汽车电子控制技术第五章课件.ppt

1、汽车电子控制技术概述第一节CAN总线网络第二节LIN总线网络第三节VAN总线网络第四节FlexRay总线网络第五节目录ContentsMOST总线网络第六节第一节概述第一节概述第五章汽车车载网络技术第五章汽车车载网络技术第一节概述第一节概述汽车电子化程度的高低,已经成为当今世界衡量汽车先进水平的重要标志。在宝马7系轿车上,就装备了70多个微处理器(电控单元)。若继续采用传统的点到点的布线方式,信号传输的可靠性、信息传送速度均具有不适应性,信息传输材料成本较高。为了简化线路,提高信息传输的速度和可靠性,降低故障率,车载网络技术应运而生,如控制器局域网(Controller Area Networ

2、k,CAN)、局部连接网络(Local Interconnect Network,LIN)等。一辆汽车不管有多少个控制单元,每个控制单元都只需引出两条线共同接在两个节点上,这两条导线就称为数据总线,也称为网线。第一节概述第一节概述一、车载网络技术的发展一、车载网络技术的发展自1980年起,汽车上开始装用车载网络。1983年,日本丰田公司在世纪牌汽车上采用光纤车门多路传输集中控制系统,车身控制单元可对各车门锁、电动车窗进行控制。19861989年,汽车车身系统采用了铜网线,如日产公司的车门多路传输集中控制系统、通用汽车公司的车灯多路传输集中控制系统等。20世纪90年代,由于集成电路技术和电子器件

3、制造技术的迅速发展,用廉价的单片机作为总线的接口端,采用总线技术布线的价格也逐渐进入了实用化阶段。第一节概述第一节概述二、车载网络的分类二、车载网络的分类1.按网络拓扑结构分类网络的拓扑结构(Topological Structure)是指网上计算机或设备与信息传输介质形成的节点与数据传输线的物理构成模式。车载网络的拓扑结构主要有线形结构、星形结构和环形结构等。第一节概述第一节概述(1)线形拓扑结构线形拓扑结构(见图5-2)是一种信道共享的物理结构。这种结构中总线具有信息的双向传输功能,普遍用于控制器局域网的连接,总线一般采用同轴电缆或双绞线。图5-2线形拓扑结构第一节概述第一节概述线形拓扑结

4、构的优点:安装简单,扩充或删除一个节点很容易,不需停止网络的正常工作,节点的故障不会殃及整个系统;由于各个节点共用一个总线作为数据通路,信道利用率高。其缺点:由于信道共享,连接的节点不宜过多,并且总线自身的故障可能导致整个系统的崩溃。车载网络多采用这种结构,如CAN总线系统。动力CAN数据总线(高速)的速率为500kbit/s,用于动力系统和底盘系统数据总线;舒适CAN数据总线(低速)的速率为100kbit/s,用于中央门锁、车窗玻璃升降等系统联网。第一节概述第一节概述(2)星形拓扑结构星形拓扑结构是一种以中央节点为中心,把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构(见图5-3)。这种结构适用于局域

5、网。图5-3星形拓扑结构第一节概述第一节概述星形拓扑结构的特点:结构简单,安装容易,费用低,通常以集线器作为中央节点,便于维护和管理。中央节点的正常运行对网络系统来说是至关重要的。中央节点负载重,扩充困难,信道利用率较低。因为车载网络的应用目的之一就是简化线束,所以这种结构不可能成为整车网络的结构,只在某一总成或系统上使用。第一节概述第一节概述 (3)环形拓扑结构环形拓扑结构由各节点首尾相连形成一个闭合环形线路。环形网络中信息传输是单向的,即沿一个方向从一个节点传到另一个节点;每个节点需安装中继器,以接收、放大、发送信号(见图5-4)图5-4环形拓扑结构第一节概述第一节概述环形拓扑结构的优点是

