5、汽车车载网络技术

汽车车载网络技术主讲人：车载网络技术由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH公司开发了一种设计先进的解决方案－CAN数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。车载网络的由来车载网结构常用的拓扑结构有三种：总线型、环型和星型2、环形1、总线型3、星型典型车载网络的结构典型车载网络的结构典型车载网络系统由：动力系统、车身系统、信息系统及网关组成。常用通信协议形式CAN、LIN、VAN、MOST等控制器局域网（CAN）CAN简介控制器局域网（CANControllerAreaNetwork）是一个具有很高安全等级的支持分布式实时控制的串行通讯网络，它最初出现在80年代末的汽车工业中，其基本设计规范要求有高位速率、高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。CAN的应用范围很广，从高速网络到低速网络都可以使用CAN，如用于汽车发动机电控单元、ABS电控单元、传感器等的CAN总线系统，其传输速度可1Mbit/s，而用于电动车窗电控单元的CAN总线系统，其传输速度不超过125Kbit/s。CAN收发器:安装在控制器内部，同时兼具接受和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线；数据传输终端：是一个电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，影响数据的传输；数据传输线：双向数据线，由高低双绞线组成。CAN系统组成CAN数据传输CAN数据总线可以比作公共汽车。公共汽车可以运输大量乘客，CAN数据总线包含大量的数据信息。CAN总线CAN数据总线的数据传递类似于电话会议对这个数据感兴趣的用户就会利用该数据，而其他用户则选择忽略CAN数据总线传输数据类型1、数据帧：携带数据由发送器至接收器2、远程帧：通过总线单元发送，用以请求发送具有相同标识符的数据帧3、错误帧：任何单元一旦检测发现总线错误就发送出错帧4、过帧：用于提供当前的和后续的数据帧或远程帧之间的附加延迟报文传输由以下4个不同的帧类型表示和控制数据帧数据帧由7个不同的位场组成，即：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束。数据场的长度可为0。数据帧组成如图所示。数据帧的组成1、帧起始：标志数据帧和远程帧的起始，由一个单独的“显性”位组成。只在总线空闲时，才允许站开始发送信号。2、仲裁场：由标识符和远程发送请求位（RTR）组成。标识符的长度为11位，这些位的发送顺序是从ID-10到ID-0，最低位是ID-0，最高的7位（ID-10~ID-4）必须不是全“隐性”。RTR位在数据帧中必须为“显性”，而在远程帧中必须为“隐性”。系统规定：具有最高优先权的数据先发送，标识符的二进制数值越小，其优先权越高。例如：发动机控制单元，ABS控制单元，自动变速器控制单元向总线发送数据时，三者仲裁场的标示符分别为01010000000、00110100000、10001000000，由于ABS控制单元的标识符最小，系统就优先发送ABS控制单元发动的数据。3、控制场：控制场由6个位组成，数据长度码和两个将来扩展用的保留位，这两个保留位必须发送“显性”电平，但是接收器认可“显性”和“隐性”位的全部组合。数据长度码指示了数据场的字节数目。数据长度码为4位，在控制场中被发送。数据长度码中数据字节数目编码备注：：数据帧中允许的数据字节为0,1,2,3,4,5,6,7,8。其它的数值不允许使用。4、数据场：数据场由数据帧中被发送的数据组成，它可以为0～8个字节，每个字节包括8位（最大为64位）。那么数据场是如何表示数据的呢？例如要表达节气门开度信号，系统可以用2个位表示4个节气门开度位置，用3个位表示8个节气门开度位置。如下图节气门开度数据代码DLC1DLC00.1000.2010.3110.411节气门开度数据代码DLC2DLC1DLC00.10000.20010.30100.40110.51000.61010.71100.81112个位表示的节气门开度3个位表示的节气门开度5、CRC场：由16位组成，用来检测传递数据中的错误。6、应答场：由2位组成，在应答场期间接收器通知发送器已经正确接受到数据。7、结束场结束场标志数据报告的结束，由7个隐形位组成。1、多主通信在总线空闲的时候，所有节点都可发送报文。2、仲裁在两个节点同时发送报文的场合下，利用标识符可以决定优先顺序，以比特为单位对对各报文的ID进行仲裁，仲裁获胜的节点继续发信，仲裁失败的节点立即停止发信并转为收信状态。3、系统的灵活性与总线相连的节点没有节点地址信息，因此向总线追加节点的时候，就没有必要更改与总线相连的其他节点的软件、硬件及应用层。