汽车电子技术第14章-车载网络系统课件.ppt

1、车载网络系统的总线结构车载网络系统的总线结构 CAN车载网络系统车载网络系统大众车系车载网络系统大众车系车载网络系统 本章介绍本章介绍第一节第一节 车载网络系统概述车载网络系统概述一一 汽车电气系统网络化技术的发展历程汽车电气系统网络化技术的发展历程 传统的电气系统大多采用点对点的单一通信传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然会形成庞大方式，相互之间少有联系，这样必然会形成庞大的布线系统。的布线系统。据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达中，其导线长度可达2 0002 000米，米，电气节点可电气节点可达达

2、1 5001 500个，而且该数字大约每个，而且该数字大约每1010年就将增加年就将增加l l倍倍。这进一步加剧了粗大的线束与汽车上有限的可这进一步加剧了粗大的线束与汽车上有限的可用空间之间的矛盾用空间之间的矛盾。众多国际知名汽车公司早在众多国际知名汽车公司早在2020世纪世纪8080年代就年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用。积极致力于汽车网络技术的研究及应用。早期的汽车网络只不过是两个处理器之间的早期的汽车网络只不过是两个处理器之间的通用异步收发器通用异步收发器 （UARTUART）连接。）连接。9090年代中美国汽车工程师协会年代中美国汽车工程师协会(SAE)(SAE)定义了定义了三

3、类车辆数据连接网络：三类车辆数据连接网络：AA 类类 允许节点间的同一总线进行多路信号的发允许节点间的同一总线进行多路信号的发送或接收，适用于低数据率汽车车身布线。送或接收，适用于低数据率汽车车身布线。A A类类网是面向传感器网是面向传感器/执行器的低速网，数据传输速执行器的低速网，数据传输速率通常为率通常为1 110 kb/s10 kb/s，主要应用于电动门窗、座，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等车身控制。椅调节、灯光照明等车身控制。BB 类类 这是数据在节点间传输的多主总线系统，这是数据在节点间传输的多主总线系统，可取消多余的系统组件。可取消多余的系统组件。B B类网面向车辆电子信

4、类网面向车辆电子信息中心、安全气囊、故障诊断，仪表显示等系统息中心、安全气囊、故障诊断，仪表显示等系统,传输速率在传输速率在10125/左右。左右。C C类类 与与B B类的定义相同，但面向高数据率信号传类的定义相同，但面向高数据率信号传输，典型用途是发动机控制、输，典型用途是发动机控制、ABSABS控制等实时控制控制等实时控制系统。其传输速度通常在系统。其传输速度通常在125/1/之之间。间。目前汽车上普遍采用的汽车总线目前汽车上普遍采用的汽车总线局部互联协议局部互联协议LIN（Local Interconnect Network ）控制器局域网控制器局域网CAN（Controller Ar

5、ea Network）正在发展中的汽车总线正在发展中的汽车总线高速容错网络协议高速容错网络协议FlexRay面向多媒体的网络协议面向多媒体的网络协议MOST（Media Oriented Systems Transport）车载电子装置按照通信的数据类型和性能车载电子装置按照通信的数据类型和性能需求被划归为四类：需求被划归为四类：1.1.信息娱乐系统信息娱乐系统 音响、图像媒体数据流传音响、图像媒体数据流传输速率一般都在输速率一般都在2Mb/s2Mb/s以上，采用面向多媒体以上，采用面向多媒体的网络协议的网络协议MOSTMOST，可支持高达，可支持高达24248 Mbps8 Mbps的的数据速

6、率。数据速率。2.2.动力传动系统动力传动系统 对车辆行驶状况进行控制，对车辆行驶状况进行控制，要求实时性高要求实时性高，可采用高速可采用高速CANCAN总线。总线。3.3.车身电子系统车身电子系统 所需控制的节点数目多，所需控制的节点数目多，且布置分散，底层设备又往往是低速电动机和开且布置分散，底层设备又往往是低速电动机和开关型器件，对实时性要求不高，可采用低速容错关型器件，对实时性要求不高，可采用低速容错CANCAN或或LINLIN。4.4.故障诊断系统故障诊断系统 目前，车载电子控制系统的故障诊断功能还目前，车载电子控制系统的故障诊断功能还比较简单，今后的比较简单，今后的ECUECU在线

