车载网络技术--车载网络系统

第二节车载网络系统车载网络系统具有以下的优点：1.减轻整车重量：减少线束，并使线束变细，节省空间。单个线束所承担的功能增加。2.节约成本：线束减少，传感器共享，可以实现控制器和执行器的就近连接原则，减少装配时间。3.质量可靠：插头减少，故障率减少，质量更可靠。4.增大开发余地：各控制器可以把整车功能相对随意地分担，新的功能和新技术可以通过软件进行更新。随着汽车技术的发展，各种新的、不同的车载网络协议不断产生，以满足汽车市场的需求。如对未来汽车将引入智能交通系统(ITS)，汽车在停放、行驶中要与车外的停车场、道路进行数据交换，停车场的无线网络服务点将对汽车进行安全监控，道路上的无线网络服务点将汽车的行驶速度进行监控，可以智能强制限速，保证行驶安全。所以，未来的车载网络的信息传输需要更大容量的网络。主要车载网络的名称、概要、通信速度、开发公司见表3-2。表3-2主要车载网络的基本情况车载网络名称概要通信速度开发公司或组织CAN(ControllerAreaNetwork)车身／动力传动系统控制用局域网协仪，最有可能成为世界标准的车用局域网协议1Mbit／sRobertBosch公司，ISOVAN(VehicleAreaNetwork)车身系统控制用LAN协议，以法国为中心1Mbit/sISOJ1850车身系统控制用LAN协议，以美国为中心10.4～41.6kbit/sFordMotor公司LIN(LocalInterconnectNetwork)车身系统控制用局域网协议，液压组件专用20kbit/sLIN协议会IDB-C(ITSDataBusonCAN)以CAN为基础的控制用局域网协义250kbit/sIDM论坛TTP/C(TimeTriggeredProtocolbyCAN)重视安全、按用途分类的控制用局域网协议，时分多路复用(TDMA)2Mbit/s～25Mbit/sTTT计算机技术公司ITCAN(TimeTriggeredCAN)重视安全、按用途分类的控制用局域网协议，时间同步的CAN1MbitsRobertBosch公司，CANByteflight重视安全、按用途分类的控制用局域网协议，通用时分多路复用（FTDMA)10Mhit/sBMW公司FlexRay重视安全、按用途分类的控制用局域网协议5Mbit/sBMW公司Daimler-Chrysler公司D2B/Optical(DomesticDigitalBus/Optical)音频系统通信协议将D2B作为音频系统总线采用光通信5.6Mbit/sC＆C公司MOST(MediaOrientedSystemTransport)信息系统通信协议以欧洲为中心，由克莱斯勒与BMW公司推动22.5Mbit/sMOST合作组织IEEE1394信息系统通信协议1OOMbit/s1394工业协会二、车载网络的组成车载网络采取基于串行数据通信的体系结构，车载网络主要由电控单元、数据总线、网络、网络协议、网关等组成。1．电控单元现代汽车除了有发电机电控单元，还有自动变速器电控单元、ABS电控单元、空调电控单元等许多电控单元，高档轿车有几十个电控单元，因此，必须用网络把它们连接起来，才能资源共享。2．数据总线数据总线(BUS)是电控单元间运行数据传递的通道，简称总线，即所谓的信息高速公路。如果一个控制单元可以通过总线发送数据，又可以从总线接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线。汽车上的数据总线的传输介质常用单线、双绞线或光纤。3.网络在汽车行业里，习惯将几条总线连接一起的车载局域网称为车载网络。为了满足汽车上不同的电控单元对总线系统性能要求的不同，同时考虑经济成本，一辆汽车上往往采用不同的总线组成车载网络。4.网络协议车载网络协议包括各总线独立通信协议和各总线相互通信协议。5.网关由于车载网络是由不同的总线组成，因此，就需要一个连接不同总线的特殊网络节点，这个节点称为网关(Gateway)。图3-9是汽车车载网络系统组成的拓扑图，它由动力CAN总线、舒适CAN总线和信息MOST总线联网组成，网关是它们的连接点。在舒适CAN总线下还有一个辅助的LIN总线。三、车载网络的分类目前，绝大多数车用总线被美国汽车工程师协会（SAE）下属的汽车网络委员会按照协议特性分为A、B、C三类。也有其他的分类方法。1.A类总线和协议A类总线是面向传感器和执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于10Kbit/s，主要用于后视镜调整及电动窗、灯光照明等控制。也可以用于面向智能传感器或执行器的数字化通讯场合。A类常用的总线是LIN总线，LIN总线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，它是一种基于串行异步通信（UART）的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统。由于目前尚未建立低端多路通信的汽车协议标准，因此LIN总线正试图发展成为低成本的行业协议标准。2.B类总线和协议B类是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在10～125Kbit/s，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。B类常用的总线是CAN总线。CAN总线是一种串行数据通信协议，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1Mbit/s。B类总线采用的协议是国际标准协议ISO11898，传输速率在100Kbit／s左右。