车载网络系统及其故障诊断方法(课堂PPT)

车载网络系统的检修1概述1、车载网络应用的目地解决由于汽车上大量应用电子装置带来的问题（1）汽车电子电器数量过多（2）系统过大（3）冗余度高成本增加（4）技术效益低下2图1传统信息传输：每个信息都需要一个独立的数据线传输图2网络信息传输：所有信息都通过两根数据线进行交换3一、车载网络系统的组成网络节点（模块）、通信线路、软件及协议解释：①各种控制模块、网关、智能传感器②通信线路、不同子网(拓扑结构)③支持各节点工作的软件、通信协议第一部分车载网络的基础知识4一种电子装置。简单：智能传感器；复杂：微处理器。电控单元：微处理器，实现某种自动控制功能；网关：微处理器，实现不同子网之间的数据传输、数据管理；智能传感器：具备上网功能；1.节点（模块）5电控单元的构成①组合式CAN控制器②独立式CAN控制器CAN控制器嵌入到微控制器中；CAN控制器独立于微机控制器；6目前，发展趋势是CAN接口、收/发器、微控制器集成到一个芯片上。成本低；微控制器对CAN控制器的读写时间比独立CAN控制器要小；速度快；系统可靠性高；③集成式CAN控制器7节点之间传递数据的通道。（串行传递）单线制：光缆双线制：两条数据总线绞在一起的。2、通信线路（数据总线）83、网络为了实现信息共享，用通信线路把多个节点连在一起，形成一个有规则的网。总线结构环状结构星形结构等910通信实体双方控制信息交换规则的集合。要实现车内ECU之间的通信，必须制定规则保证通信双方能相互配合，即通信方法、通信时间、通信内容双方同时遵守的一组规定和规则。4.通信协议115.总线速度1、波特率（每秒传输的码元数）2、比特率（每秒传输的二进制位数）如果一个码元只携带一个比特的信息，则波特率和比特率在数值上相等。12在总线上某一时刻若有两个节点同时发送数据，则这两个数据将会在总线上发生“冲突”，为了避免冲突产生，就要有一个解决“争用”总线的方法，以使各节点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据而不发生冲突，这正是介质访问控制方式的管理机制。CSMA/CD是“载波侦听多路访问/冲突检测”（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetect）的缩写，是一种总线常见的访问控制方式。6.总线介质访问控制方式13SAE将车载网络划分为A、B、C三个级别A级速率：1~10kb/s，主要应于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。B级速率：10~100kb/s，主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统。C级速率：最高可达1Mkb/s，主要用于悬架控制、先进发动机控制、牵引控制、ABS等系统。二、车载网络的分类（1）SAE：美国机动车工程师学会14A类：面向执行器、传感器的低速网络B类：面向模块间数据共享的中速网络C类：面向多路、实时闭环的高速网络D类：面向信息、多媒体系统的网络E类：面向乘员的安全系统分类依据：功能和速率二、车载网络的分类（2）15车载网络传输速度：16典型的现代汽车车载网络17VehicleLAN（车载局域网）18A类网络的特点适用于对实时性要求不高的场合，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。位速率一般小于10Kbps；“bit”（比特）为网络数据计量单位；“bps”是“bitpersecond”（每秒传输数据）的简写，为网络数据流量单位；“512Kbps”也就代表“512Kbit/秒”的数据流量；“byte”为文件字节单位，1个byte=8个bit；19名称主要用户主要应用场合注释UARTGM多种场合正被逐步淘汰SinebusGMAudio/LIN许多厂商智能连接器和传感器由LIN协会开发I2CRenaultHVAC极少使用CCDChryslerHVAC，Audio等正被逐步淘汰ACPFordAudio/BEANToyota车身控制/J1708/J1587/J1922T&B多种场合正被逐步淘汰现有A类网络协议20A类网络协议之LIN协议提高汽车上分层、多路复用网络的性能，降低汽车电子控制装置开发、生产以及诊断服务的成本；2003年，全世界新生产的汽车平均每辆会有3~10个LIN节点。LIN目前仍处于发展阶段，但已广泛地被世界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受，有望成为A类网络的世界标准，即A类网的主流协议。21左前门控制器ECU玻璃升降机电动执行器电动门锁执行器后视镜电动执行器LINCAN总线车身总线操作命令输入装置ECU车身控制A类网络总线结构图22图23B类网络的特点主要面向独立模块间的数据共享，适用于对实时性要求不高的场合，以减少冗余的电子部件；主要应用于车辆信息中心、故障诊断、仪表显示等方面的控制。位速率一般在10~125Kbps；24现有B类网络协议名称主要用户应用场合注释GMLAN(SWC)GM多种场合GM是唯一用户ISO11898-3(Fault-TolCAN)欧洲多种场合也称容错CANJ2248GM,Ford,DC多种场合基于ISO11898VANRenault&PSA控制应用基于ISO11519-3J1850GM,Ford,Chrysler多种场合有VPM，PWM两种调制方式25ISO11898-3、VAN、J1850性能比较比较内容ISO11898-3VANSAEJ1850应用场合控制、诊断控制、诊断通用、诊断传输介质双绞线双绞线、扁平线单线双绞线位编码方式NRZManchesterVPWPWM介质访问方式竞争竞争竞争位速率10K~1Mbps125Kbps10.4Kbps41.6Kbps数据长度0~8个字节28个字节0~8个字节节点成本中低低26B类网络的主流协议过去十年间，CAN(ISO11898-3);SAEJ1850以及VAN(VehicleAreaNetwork)在车身网络中得到了广泛的应用。