7、诊断系统将具备复杂在线诊断系统将具备复杂的诊断功能，更加简化的链接回路，同时提高信的诊断功能，更加简化的链接回路，同时提高信息传送的品质。采用低速息传送的品质。采用低速CANCAN。二二 汽车电气网络系统的框架汽车电气网络系统的框架 三三 汽车电气系统网络化的优点汽车电气系统网络化的优点采用网络式结构，只需一根通信电缆连接，采用网络式结构，只需一根通信电缆连接，减少了线束连接，减轻车体质量；减少了线束连接，减轻车体质量；部件数量减少，可靠性能提高；部件数量减少，可靠性能提高；可实现实时诊断、测试和报警，实现集中显可实现实时诊断、测试和报警，实现集中显示、历史查询和自诊断等功能，使汽车具有准示、

8、历史查询和自诊断等功能，使汽车具有准黑匣子功能；黑匣子功能；电气信号传递性质发生了变化，由功率型转电气信号传递性质发生了变化，由功率型转变为变为“逻辑逻辑”型；型；系统的扩展性强等。系统的扩展性强等。第二节第二节 车载网络总线简介车载网络总线简介一一 CANCAN总线总线 CAN CAN总线是德国总线是德国BOSCH公司在公司在2020世纪世纪8080年代年代初为了解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之初为了解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通讯协间的数据交换问题而开发的一种串行数据通讯协议。议。汽车电子设备中应用的汽车电子设备中应用的CANCAN总线共有总

9、线共有3 3个版个版本。其中成本最低、速度也最慢的是单线本。其中成本最低、速度也最慢的是单线CAN(SWCAN)，另外，另外2 2种分别是容错种分别是容错CAN(FTCAN(FTCAN)CAN)和高速和高速CAN(HSCAN(HSCAN),CAN),是一种最高是一种最高数据速率可达到数据速率可达到1Mb/s1Mb/s的实时控制总线的实时控制总线,属于属于B B、C C类网络类网络.CANCAN总线采用双线串行通信方式，具有优先总线采用双线串行通信方式，具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过权和仲裁功能，多个控制模块通过CANCAN接口挂到接口挂到总线上，不同的电子系统各自形成总线段，各总总线上

10、，不同的电子系统各自形成总线段，各总线段之间通过网关进行连接，最终形成汽车的网线段之间通过网关进行连接，最终形成汽车的网络。络。汽车动力与传动系统的总线结构图汽车动力与传动系统的总线结构图 二二 LINLIN总线总线 LINLIN是一种低成本的串行通讯网络，用于实现是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。开发汽车中的分布式电子系统控制。开发LIN LIN 的目标是的目标是为现有汽车网络为现有汽车网络(例如例如 CAN CAN 总线总线)提供辅助功能。提供辅助功能。因此，因此，LINLIN总线是一种辅助的总线网络总线是一种辅助的总线网络。LIN LIN 通讯是基于通用异步

11、收发器通讯是基于通用异步收发器 （UART）数据格式数据格式 ，采用单主控制器，采用单主控制器/多从设备的模式多从设备的模式 ，在主从设备之间只需要，在主从设备之间只需要1 1根电压为根电压为1212伏的信号伏的信号线。这种主要面向线。这种主要面向“传感器执行器控制传感器执行器控制”的低的低速网络，其最高传输速率可达速网络，其最高传输速率可达2020千比特秒千比特秒,属属于于A A类网络。类网络。典型应用包括车门窗控制典型应用包括车门窗控制(车窗、门锁以车窗、门锁以及后视镜及后视镜)、座椅、空调装置、灯光以及雨刷、座椅、空调装置、灯光以及雨刷传感器。传感器。三三 MOSTMOST总线总线 MO

