35第4章智能网联汽车网络系统课件.pptx
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1、 第 1 页4.1 网络的类型与特点网络的类型与特点4.2 车载网络车载网络4.3 车载自组织网络车载自组织网络4.4 车载移动互联网车载移动互联网 第 2 页 第 3 页 第 4 页 以以车内总线通信车内总线通信为基础的为基础的车载网络车载网络 以以短距离无线通信短距离无线通信为基础的为基础的车载自组织网络车载自组织网络 以以远距离远距离无线无线通信通信为基础的为基础的车载移动互联网络车载移动互联网络(1)A类低速网络类低速网络:传输速率一般小于传输速率一般小于10kbit/s(千比(千比特每秒特每秒),主流协议是,主流协议是LIN(局域互联网络),主要用(局域互联网络),主要用于于电动门窗
2、电动门窗、电动座椅电动座椅、照明系统照明系统等等(2)B类中速网络类中速网络:传输速率在传输速率在10125kbit/s之间,之间,对实时性要求不太高,主要面向独立模块之间数据共对实时性要求不太高,主要面向独立模块之间数据共享的中速网络享的中速网络;主流协议是主流协议是低速低速CAN(控制器局域网控制器局域网络),主要用于络),主要用于故障诊断故障诊断、空调空调、仪表显示仪表显示2022-6-32022-6-3(3)C类高速网络类高速网络:传输速率在传输速率在1251000kbit/s之间,对实时之间,对实时性要求高,主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网性要求高,主要面向高速、实时闭环控制的
3、多路传输网;主流主流协议是协议是高速高速CAN、FlexRay(服乐克思睿)等,主要用于(服乐克思睿)等,主要用于发动发动机控制机控制、ABS、ASR、ESP、悬架控制悬架控制等等(4)D类多媒体网络类多媒体网络:传输速率在传输速率在250kbit/s100Mbit/s之间,之间,网络协议主要有网络协议主要有MOST、以太网以太网、蓝牙蓝牙、ZigBee技术技术等,主要等,主要用于要求传输效率较高的用于要求传输效率较高的多媒体系统多媒体系统、导航系统导航系统等等(5)E类安全网络类安全网络:传输速率为传输速率为10Mbit/s,主要面向,主要面向汽车安汽车安全系统全系统的网络的网络2022-6
4、-3 车载自组织网络车载自组织网络是基于是基于短距离无线通信技术自主构建短距离无线通信技术自主构建的的V2V、V2I、V2P之间的无线通信网络,实现之间的无线通信网络,实现V2V、V2I、V2P之之间的信息传输,使车辆具有行驶环境感知、危险辨识、智能间的信息传输,使车辆具有行驶环境感知、危险辨识、智能控制等功能,并能够实现控制等功能,并能够实现V2V、V2I之间的协同控制之间的协同控制2022-6-3 车载移动互联网车载移动互联网是基于是基于远距离通信技术远距离通信技术构建的构建的车辆与互联网车辆与互联网之之间连接的网络,实现车辆信息与各种服务信息在车载移动互联间连接的网络,实现车辆信息与各种
5、服务信息在车载移动互联网上的传输,使智能网联汽车用户能够开展商务办公、信息娱网上的传输,使智能网联汽车用户能够开展商务办公、信息娱乐服务等乐服务等2022-6-3 (1)复杂化)复杂化:智能网联汽车电控系统的网络体系结构复杂,智能网联汽车电控系统的网络体系结构复杂,它包含多达它包含多达数百个数百个ECU通信节点通信节点,ECU被划分到被划分到十几个不同十几个不同的网络子系统的网络子系统之中,由之中,由ECU产生的需要进行通产生的需要进行通信的信号个数多信的信号个数多达数千个达数千个 (2)异构化)异构化:为满足各个功能子系统在网络带宽、实时性、为满足各个功能子系统在网络带宽、实时性、可靠性和安
6、全性的不同需求,可靠性和安全性的不同需求,CAN、LIN、FlexRay、MOST、以太网、自组织网络、移动互联网等多种网络技术、以太网、自组织网络、移动互联网等多种网络技术都将在智都将在智能网联汽车上得到应用,因此,不同网络子系统中所采用的网能网联汽车上得到应用,因此,不同网络子系统中所采用的网络技术之间存在很大程度的异构性络技术之间存在很大程度的异构性2022-6-3 (3)网关互连的层次化架构)网关互连的层次化架构:智能网联汽车智能网联汽车电控系统电控系统和和先进先进驾驶辅助系统驾驶辅助系统的网络体系结构具有层次化特点,它同时包括同的网络体系结构具有层次化特点,它同时包括同一网络子系统内