随着汽车网络技术的发展，目前及未来的B类网络主流协议将是：CAN(ISO11898-3)中国27C类网络协议的特点主要面向高速、实时闭环控制的多路控制多路传输网；主要用于动力系统等对实时控制及可靠性要求较高的场合。位速率可达1Mbps，X-By-Wire系统传输速率可达10Mbps以上；28C类网络协议及应用情况名称主要用户应用场合注释ISO11898-2(高速CAN)GM，欧洲实时控制场合TTPTM/CTTTech实时控制场合(X-By-Wire)最初由Vienna技术大学制定FlexRayBMW,Motorola,DaimlerChrysler实时控制场合(X-By-Wire)29ISO11898-2、TTPTM/C、FlexRay性能比较比较内容ISO11898-2FlexRayTTPTM/C应用场合汽车，自动化领域，航空x-by-wire对实时性要求严格的系统(x-by-wire)消息传输异步异步或同步同步位编码方式NRZNRZ频率调制介质访问方式CSMA/CRTDMA和FTDMATDMA最大波特率1Mbps10Mbps25Mbps每帧的数据字节0~80~2460~23630X-by-Wire系统31C类网络协议的主流协议目前，C类网络中广泛应用于动力与传动系统控制与通讯的协议标准为：ISO11898-2,未来应用于X-By-Wire系统的主要协议为：TTPTM/C(Time-TriggeredProtocol)FlexRay32D类网络协议的特点及分类该类网络统称智能数据总线(IntelligentDataBus)主要面向信息、多媒体系统等。33根据SAE分类：IDB-C(低速)、IDB-M(高速)和IDB-Wireless(无线通讯)。D类网络协议的位速率在250Kbps~400Mbps之间。IDB-C：SAEJ2366IDB-M：D2B、MOST、IDB1394等IDB-Wireless：Bluetooth(蓝牙)34D类网络协议的比较比较内容IDB-CD2BMOSTIDB-1394CopperOptical应用场合通讯娱乐数据流控制数据流控制数据流控制PC设备传输介质双绞线双绞线光纤光纤屏蔽双绞线位编码方式NRZPWMBiPhaseBiPhaseNRZ位速率250Kbps29.8Kbps12Mbps25Mbps98~393Mbps成本低中高高中35E类网络协议及使用情况E类网络主要面向乘员的安全系统，应用于车辆被动安全性领域。名称主要开发商注释SafetyBusDelphiDelphi是唯一用户BOTEBosch-Temic/PlanetPhilips/DSIMotorola/AMP/SI(Byteflight)BMW/Motorola也称ISIS36E类网络协议的比较比较内容SafetyBusPlanetByteflight应用场合气囊气囊气囊传输介质双线双线双线数据长度24~39位0~200字节介质访问方式主/从主/从FTDMA最大波特率500Kbps20K~250Kbps10Mbps成本低低中37不同版本的CAN可以通过网关取得互连。而网关就是具备不同网络协议之间信息转换能力的单片机。网关：车上用了很多的总线和网络，所以必须用一种有特殊功能的计算机达到信息共享和不产生协议间的冲突，实现无差错数据传输，这种计算机就叫做网关。4、不同版本通信协议的互联38仪表内的Gateway自动变速箱控制单元J217舒适系统中央控制单元J393Controlunitfor4LVJ537仪表内的诊断接口J285空调控制单元E87DatatelegramGateway的作用是使所有连接在CAN总线上的控制单元实现数据交换驱动总线舒适总线和显示总线(信息娱乐总线).因为这几种总线的传输速度是不同的，所以不能直接进行数据交换。CAN数据总线网络网关39第二部分典型总线系统分析一、CAN总线CAN(ControlAreaNetwork)总线是德国Bosch公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。40S41ControllerAreaNetworkwasdevelopedbytheRobertBOSCHcompanyin1983asabussystemforcars.CAN总线网络控制单元数据交换CAN总线的特点•传输速度快•相关控制单元可共用传感器•更少的线束、更小的控制单元，节省了空间CANdatabusnetwork(CAN–ControllerAreaNetwork)两根数据线缠绕可防止电磁干扰42CAN总线（举例AudiA42001）CAN–驱动500kBaudCAN–舒适100kBaudCAN–信息娱乐100kBaud三条数据总线43CAN数据总线网络连接部件驱动CANbus舒适CANbus显示（信息娱乐）CANbus发动机控制单元自动变速器控制单元ESP控制单元安全气囊控制单元氧传感器（美国）转向角度传感器转向柱电气控制单元多功能方向盘控制单元汽车电气控制单元座椅调节控制单元停车辅助控制单元挂车识别控制单元空调控制单元驻车加热控制单元轮胎压力监控控制单元舒适系统中央控制单元语音输入控制单元卡片阅读器远程通讯、电话控制单元车载电话控制单元收音机导航系统控制单元导航、电视等导航系统接口44二、LIN总线局部连接网络LIN(LocalInterconnectNetwork)是一个汽车底层网络协议。其目的是给出一个价格低廉、性能可靠的低速网，在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议，并逐渐取代目前各种各样的低端总线系统。典型的LIN总线主要应用在汽车的车门、座椅、空调、照明灯等。LIN可以使那些机械元件，如智能传感器、制动器或光敏器件得到较广泛的使用。这些元件可以很容易地连接到汽车网络中，并且维护和服务十分方便。用LIN实现的系统中，通常用数字信号量替换模拟信号量，这样将使总线性能优化。45局部连接网络(LIN)CAN–驱动LIN新鲜空气鼓风机轮胎气压监控ILM-司机侧轮胎气压监控天线空调轮胎气压监控天线脚坑辅助加