6、结构简单,建网容易,便于管理。其缺点是当节点过多时,会影响传输效率,不利于扩充,另外某一个节点发生故障时,整个网络就不能正常工作。奥迪和宝马等车系的影音娱乐系统采用的MOST总线即为环形拓扑结构,通过光脉冲传输数据,且只能朝一个方向传输数据。光缆用作传输媒介可以传输各种数据(如控制信息、音频和图像数据),并提供各种数据服务。第一节概述第一节概述 2.按信息传输速率分类按信息传输速率分类 为方便研究和设计应用,美国汽车工程师学会(SAE)的汽车网络委员会按照系统的复杂程度、传输流量、传输速率、传输可靠性、动作响应时间等参量,将汽车数据传输网络划分为A、B、C、D、E五类。第一节概述第一节概述A类

7、网络是面向传感器/执行器控制的低速网络,数据传输速率通常小于10kbit/s,主要用于车外后视镜调节、电动车窗及灯光照明等的控制。B类网络是面向独立模块间数据共享的中速网络,传输速率在(10125)kbit/s之间,主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。C类网络是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络,传输速率在125kbit/s1Mbit/s之间,主要用于发动机控制、ABS、ESP等系统。第一节概述第一节概述D类网络是智能数据总线IDB(Intelligent Data BUS)网络,主要面向影音娱乐信息、多媒体系统,传输速率在250kbit/s100Mbit/s之间。按照SAE的分类

8、,IDB-C为低速网络,IDB-M为高速网络,IDB-Wireless为无线通信网络。E类网络是面向汽车被动安全系统的网络,传输速率为10Mbit/s。就目前的技术水平而言,以上几种网络技术在汽车上多采用组合方式,即车身和舒适性控制单元都连接到低速CAN总线上,并借助于LIN总线进行外围设备控制。而汽车高速控制系统,通常会使用高速CAN总线其连接在一起。第一节概述第一节概述三、车载网络的标准及协议三、车载网络的标准及协议近年来,随着汽车电子技术的高速发展,世界各大汽车公司、电子元器件公司及各科研机构根据电子技术和汽车应用的发展推出了许多新的车用通信协议。沿袭SAE的分类方式,一般分为A、B、C

9、、D四类网络标准与协议。第一节概述第一节概述1.A类网络标准与协议A类网络通信大部分采用通用异步接收/发送标准。UART标准使用起来既简单又经济,但随着技术的发展,预计在今后几年中将会逐步在汽车通信系统中停用。A类网络通信目前首选的标准是局域互联网LIN。由于目前尚未建立低端多路通信的汽车行业标准,LIN的快速发展和大量使用,使其有望成为汽车领域的低成本串行通信的行业标准。LIN总线采用低成本的单线连接,传输速率最高可达20kbit/s,对于低端的大多数应用对象(如中央门锁控制、空调系统控制等)来说,这个速率是完全可以满足要求的。第一节概述第一节概述2.B类网络标准与协议B类网络通信中使用最广

10、泛的标准是CAN总线。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对通信数据的成帧处理,包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等工作。CAN协议的一个最大特点就是废除了传统的站地址编码,而以对通信数据块进行编码替代,最多可标识2048个(2.0A)或5亿多个(2.0B)数据块。B类网络通信的国际标准是ISO 11898,其传输速率在100kbit/s左右。第一节概述第一节概述3.C类网络标准与协议根据SAE的分类,高速总线系统属于C类网络标准。由于高速总线系统主要用于与汽车安全相关以及实时性要求较高的领域,如动力系统等,其传输速率较高,通常在125kbit/s

11、1Mbit/s之间,且必须支持实时的、周期性的数据传输。随着车载网络技术的发展,未来将会用到具有高速实时传输特性的一些总线标准与协议,包括采用时间触发通信的X-by-Wire系统总线标准和用于安全气囊控制和通信的总线标准与协议。第一节概述第一节概述(1)C类总线标准与协议在C类标准中,欧洲的汽车制造商大多采用的是高速通信的CAN总线标准ISO 11898。ISO 11898主要面向汽车(乘用车)电控单元(ECU)之间的通信,信息传输速率大于125kbit/s,最高可达1Mbit/s。ISO 11898对使用控制器局域网(CAN)构建数字信息交换的相关特性进行了详细的规定。SAE J1939也使