欧洲的各大汽车公司从1992年起，一直采用ISO11898，所使用的传输速率范围从47.6～500Kbit/s不等。CAN总线的另一个国际标准协议是ISO11519，由于容错性较好，近年来在欧洲的各种车型中也开始得到广泛的使用。3.C类总线和协议C类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网，位速率在125Kbit/s～lMbit/s之间，支持实时的周期性的参数传输。主要用于发动机、自动变速器、ABS等电控单元。目前，随着汽车网络技术的发展，未来将会使用到具有高速实时传输特性的一些总线标准和协议。常用的C类总线如下。（1）高速CAN总线和协议在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。高速通信的CAN总线和协议制定在国际标准协议ISO11898中。（2）安全总线和协议安全总线主要是用于安全气囊系统，连接加速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供保障。目前已有一些公司研制出了相关的总线和协议，包括美国德尔福（Delphi）公司的安全总线（Safety-Bus）和德国宝马（BMW）公司的Byte-Flight总线等。“Byte-Flight”直译为“字节飞行”，表示传输数据字节非常快。Byte-Flight总线的数据传输速率为10Mbit/s，光纤可长达43m。Byte-Flight主要以BMW公司为中心制订的。Byte-Flight不仅可以用于安全气囊系统的网络通信，还可用于汽车线控（X-by-Wire）技术的通信和控制。（3）X-by-Wire总线和协议。X-by-Wire代表汽车线控技术。X-by-Wire中的“X”代表汽车中由机械或液压控制的各个功能部件，如制动、转向、悬架、节气门、离合器、门锁等。X-by-Wire最初是用在飞机控制系统中，也称为电传控制，现在已经在飞机控制中得到广泛应用。由于目前对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。诸如转向线控Steer-by-Wire、制动线控Brake-by-Wire等。为了给X-by-Wire总线提供安全的通信，就需要一个高速、容错和时间触发的网络协议。目前，这一类网络协议主要有TTP协议、Byte-Flight协议和Flex-Ray协议。(4)诊断系统总线标准和协议故障诊断是现代汽车必不可少的一项功能。由于各国或洲区对环境保护的认识和要求不同，生产不同的车载自动诊断系统。美国制定的车载自动诊断系统（On-BoardDiagnostics），简称OBD。从开始到现在经历了第一代（OBD-Ⅰ）、第二代（OBD-Ⅱ）和第三代（OBD-Ⅲ）。（5）多媒体系统总线和协议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，对应美国汽车工程师学会SAE的分类，相应为智能CAN数据总线IDB-C(IntelligentDataBUS-CAN)、智能多媒体数据总线IDB-M(Multimedia)和智能无线总线IDB-W（IDB-Wireless），其传输速率250Kbit／s～l00Mbit/s。本章小结1、计算机网络由网络硬件和网络软件组成。网络硬件由网络节点和连接节点的传输介质组成。网络软件由节点软件和网络软件组成。2、计算机网络可以按不同角度进行分类，如可以按网络所覆盖的地理范围分类、按网络的拓扑结构分类、按网络中计算机所处的地位分类等。3、计算机网络的节点之间需要不断地交换数据信息和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个节点都必须遵循一些事先约定好的规则。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。这些为网络数据交换而制定的规则、约定和标准称为网络协议。网络协议主要由语法、语义和定义三个要素组成。4、计算机网络采用了层次化设计方法，即把通信过程划分为多个层次，并为每个层次设计一个单独的协议，这些协议通过分层结构进行组织。每层通过特定的协议完成一种功能，多层叠加完成整个信息的发送和接收过程。同时，层与层之间通过层间接口联系起来，每一层可以从下层获得服务，并为上层提供服务。各层又具有相对独立性，各层只是简单地使用其他层的服务，但不需要知道其他层是如何实现相应功能的。5、国际标准化组织（ISO）为网络通信定义了一个参考模型，称为开放式系统互连参考模型（OSI），简称OSI模型。OSI的体系结构定义了一个7层模型，从下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。汽车局域网要传输的信息大多是传感器、执行器和开关信息，数据较短，同时由于网络多采用总线型，所以车载网络的体系结构相对简单一些，主要有应用层、数据链层和物理层。6、网络上常用的网络传输介质可分为两类：一类是有线的；一类是无线的。有线传输介质主要有同轴电缆、双胶线和光纤；无线传输介质主要有无线电波和红外线。7、车载网络系统具有减轻整车重量、节约成本、质量可靠和增大开发余地等优点。8、车载网络采取基于串行数据通信的体系结构，车载网络主要由电控单元、数据总线、网络、网络协议、网关等组成。9、车载总线按特性分为A（低速）、B（中速）、C（高速）三类。A类常用的总线是LIN总线；B类常用的总线是CAN总线；C类总线有高速CAN总线、安全总线、X-by-Wire总线、诊断系统总线标准和多媒体系统总线。作业1.汽车为什么要采用车载网络技术？2.简述车载网络的组成。3.简述车载网络的分类。