7、一网络子系统内不同不同ECU之间的通信之间的通信和和两个或多个网络子系统两个或多个网络子系统所包含的所包含的ECU之间的跨网关通信之间的跨网关通信等多种情况。如防碰撞系统功等多种情况。如防碰撞系统功能的实现依赖于安全子系统、底盘控制子系统、车身子系统以能的实现依赖于安全子系统、底盘控制子系统、车身子系统以及及V2V、V2I、V2P之间的交互和协同控制之间的交互和协同控制 (4)通信节点组成和拓扑结构是变化的)通信节点组成和拓扑结构是变化的:智能网联汽车需要智能网联汽车需要实现实现V2V、V2I、V2P之间的通信,它的网络体系结构中包含之间的通信,它的网络体系结构中包含的的通信节点通信节点和和体
8、系结构的拓扑结构体系结构的拓扑结构是变化的是变化的2022-6-3车载网络车载网络类型主要有类型主要有CAN、LIN、FlexRay、MOST、以太网、以太网等等2022-6-3 CAN是控制器局域网络是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称,)的简称,是德国博世公司在是德国博世公司在1985年时为了解决汽车上众多测试仪器与控年时为了解决汽车上众多测试仪器与控制单元之间的数据传输,而开发的一种支持分布式控制的串行制单元之间的数据传输,而开发的一种支持分布式控制的串行数据通信总线。目前,数据通信总线。目前,CAN总线已经是国际上应用最广泛的总线已经是国际上应用最广
9、泛的网络总线之一,它的数据信息网络总线之一,它的数据信息传输速率最大为传输速率最大为1Mbit/s,属于,属于中速网络,中速网络,通信距离(无须中继)最远可达通信距离(无须中继)最远可达10km。2022-6-3CAN总线采用总线采用双绞线双绞线作为传输介质,媒体访问方式为作为传输介质,媒体访问方式为位仲裁位仲裁,是一种,是一种多主总线多主总线2022-6-3 (1)多主控制)多主控制:在总线空闲时,在总线空闲时,所有单元所有单元都可开始发送消息都可开始发送消息;最先访问总线的单元最先访问总线的单元可获得发送权;多个单元同时开始发送可获得发送权;多个单元同时开始发送时,发送时,发送高优先级高优
10、先级ID(标识符标识符)消息的单元消息的单元可获得发送权可获得发送权 (2)消息的发送)消息的发送:在在CAN协议中,所有的消息都以协议中,所有的消息都以固定的格固定的格式式发送发送;总线空闲时,所有与总线相连的单元总线空闲时,所有与总线相连的单元都可以开始发送都可以开始发送新消息新消息;两个以上的单元同时开始发送消息时,对各消息两个以上的单元同时开始发送消息时,对各消息ID的的每个位进行每个位进行逐个仲裁比较逐个仲裁比较;仲裁获胜仲裁获胜(被判定为优先级最高)(被判定为优先级最高)的单元可继续发送消息,的单元可继续发送消息,仲裁失利仲裁失利的单元则立刻停止发送而进的单元则立刻停止发送而进行接
11、收工作行接收工作2022-6-3 (3)系统的柔软性)系统的柔软性:与总线相连的单元没有类似于与总线相连的单元没有类似于“地址地址”的信息的信息;因此在总线上因此在总线上增加单元增加单元时,连接在总线上的时,连接在总线上的其他单元其他单元的软硬件及应用层都的软硬件及应用层都不需要改变不需要改变。 (4)高速度和远距离)高速度和远距离:当当通信距离通信距离小于小于40 m时,时,CAN 总线的总线的传输速率传输速率可以达到可以达到1Mbit/s;通信速度与其通信距离成反比,通信速度与其通信距离成反比,当其通信距离达到当其通信距离达到10 km时,其传输速率仍可以达到约时,其传输速率仍可以达到约5
12、kbit/s (5)远程数据请求)远程数据请求:可通过发送可通过发送“遥控帧遥控帧”请求其他单元发请求其他单元发送数据送数据2022-6-3 (6)错误检测功能、错误通知功能、错误恢复功能)错误检测功能、错误通知功能、错误恢复功能 (7)故障封闭)故障封闭:CAN 总线可以判断出错误的类型是总线上总线可以判断出错误的类型是总线上暂暂时的数据错误时的数据错误(如外部噪声等)还是(如外部噪声等)还是持续的数据错误持续的数据错误(如单元(如单元内部故障、驱动器故障、断线等)内部故障、驱动器故障、断线等);当总线上发生当总线上发生持续的数据持续的数据错误错误时,可将引起此故障的单元时,可将引起此故障的
