1、2022-3-221汽车车载网络汽车车载网络技术与应用技术与应用第一章概第一章概 述述2022-3-2221 2022-3-2232 汽车上为什么需要发展网络技术 集成电路集成电路:只改变产品的体积只改变产品的体积,工作速度工作速度,性能可靠性能可靠 性性; 微处理器微处理器:使产品体现出智能特征使产品体现出智能特征; 网络技术网络技术:解决由于汽车上大量应用电子装置带解决由于汽车上大量应用电子装置带 来的问题来的问题- 汽车电子电器数量过多，系统过大、冗余度汽车电子电器数量过多，系统过大、冗余度高、成本增加、技术效益低下。高、成本增加、技术效益低下。 具体说明具体说明:（1）（）（2）（）（
2、3）（）（4）2022-3-224（1）Volvo汽车线束长度的增加线束的长度1400120010008006004002000线束的增加192019151925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 196019701965198019751990198520001995(米)(年) 线束的增加不但占据了车内的有效空间，增加了装配和维修的难度，提高了整车成本，而且妨碍了整车可靠性的提高。2022-3-225（2）2001-2004年中国汽车电子应用比例与全球平均水平情况对比2001年 2002年 2003年 2004全球平均每辆新车汽车电子支出（美元）1800 1854
3、 2025 2123 全球每辆新车平均汽车电子应用比例 23.10% 23.9% 26.2% 27.5% 全球每辆新车平均汽车电子应用比例的增长速度 3.5% 9.6% 5.0% 中国平均每辆新车汽车电子支出（美元）754 790 885 1024 中国每辆新车平均汽车电子应用比例3.40% 4.2% 4.8% 5.8% 中国每辆新车平均汽车电子应用比例的增长速度 23.5% 14.3% 20.8%2022-3-226（3）线束重量变化：）线束重量变化： 2003年6月在南京菲亚特下线的“派力奥周末风”，车载网络将前照灯照明、前/后窗自动玻璃清洗控制、转向灯控制、后风窗雨刮器、内部照明系统、单
4、点触电动窗自动升降、电子防盗系统通过网络连为一体。 由于采用了汽车整体车载网络技术，从而减少了23%的线束。 2022-3-227 目前，在汽车上应用的数据传输形式有两种：形式1 （传统方式不是网络传递） 每项信息均通过各自独立的数据线进行交换（4）数据传递的形式）数据传递的形式2022-3-228发动机ECU变速器ECUABS-ECUSRSECU传统式信息传递2022-3-229 图1 传统式信息传递在该例中，共需要5条数据线进行数据传递也就是说，每项信息都需要一个独立的数据线2022-3-2210 图2 传统式信息传递无无CAN CAN 总线：总线：车门控制单元车门控制单元完成其全部控制功
5、能需要：45根线和9个插头without CAN2022-3-2211随着汽车控制系统越来越复杂，所需传输的信息量也越来越大因此数据线数量、控制单元数和控制单元的端口也会相应增加所以传统式数据传递形式只适用于有限信息量的数据交换和传输2022-3-2212各控制单元之间的所有信息都通过两 根数据线进行交换CAN数据总线形式2网络传输2022-3-2213 图4 网络信息传递22022-3-2214 图5 网络信息传递3利用利用CAN CAN 总线：总线：车门控制单元车门控制单元完成其全部控制功能只需：最多17 根线，2个插头即可Data exchangewith CAN data bus (l
6、ow speed CAN)(2 data wires)with CAN2022-3-22152022-3-22163 3 汽车车载网络技术简介汽车车载网络技术简介 常见汽车车载网络的开发年份、采用厂家与发表年份： 2022-3-2217 主要汽车车载局域网的基本情况：2022-3-2218 几种车载网络的成本比例及通信速度比较2022-3-2219汽车车载网络的分类汽车车载网络的分类A类：面向执行器、传感器的低速网络类：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类：面向多路、实时闭环的高速网络D类：面向信息、
7、多媒体系统的网络类：面向信息、多媒体系统的网络E类：面向乘员的安全系统类：面向乘员的安全系统分类依据：功能和速率分类依据：功能和速率2022-3-2220 车载网络传输速度：2022-3-2221典型的现代汽车车载网络典型的现代汽车车载网络2022-3-2222 Vehicle LAN（ 车载局域网）2022-3-2223A类网络协议的特点A类网络主要面向传感器、执行类网络主要面向传感器、执行器控制；器控制；位速率一般小于位速率一般小于10Kbps；适用于对实时性要求不高的场合，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、主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。灯光照明等