12、用了控制器局域网(CAN)协议,任何ECU在总线空闲时都可以发送信息,它利用协议中定义的扩展帧29位标识符实现一个完整的网络定义。(2)安全总线标准与协议安全总线主要是用于安全气囊系统,以连接碰撞传感器(减速度传感器)、碰撞安全传感器等装置,为汽车的被动安全提供保障。目前已有一些公司研制出了相关的总线和协议,如德尔福(Delphi)公司的Safety Bus和宝马公司的Byteflight等。Byteflight主要以宝马公司为中心制定。数据传输速率为10Mbit/s,光纤可长达43m。Byteflight不仅可以用于安全气囊系统的网络通信,还可用于X-by-Wire系统的通信和控制。第一节概

13、述第一节概述第一节概述第一节概述(3)X-by-Wire总线标准与协议X-by-Wire是目前在工业生产、机电产品控制等领域中应用日益广泛的一种控制技术。其中,Wire是导线的意思,X就像数学方程中的未知数,代表受控对象。X-by-Wire是指通过导线传递控制信号,控制受控对象X,有别于传统的靠机械方式或液压方式传递控制信号。因此,X-by-Wire技术又称线传控制技术或电传控制技术。第一节概述第一节概述(4)诊断系统总线标准与协议故障自诊断是现代汽车的一项重要功能,为复杂汽车电子控制系统的故障诊断、检修带来了极大的方便。同时,随着环境保护意识的增强,汽车故障自诊断系统又增加了汽车尾气排放系统

14、的监测功能。现今,在汽车上使用的故障自诊断系统主要有OBD-(On-Board Diagnostic-)、OBD-和 E-OBD(European On-Board Diagnostic)标准。目前,许多汽车制造商都采用ISO 14230(Keyword Protocol 2000)作为诊断系统的通信标准,它满足OBD-和OBD-的要求。第一节概述第一节概述 4.D类网络标准与协议汽车多媒体网络和协议属于D类总线系统,分为三种类型,分别是低速、高速和无线。对应SAE的分类相应为和IDB-Wireless,其传输速率在250kbit/s100Mbit/s之间。低速网络用于远程通信、诊断及通用信息

15、传输,IDB-C按CAN总线的格式以250kbit/s的传输速率进行信息传输。高速网络主要用于实时的音频和视频通信,如MP4、DVD和CD等的播放,所使用的传输介质是光纤,这一类标准、协议里主要有DDB、MOST、IEEE1394以及基于IEEE1394的IDB-13940。第二节第二节CAN总线网络总线网络第五章汽车车载网络技术第五章汽车车载网络技术 一、一、CAN总线简介总线简介 控制器局域网(Controller Area Network,CAN)是国际标准化的串行通信协议。目前,CAN总线是车载网络系统中应用最多、最为普遍的一种总线技术。第二节第二节CAN总线网络总线网络1.CAN总线

16、的结构特点CAN总线系统上并联有多个控制单元,具有以下特点:1)可靠性高。2)使用方便。3)数据密度大。4)数据传输快。5)采用双线传输,抗干扰能力强,数据传输的可靠性高。第二节第二节CAN总线网络总线网络第二节第二节CAN总线网络总线网络2.CAN总线的优点对于汽车上的整个系统来说,CAN总线具有以下优点:1)控制单元间的数据传输都在同一平台上进行。2)可以很方便地实现用控制单元来对系统进行控制。3)可以很方便地加装选装装置。4)CAN总线是一个开放系统,可以与各种传输介质进行适配。5)对控制单元的诊断可通过K线来进行,车内的诊断有时通过CAN总线来完成,称为虚拟K线。6)可同时通过多个控制

17、单元进行系统诊断。3.CAN总线的传输速率考虑到信号的重复率及产生出的数据量,CAN总线系统分为以下三个专门的系统:(1)驱动CAN总线(高速)也称为动力CAN总线,其标准传输速率为500kbit/s,可充分满足实时要求,主要用于发动机、变速器、ABS、转向助力等汽车动力系统的数据传输。(2)舒适CAN总线(低速)其标准传输速率为100kbit/s,主要用于空调系统、中央门锁(车门)系统、座椅调节系统的数据传输。(3)信息CAN总线(低速)其标准传输速率为100kbit/s,主要用于对响应速度要求不高的领域,如导航系统、组合音响系统、CD转换控制等。第二节第二节CAN总线网络总线网络4.CAN