13、单元从总线上隔离出去从总线上隔离出去 (8)连接)连接:CAN 总线可以同时连接多个单元,总线可以同时连接多个单元,可连接的单元可连接的单元总数总数理论上是理论上是没有限制没有限制的的;但实际上可连接的单元数受总线上但实际上可连接的单元数受总线上的的时间延迟及电气负载的限制时间延迟及电气负载的限制;降低传输速率,可连接的单元降低传输速率,可连接的单元数增加;提高传输速率,则可连接的单元数减少数增加;提高传输速率,则可连接的单元数减少2022-6-32022-6-3LIN是是局部连接网络局部连接网络(Local Interconnect Network)的简称,也被称为的简称,也被称为局域网子系
14、统局域网子系统,是专门为汽车开发,是专门为汽车开发的一种低成本串行通信网络,用于实现汽车中的分布的一种低成本串行通信网络,用于实现汽车中的分布式电子系统控制。式电子系统控制。LIN网络的数据传输速率为网络的数据传输速率为20kbit/s,属于,属于低速网络低速网络,媒体访问方式为,媒体访问方式为单主多从单主多从,是一种,是一种辅助总线辅助总线,辅助,辅助CAN总线工作总线工作;使用使用LIN总线可大大总线可大大降低成本降低成本2022-6-3 (1)LIN总线的通信是基于总线的通信是基于SCI数据格式,媒体访问采用数据格式,媒体访问采用单主单主节点、多从节点节点、多从节点的方式,数据优先级由主
15、节点决定,灵活性好的方式,数据优先级由主节点决定,灵活性好 (2)一条)一条LIN总线最多可以总线最多可以连接连接16个节点,共有个节点,共有64个标识符个标识符 (3)LIN总线采用低成本的单线连接,传输速率最高可达总线采用低成本的单线连接,传输速率最高可达20kbit/s (4)不需要进行仲裁不需要进行仲裁,同时在从节点中无须石英或陶瓷振荡,同时在从节点中无须石英或陶瓷振荡器,只采用片内振荡器就可以实现自同步,从而降低硬件成本器,只采用片内振荡器就可以实现自同步,从而降低硬件成本2022-6-3 (5)几乎所有的)几乎所有的MCU(微控制单元)均具备(微控制单元)均具备LIN所需硬件所需硬
16、件,且实现费用较低且实现费用较低 (6)网络通信具有)网络通信具有可预期性可预期性,信号传播时间信号传播时间可预先计算可预先计算 (7)通过主机节点可将)通过主机节点可将LIN与上层网络(与上层网络(CAN)相连接)相连接,实,实现现LIN的子总线辅助通信功能,从而优化网络结构,提高网络的子总线辅助通信功能,从而优化网络结构,提高网络效率和可靠性效率和可靠性 (8)LIN总线通信距离最大总线通信距离最大不超过不超过40m2022-6-3LIN网络网络主要应用于主要应用于车窗、门锁、开关面板、后视车窗、门锁、开关面板、后视镜镜等等2022-6-3 FlexRay是一种用于汽车的是一种用于汽车的高
17、速可确定性的、具备故障容错高速可确定性的、具备故障容错的总线系统的总线系统。 汽车中的控制器件、传感器和执行器之间的数据交换主要汽车中的控制器件、传感器和执行器之间的数据交换主要是通过是通过CAN网络进行的。然而新的线控技术(网络进行的。然而新的线控技术(X-by-wire)系统设计思想的出现,导致车辆系统对信息传送速度尤其系统设计思想的出现,导致车辆系统对信息传送速度尤其是是故障容错与时间确定性的需求不断增加故障容错与时间确定性的需求不断增加;FlexRay通过在通过在确定的时间槽中传送信息,以及在两个通道上的故障容错确定的时间槽中传送信息,以及在两个通道上的故障容错和冗余信息的传送,可以满
18、足这些新增加的要求和冗余信息的传送,可以满足这些新增加的要求2022-6-3 (1)数据传输速率高)数据传输速率高:最大传输速率可达到最大传输速率可达到10Mbit/s,双,双通道总数据传输速率可达到通道总数据传输速率可达到20Mbit/s,因此,应用在车载网,因此,应用在车载网络上,络上,FlexRay的的网络带宽网络带宽可以是可以是CAN网络的网络的20倍倍 (2)可靠性好)可靠性好:具有冗余数据传输能力的总线系统使用具有冗余数据传输能力的总线系统使用两两个相互独立的信道个相互独立的信道,每个信道都由一组双线导线组成,每个信道都由一组双线导线组成;一一个个信道失灵信道失灵时,该信道应传输的
19、信息可在另一条没有发生时,该信道应传输的信息可在另一条没有发生故障的信道上传输故障的信道上传输;此外,总线监护器的存在进一步提高此外,总线监护器的存在进一步提高了通信的可靠性了通信的可靠性2022-6-3 (3)确定性)确定性:确定性数据传输用于确保时间触发区域内的确定性数据传输用于确保时间触发区域内的每条信息都能实现每条信息都能实现实时传输实时传输 (4)灵活性)灵活性:灵活性是灵活性是FlexRay总线的突出特点,体现在以总线的突出特点,体现在以下方面:下方面:支持多种方式的网络拓扑结构支持多种方式的网络拓扑结构,点对点连接、串级,点对点连接、串级连接、主动星形连接、混合型连接等;连接、主