8、控制。2022-3-2224名称名称主要用户主要用户主要应用场合主要应用场合注释注释UARTGM多种场合多种场合正被逐步淘汰正被逐步淘汰SinebusGMAudio/LIN许多厂商许多厂商智能连接器和传感器智能连接器和传感器由由LIN协会开发协会开发I2CRenaultHVAC极少使用极少使用CCDChryslerHVAC，Audio等等正被逐步淘汰正被逐步淘汰ACPFordAudio/BEANToyota车身控制车身控制/J1708/J1587/J1922 T&B 多种场合多种场合 正被逐步淘汰正被逐步淘汰 现有现有A A类网络协议及其应用情况类网络协议及其应用情况2022-3-2225A类
9、网络协议之LIN协议能提高汽车上分层、多路复用网络的性能，能提高汽车上分层、多路复用网络的性能，降低汽车电子控制装置开发、生产以及诊降低汽车电子控制装置开发、生产以及诊断服务的成本；断服务的成本；预计到预计到2003年，全世界新生产的汽车平均年，全世界新生产的汽车平均每辆会有每辆会有310个个LIN节点。节点。2022-3-2226A A类网络的主流协议根据这些网络协议目前发展和使用的状况，根据这些网络协议目前发展和使用的状况，不难得出结论，将来不难得出结论，将来A类网的主流协议将是类网的主流协议将是LIN。 尽管尽管LIN目前正处于发展阶段，但是它已经目前正处于发展阶段，但是它已经广泛地被世
10、界上的大多数汽车公司以及零配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，它有望成为件厂商所接受，它有望成为A类网络的世界类网络的世界标准。标准。2022-3-2227LINLIN协议的软硬件支持协议的软硬件支持 目前，目前，Motorola是全球最是全球最主要的主要的LIN协议芯片及其相关驱协议芯片及其相关驱动程序提供商，提供硬件开发工动程序提供商，提供硬件开发工具及相应的软件包、具及相应的软件包、LIN物理层物理层接口等。接口等。2022-3-2228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
11、结构图2022-3-2229图2022-3-2230B B类网络协议的特点B类网络协议主要面向独立模块间的类网络协议主要面向独立模块间的数据共享，适用于对实时性要求不数据共享，适用于对实时性要求不高的场合，以减少冗余的电子部件；高的场合，以减少冗余的电子部件；位速率一般在位速率一般在10125Kbps；主要应用于电子车辆信息中心、故主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示等方面的控制。障诊断、仪表显示等方面的控制。2022-3-2231现有B类网络协议及其应用情况名称名称主要用户主要用户应用场合应用场合注释注释GMLAN(SWC)GM多种场合多种场合GM是唯一用户是唯一用户ISO1189
12、8-3 (Fault-Tol CAN) 欧洲欧洲多种场合多种场合也称也称容错容错CANJ2248GM, Ford, DC 多种场合多种场合基于基于ISO 11898VANRenault & PSA 控制应用控制应用基于基于ISO11519-3 J1850GM, Ford, Chrysler 多种场合多种场合有有VPM，PWM两种两种调制方式调制方式 2022-3-2232ISO 11898-3、 VAN、 J1850性能比较比较内容比较内容ISO 11898-3VANSAE J1850应用场合应用场合控制、诊断控制、诊断控制、诊断控制、诊断通用、诊断通用、诊断传输介质传输介质双绞线双绞线双绞线
13、、扁双绞线、扁平线平线单线单线双绞线双绞线位编码方式位编码方式NRZManchester VPWPWM介质访问方式介质访问方式竞争竞争竞争竞争竞争竞争位速率位速率10K1Mbps125Kbps10.4Kbps 41.6Kbps数据长度数据长度08个字节个字节28个字节个字节08个字节个字节节点成本节点成本中中低低低低2022-3-2233B B类网络的主流协议 过去十年间，过去十年间， CAN(ISO11898-3); SAE J1850以及以及VAN(Vehicle Area Network)在车身网络中得到了广泛的应在车身网络中得到了广泛的应用。用。 随着汽车网络技术的发展，目前及随着汽车