12、STMOST是以光纤总线为传输媒体的高速网络，是以光纤总线为传输媒体的高速网络，其传输速度可达其传输速度可达25Mb/s25Mb/s，并且在减重和抗干扰，并且在减重和抗干扰方面又独特的优势方面又独特的优势 。MOST MOST用在通信和信息娱乐领域。除了收音用在通信和信息娱乐领域。除了收音机、机、CDCD机、车载电话、巡航系统、多频电视、机、车载电话、巡航系统、多频电视、视频游戏、视频游戏、DVDDVD等需要的数据传输外，还有汽车等需要的数据传输外，还有汽车和互联网连接、文字声音转换，及电子邮件。和互联网连接、文字声音转换，及电子邮件。汽车上的汽车上的MOSTMOST网络网络 四四 FLexR

13、ayFLexRay 总线总线 FlexRayFlexRay是戴姆勒克莱斯勒公司的注册商标。是戴姆勒克莱斯勒公司的注册商标。CANCAN网络最高性能极限为网络最高性能极限为1Mbps1Mbps。而。而FlexRayFlexRay两个两个信道上的数据速率最大可达到信道上的数据速率最大可达到10Mbps,10Mbps,总数据速总数据速率可达到率可达到20Mbps20Mbps，因此，应用在车载网络，因此，应用在车载网络，FlexRay FlexRay 的网络带宽可能是的网络带宽可能是CANCAN的的2020倍之多。倍之多。FlexRayFlexRay适用于线控操作适用于线控操作(X-by-Wire)(

14、X-by-Wire)第三节第三节 大众车系车载网络系统大众车系车载网络系统 大众车系的车载网络系统称为大众车系的车载网络系统称为CANCAN总总线系统。该车系具有线系统。该车系具有动力系统动力系统CANCAN和和舒适舒适系统系统CANCAN两个局域器控制网络，并且设置两个局域器控制网络，并且设置了网关，将这两个了网关，将这两个CANCAN连为一体就形成了连为一体就形成了车载网络系统。车载网络系统。该车具有动力系统该车具有动力系统CANCAN和舒适系统和舒适系统CANCAN，并，并且设置了网关，将这两个且设置了网关，将这两个CANCAN连为一体形成了车连为一体形成了车载网络系统。载网络系统。一一

15、 波罗波罗(POLO)(POLO)轿车轿车CANCAN总线结构总线结构1.作用作用二二 车载网络控制单元车载网络控制单元J519J519(1)负荷控制；(2)车内灯控制；(3)燃油系统供给控制；(4)后窗刮水器控制；(5)前窗刮水器控制；(6)后视镜控制；(7)后窗加热控制；(8)后座椅靠背控制；(9)转向信号灯控制；(10)报警灯控制；(11)编码。1.作用作用2.负荷控制负荷控制 在行驶中大量舒适性装备和电热器在行驶中大量舒适性装备和电热器(如座如座椅加热装置、后窗加热装置外后视镜加热和椅加热装置、后窗加热装置外后视镜加热和电子辅助加热装置电子辅助加热装置)会引起发电机过载，进而会引起发电

16、机过载，进而导致蓄电池放电。考虑到短时间用电器的电导致蓄电池放电。考虑到短时间用电器的电流需求，车载网络系统控制单元的负荷管理流需求，车载网络系统控制单元的负荷管理系统定期监控蓄电池，并采取相应措施，以系统定期监控蓄电池，并采取相应措施，以保持行驶能力并确保车辆重新启动能力。保持行驶能力并确保车辆重新启动能力。负荷控制措施负荷控制措施 1 1）在车辆停止而车门未关闭状态下，车）在车辆停止而车门未关闭状态下，车内灯内灯10 min10 min后自动关闭，这样可以避免蓄电后自动关闭，这样可以避免蓄电池不必要的放电。池不必要的放电。2 2）如果解除车辆联锁或拔出点火钥匙，）如果解除车辆联锁或拔出点火