18、总线的自诊断功能CAN总线是车内电子装置中的一个独立系统,从本质上讲,CAN总线就是数据传输线路,用于在控制单元之间进行信息交换。1)控制单元具有自诊断功能,通过自诊断功能还可识别出与CAN总线相关的故障。2)用诊断仪读出CAN总线故障记录之后,即可按这些提示信息,快速、准确地查寻并排除故障。3)控制单元内的故障记录用于初步确定故障,还可用于读出排除故障后的无故障说明,即确认故障已经被排除。4)CAN总线正常工作的前提条件是车辆在任何工况均不应有CAN总线故障记录。第二节第二节CAN总线网络总线网络5.CAN总线的传输线颜色特点CAN总线的基本颜色为橙色;CAN-L(低位)均为棕色;CAN-H

19、(高位)中的驱动系统传输线为黑色,舒适系统传输线为绿色,信息系统传输线为紫色。网络使用数据链路接口(DLC)为解码器提供接口。由于所有的系统信息可通过另一根(冗余)导线进行传递,当数据总线的一根导线损坏时,系统仍可继续工作。若两根导线损坏,将会影响诊断功能。第二节第二节CAN总线网络总线网络二、二、CAN总线协议总线协议(一)CAN协议与网络结构汽车各控制单元在使用计算机网络进行通信时须使用和解读相同的“语言”,这种语言成为“协议”。同时,随着CAN技术的应用推广,还要求这些通信协议进行标准化。第二节第二节CAN总线网络总线网络CAN网络结构如图5-5所示。图5-5CAN网络结构第二节第二节C

20、AN总线网络总线网络(二)CAN的分层结构CAN协议包括ISO/OSI参考模型中的数据链路层和物理层,如图5-6所示图5-6数据链路层和物理层功能框图第二节第二节CAN总线网络总线网络1.数据链路层(1)逻辑链路控制(LLC)1)功能。LLC层功能包括接收滤波、超载通知和恢复管理。接收滤波。在LLC层上开始的帧跃变是独立的,其自身操作与先前的帧跃变无关。帧内容由标识符命名。超载通知。若接收器内部条件要求延迟下一个LLC数据帧或LLC远程帧,则通过 LLC子层开始发送超载帧 恢复管理。发送期间,对于丢失仲裁或被错误干扰的帧,LLC子层具有自动重发送功能。在发送完成之前,帧发送服务不被用户认可。第

21、二节第二节CAN总线网络总线网络2)LLC帧结构LLC是等同LLC实体(LPDU)之间进行交换的数据单元。LLC数据帧。它由3个位场,即标识符场、数据字长度码(DLC)场和数据场组成,LLC远程帧。它由标识符场和DLC场组成,LLC远程帧标识符格式与 LLC数据帧标识符格式相同,只是不存在数据场。DLC的数值是独立的,此数据为对应数据帧的数据长度码。第二节第二节CAN总线网络总线网络 (2)媒体访问控制(MAC)1)功能模型。MAC层功能控制如图5-6所示,MAC层划分为完全独立工作的发送部分和接收部分。图5-6 MAC层功能控制第二节第二节CAN总线网络总线网络 发送部分功能发送数据封装:接

22、收LLC帧及接口控制信息,循环冗余检验(CRC)通过向LLC帧附加帧起始(SOF)和远程发送请求(RTR)、保留位、CRC、应答(ACK)和帧结束(EOF)。接收部分功能接收媒体访问管理:由物理层接收串行位流;解除串行结构并重新构建帧结构;检测填充位(解除位填充);错误检测(CRC、格式校验、填充规则校验);发送应答;构造错误帧并开始发送;确认超载条件;重新激活超载帧结构并开始发送。第二节第二节CAN总线网络总线网络 2)MAC帧结构帧结构 CAN数据在节点间的发送和接收以4种不同类型的帧出现和控制,其中数据帧将数据由发送器传至接收器;远程帧由节点发送,以请求发送具有相同标识符的数据帧;出错帧