4、通信速度可以根据网络的规模设定通信速度。同一个网络内部，对所有节点来说，必须设定相同的通信速度。通信速度不同的节点连到一起时，节点就会出错，阻碍通信CAN协议的特点5、可要求远程数据在发送远程帧时，可对其他节点提出发送数据要求。6、错误检测功能7、故障的设定在总线上的数据连续产生错误的场合下，CAN将产生错误的节点从总线上切除。8、连接CAN总线同时可以连接许多单元的网络。通信速度低，可以连接较多的单元，提高通信速度时，可以连接的单元数量将减少。LIN系统LIN协议简介Linbus是内部网络的缩写。所谓汽车中的内部网络是指所有的控制单元都在一个总成内（如空调等），并且有主控制器和子控制器之分，整个总成内（主控制器和子控制器，子控制器和子控制器）信息都由Linbus相连，然后由主控制器通过Canbus与外界相连。Linbus是CANBUS的子网。1交流介质1根导线（0.35mm2）2速度1kbt/s~20kbt/s3节点数﹤164长度﹤40m5数据制式646帧的数据大小2B-4B7结构单主多从8可靠性介于CAN网和VAN网之间LIN协议的主要特征LIN协议的基本特征1、电磁兼容性不受控制；2、无休眠机制，其能耗不可控；3、不能进行诊断。车载网络系统应用一、大众车系车载网络系统（一）发展1、大众公司首次在97年PASSAT的舒适系统上采用了传送速率为62.5Kbit/m的Canbus。2、98年在PASSAT和GOLF的驱动系统上增加了Canbus，传送速率为500Kbit/m。3、2000年，大众公司在PASSAT和GOLF采用了带有网关的第二代Canbus。4、2001年，大众公司提高了Canbus的设计标准，将舒适系统Canbus提高到100Kbit/m,驱动系统提高到500Kbit/m。5、2002年，大众集团在新PQ24平台上使用带有车载网络控制单元的第三代Canbus。6、2003年，大众集团在新PQ35平台上使用五重结构的Canbus系统，并且出现了单线的LIN-BUS。（二）大众车载网络系统类型由于汽车不同控制器对CAN总线的性能要求不同，因此最新版本的CAN总线系统人为设定为5个不同的区域，分别为驱动系统、舒适系统、信息系统、多功能仪表、诊断总线等5个局域网。CAN仪表CAN驱动CAN信息CAN舒适CAN诊断BSGKlimaKomfortTürVRTürVLTürHRTürHLSMLSLWSEPSAirbagABS/ESPGetriebeMotorSensorClusterRadioTelefonWischerlWischerr诊断接口基本构造CAN-区域图网关序号子局域网名称电源提供传输速率（kbs/s）1驱动系统15号线5002舒适系统30号线1003信息系统30号线1004诊断系统30号线5005仪表系统15号线1006LIN30号线20（三）子局域网传输速率表Canbus驱动系统由15号激活,速率是所有Canbus中最高达到500kBit/s，采用终端电阻结构，其中心电阻为66欧姆（发动机电阻）；并且高低Canbus线为环状结构，即任一根Canbus线断路，则Canbus无法工作。（四）驱动系统CAN总线（五）舒适系统CAN总线Canbus舒适系统由30号激活,速率达到100kBit/s，没有终端电阻，且高低Canbus线分离，即任一根Canbus线断路，Canbus工作不受影响。舒适系统的Canbus信号和驱动系统有很大区别：Can-High的高电平为：3.6伏Can-High的低电平为：0伏Can-Low的高电平为:5伏Can-low的低电平为：1.4伏逻辑“1”：Can-high=3.6VCan-low=1.4V逻辑“0”：Can-high=0VCan-low=5V（六）网关由于不同区域Canbus总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关(Gateway)来完成。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。（六）诊断总线诊断总线是用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换，它被用来代替原来的K线或者L线的功能。诊断总线网关仪表总线驱动总线舒适总线信息总线针脚号对应的线束针脚号对应的线束115号线7K线4接地14CAN低线5接地15L线6CAN高线1630号线诊断接口端子含义（七）内部故障管理控制单元内部有错误计数器。一次发送失败计数加8，一次接收错误计数加1。当累计超过127时，控制器不再允许发送信息，当累计超过255时，控制器自动与总线脱离.但是，控制器发送信息时，没有受到答复信号，控制器将重复发送，而错误计数不计数。诊断接口组合仪表IPC发动机ECUESCSRSEPSBCMSJBCLCRRL瑞风S5车载网络数据测量2、瑞风S5终端电阻注：拆开电瓶5分钟后，开始测量系统的终端电阻。1、观察并记录总线颜色3、测量并画出总线波形