14、网络技术的发展，目前及未来的未来的B类网络主流协议将是：类网络主流协议将是：CAN (ISO11898-3)中国中国2022-3-2234C C类网络协议的特点主要面向高速、实时闭环控制主要面向高速、实时闭环控制的多路控制多路传输网；的多路控制多路传输网；位速率可达位速率可达1Mbps， X-By-Wire 系统传输速率可达系统传输速率可达10Mbps以上；以上；主要用于动力系统等对实时控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。制及可靠性要求较高的场合。2022-3-2235C C类网络协议及应用情况名称名称主要用户主要用户应用场合应用场合注释注释ISO11898-2(高速高速CA
15、N)GM，欧洲，欧洲实时控制场合实时控制场合TTPTM/CTTTech实时控制场合实时控制场合(X-By-Wire)最初由最初由Vienna技术大学制定技术大学制定FlexRayBMW, Motorola, Daimler Chrysler实时控制场合实时控制场合(X-By-Wire)/2022-3-2236ISO 11898-2ISO 11898-2、 TTPTTPTMTM/C/C、 FlexRayFlexRay性能比较比较内容比较内容ISO 11898-2FlexRayTTPTM/C应用场合应用场合汽车，自动化汽车，自动化领域，航空领域，航空 x-by-wire对实时性要求严对实时性要求严
16、格的系统格的系统(x-by-wire)消息传输消息传输异步异步异步或同步异步或同步同步同步位编码方式位编码方式NRZNRZ频率调制频率调制介质访问方式介质访问方式CSMA/CR TDMA和和FTDMA TDMA最大波特率最大波特率1Mbps10Mbps25Mbps每帧的数据字每帧的数据字节节0 8024602362022-3-22372022-3-2238C类网络协议的主流协议目前，目前，C类网络中广泛应用于动力与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：传动系统控制与通讯的协议标准为：ISO 11898-2未来应用于未来应用于X-By-Wire系统的主要协系统的主要协议为：议为
17、：TTPTM/C(Time-Triggered Protocol)FlexRay 2022-3-2239D D类网络协议的特点类网络协议的特点及分类该类网络统称智能数据总线该类网络统称智能数据总线(Intelligent Data Bus)主要面向信息、多媒体系统等。主要面向信息、多媒体系统等。2022-3-2240 根据根据SAE分类：分类： IDB-C(低速低速)、 IDB-M(高速高速)和和IDB-Wireless(无线通无线通讯讯 ) 。 D 类 网 络 协 议 的 位 速 率 在类 网 络 协 议 的 位 速 率 在250Kbps400Mbps之间。之间。 IDB-C：SAE J23
18、66IDB-M：D2B、MOST、IDB1394等等IDB-Wireless： Bluetooth(蓝牙蓝牙)2022-3-2241D D类网络协议的比较比较内容比较内容IDB-CD2BMOSTIDB-1394CopperOptical应用场合应用场合通讯娱乐通讯娱乐数据流数据流控制控制数据流数据流控制控制数据流数据流控制控制PC设备设备传输介质传输介质双绞线双绞线双绞线双绞线光纤光纤光纤光纤屏蔽双绞线屏蔽双绞线位编码方式位编码方式NRZPWMBiPhaseBiPhaseNRZ位速率位速率250Kbps29.8Kbps12Mbps25Mbps98393Mbps成本成本低低中中高高高高中中202
19、2-3-2242E E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。全性领域。名称名称主要开发商主要开发商注释注释SafetyBusDelphiDelphi是唯一用户是唯一用户BOTE Bosch-Temic /Planet Philips/DSIMotorola/AMP/SI(Byteflight) BMW/ Motorola也称也称ISIS2022-3-2243E E类网络协议的比较比较内容比较内容SafetyBusPlanetByteflight应用场合应用场合气囊气囊气囊气囊气囊气囊传输介质传输介质双线双线双线双线双线双线数据长度数据长度24 39位位0200字节字节介质访问方式介质访问方式 主主/从从主主/从从FTDMA最大波特率最大波特率500Kbps20K250Kbps 10Mbps成本成本低低低低中中
