最多可以定义8672个参数组号。J1939已经定义了部分的参数组和参数组号，可以向SAE申请增加新的定义。参数组号并不包括源地址，因此，在理论上，控制单元发送报文的内容没有限制。