20、动星形连接、混合型连接等;信息长度可配置信息长度可配置,可,可根据实际控制应用需求,为其设定相应的数据载荷长度;根据实际控制应用需求,为其设定相应的数据载荷长度;双双通道拓扑通道拓扑既可用于增加带宽,也可用于传输冗余的信息;既可用于增加带宽,也可用于传输冗余的信息;周周期内静态、动态信息传输部分的时间期内静态、动态信息传输部分的时间都可随具体应用而改变都可随具体应用而改变2022-6-3 (1)替代)替代CAN总线总线:数据传输速率要求超过数据传输速率要求超过CAN的应用的应用,FlexRay替代多条替代多条CAN总线总线 (2)用做)用做“数据主干网数据主干网”:数据传输速率数据传输速率高高
21、,且支持多种,且支持多种拓扑结构,非常适合于车辆主干网络,拓扑结构,非常适合于车辆主干网络,连接多个独立网络连接多个独立网络 (3)用于分布式测控系统)用于分布式测控系统:分布式测控系统用户要求确切分布式测控系统用户要求确切知道消息到达时间知道消息到达时间,且消息周期,且消息周期偏差非常小偏差非常小,如动力系统,如动力系统、底盘系统的一体化控制中。、底盘系统的一体化控制中。 (4)用于高安全性要求的系统)用于高安全性要求的系统:FlexRay本身不能确保系本身不能确保系统安全,但它具备大量功能以统安全,但它具备大量功能以支持面向安全的系统设计支持面向安全的系统设计2022-6-32022-6-
22、3 MOST(多媒体定向系统传输)(多媒体定向系统传输)总线是使用总线是使用光纤或双绞线光纤或双绞线作为传输介质的作为传输介质的环形网络环形网络,可以,可以同时传输音同时传输音/视频流数据、视频流数据、异步数据和控制数据异步数据和控制数据,支持高达,支持高达150Mbit/s的传输速率。的传输速率。 MOST25是是第第1代总线标准代总线标准,最高可支持,最高可支持24.6Mbit/s的传输的传输速率,以塑料光纤作为传输介质;速率,以塑料光纤作为传输介质;第第2代标准代标准MOST50的传的传输速率是输速率是MOST25的的2倍,采用塑料光纤倍,采用塑料光纤、非屏蔽双绞线作非屏蔽双绞线作为传输
23、介质;为传输介质;第第3代标准代标准MOST150,不仅最高可支持,不仅最高可支持147.5Mbit/s 的传输速率,还解决了与以太网的连接等问题的传输速率,还解决了与以太网的连接等问题,MOST150将成为将成为MOST总线技术发展的趋势总线技术发展的趋势。2022-6-3 (1)保证低成本条件下,最高可以达到)保证低成本条件下,最高可以达到147.5Mbit/s的速率的速率 (2)无论是否有)无论是否有主控计算机主控计算机都可以工作都可以工作 (3)支持)支持声音和压缩图像声音和压缩图像的实时处理的实时处理 (4)支持数据的)支持数据的同步和异步传输同步和异步传输 (5)发送)发送/接收器
24、嵌有接收器嵌有虚拟网络管理系统虚拟网络管理系统 (6)支持)支持多种网络连接方式多种网络连接方式,提供,提供MOST设备标准设备标准 (7)通过采用)通过采用MOST,可以,可以减轻线束的质量减轻线束的质量 (8)光纤网络不会受到)光纤网络不会受到电磁辐射干扰与搭铁环的影响电磁辐射干扰与搭铁环的影响2022-6-3 主要用于车载电视、车载电话、车载主要用于车载电视、车载电话、车载CD、车载互联网、车载互联网、DVD导航等系统的控制导航等系统的控制;用在车载摄像头等行车系统用在车载摄像头等行车系统2022-6-32022-6-3 以太网(以太网(Ethernet)是由美国施乐()是由美国施乐(X
25、erox)公司创建,并)公司创建,并由施乐、英特尔(由施乐、英特尔(Intel)和数字装备()和数字装备(DEC)公司联合开)公司联合开发的基带发的基带局域网局域网规范,是当今现有局域网采用的最通用的规范,是当今现有局域网采用的最通用的通信协议通信协议标准标准 以太网包括以太网包括标准以太网标准以太网(10Mbit/s)、)、快速以太网快速以太网(100Mbit/s)、)、千兆以太网千兆以太网(1000Mbit/s)和)和万兆以太网万兆以太网(10Gbit/s)2022-6-3 (1)数据传输速率高)数据传输速率高:最大传输速率能达到最大传输速率能达到10Gbit/s,并,并且还在提高,比任何
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