17、钥匙，30s30s后车内灯自动接通。后车内灯自动接通。3 3）在车辆锁止或打开点火开关后车内）在车辆锁止或打开点火开关后车内灯内即关闭。车内灯在撞车时自动接通。灯内即关闭。车内灯在撞车时自动接通。4 4）在点火开关关闭约）在点火开关关闭约30min30min，自动关闭，自动关闭由手动打开的灯由手动打开的灯(车内灯、前后阅读灯、行李车内灯、前后阅读灯、行李箱照明灯、杂物箱照明灯和化妆镜箱照明灯、杂物箱照明灯和化妆镜)。3.车内灯控车内灯控制制4.4.燃油泵供给控制燃油泵供给控制 F2驾驶员侧车门驾驶员侧车门触点开关触点开关F220驾驶员侧集驾驶员侧集控门锁关闭单元；控门锁关闭单元；G6燃油泵；燃

18、油泵；J发动机控制单元发动机控制单元J17燃油泵继电器燃油泵继电器J519车载网络系车载网络系统控制单元；统控制单元；J643燃油供给继燃油供给继电器电器 在前风窗玻璃刮水器置于在前风窗玻璃刮水器置于1挡或挡或2挡或挡或间歇挡的条件下，当在进入倒挡后，后窗刮间歇挡的条件下，当在进入倒挡后，后窗刮水器将自动刮水一水器将自动刮水一次。次。5.5.后窗刮水器控制后窗刮水器控制 6.6.前刮水器控制前刮水器控制 如果风窗玻璃刮水器已接通间歇挡，并如果风窗玻璃刮水器已接通间歇挡，并且同时发动机盖打开，信号将从发动机盖接触且同时发动机盖打开，信号将从发动机盖接触开关发送至车载网络系统控制单元。控制单元开关

19、发送至车载网络系统控制单元。控制单元将阻止刮水器运动，直到发动机盖再次关闭。将阻止刮水器运动，直到发动机盖再次关闭。为了保持蓄电池电能，外后视镜和后窗为了保持蓄电池电能，外后视镜和后窗加热装置只有在发动机运行时才能接通，接加热装置只有在发动机运行时才能接通，接通约通约20min后，加热装置将自动关闭后，加热装置将自动关闭。8.8.后座椅靠背控制后座椅靠背控制 后排座椅的中间位置带有三点式安全带后排座椅的中间位置带有三点式安全带的车辆具有后座椅靠背监控功能。的车辆具有后座椅靠背监控功能。如果后排座椅中间位置靠背部分安装不如果后排座椅中间位置靠背部分安装不正确，在打开点火开关后，仪表板中的一个正确

20、，在打开点火开关后，仪表板中的一个指示灯亮起约指示灯亮起约20s。7.7.外后视镜和后窗加热控制外后视镜和后窗加热控制 车载网络系统控制单元车载网络系统控制单元J519控制转向灯闪控制转向灯闪烁、闪烁报警、防盗报警装置、集控门锁及挂烁、闪烁报警、防盗报警装置、集控门锁及挂车转向灯闪烁。车转向灯闪烁。10.10.编码编码 车辆的装备范围和国家标准决定了车载网车辆的装备范围和国家标准决定了车载网络系统单元的编码。络系统单元的编码。编码由厂方进行，如果在售后服务或维修编码由厂方进行，如果在售后服务或维修的装备被更改，例如安装可加热式座椅或更换的装备被更改，例如安装可加热式座椅或更换新的控制单元，必须重新编新的控制单元，必须重新编码。9.9.信号灯和报警灯控制信号灯和报警灯控制 三三 CANCAN总线的附属装置总线的附属装置 波罗轿车波罗轿车CANCAN总线的附属装置主要有主熔总线的附属装置主要有主熔丝支架、电位分配器、熔丝支架、继电器托丝支架、电位分配器、熔丝支架、继电器托架、耦接装置、组合插头等。架、耦接装置、组合插头等。CAN总线的附属装置 主熔丝支架的结构 电位分配器的结构 熔丝支架的结构 继电器托架结构继电器托架结构(a)A柱 (b)B柱耦接装置的结构(a)在发动机室中的视图 (b)在车内的视图组合插头结构