23、可由任何节点发出,以检验总线错误;而超载帧用于提供先前和后续数据帧或远程帧之间的附加延时。另外,数据帧和远程帧以帧间空间与先前帧隔开。第二节第二节CAN总线网络总线网络 数据帧。MAC数据帧由7个不同位场构成,即帧起始(SOF)、仲裁场、控制场(两位保留位+DLC场)、数据场、CRC场、ACK场和帧结束(EOF),如图5-7所示。图5-7MAC数据帧第二节第二节CAN总线网络总线网络 远程帧。激活为数据接收器的节点,可通过发送一个远程帧,启动源节点发送各自的数据。一个远程帧由6个不同位场构成,即SOF、仲裁场、控制场(两位保留位+DLC场)、CRC场、ACK场和EOF,如图5-8所示。图5-8

24、MAC远程帧第二节第二节CAN总线网络总线网络 出错帧。它由两个不同场构成,第一个由来自不同节点的错误标志叠加给出,第二个为错误界定符。超载帧。存在两类具有相同格式的超载帧,即LLC要求的超载帧和重激活超载帧,前者为LLC层所要求,表明内部超载状态;后者由MAC层的一些出错条件而启动发送。帧间空间。数据帧和远程帧同前述的任何帧均由称为帧间空间的位场隔开。相反,超载帧和出错帧前面不存在帧间空间,并且多个超载帧也不用帧间空间分隔。第二节第二节CAN总线网络总线网络3)MAC帧编码和发送/接收。SOF、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列帧段均以位填充方法进行编码。当发送器在发送位流中检测到5个数值相

25、同的连续位(包括填充位)时,在实际发送位流中,自动插入一个补码位。数据帧或远程帧的其余位场(CRC界定符、ACK场和EOF)为固定形式,不进行位填充。出错帧和超载帧也为固定格式,同样不使用位填充方法进行编码。帧中的位流按照非归零方法编码,即在位总计时时间内产生的位电平为常数。第二节第二节CAN总线网络总线网络 4)媒体访问和仲裁 当检测到间歇场未被“显性”位中断后,认为总线被所有节点释放。总线一旦释放,“错误-活动”节点接收当前或先前的“错误-认可”节点都可以访问总线。当完成暂停发送,并且其间没有其他节点开始发送时,发送当前帧或已发送完先前帧的“错误-认可”节点可以访问总线。当允许节点访问总线

26、时,MAC数据帧和MAC远程帧可以起始发送。MAC错误帧和MAC超载帧如按上述规定被发送,发送期间,发送数据帧或远程帧的每个节点均为总线主站。第二节第二节CAN总线网络总线网络5)错误检测MAC层具有检测、填充规则校验、帧校验、15位循环冗余码校验和应答校验功能。错误类型：位错误、填充错误、CRC错误、形式错误、应答错误第二节第二节CAN总线网络总线网络第二节第二节CAN总线网络总线网络位错误:正在向总线发送一位的节点同时在检测总线,当检测到的位数值与送出的位数值不同时,则检验到位错误。填充错误:在使用位填充方法进行编码的帧场中,出现第六个连续相同电平的位时,则检测到填充错误。CRC错误:CR

27、C序列由发送器的CRC计算结果构成,接收器以发送器相同的方法计算CRC。当计算的CRC序列不等于接收到的序列时,检测到CRC错误。第二节第二节CAN总线网络总线网络形式错误:当固定格式位场含有一个或更多非法位时,检测到形式错误。但接收器在帧结束的最后位检测到显性位时,不将其理解为形式错误。应答错误:在发送ACK隙期间未检测到显性位时,检测到一个应答错误。当检测到错误时,LLC层即被通知,且MAC层启动发送错误标志。当任何节点检测到位错误、填充错误、形式错误或应答错误时,由各自节点在下一位启动发送错误标志。第二节第二节CAN总线网络总线网络 错误界定规则。网络中的任何一个节点,根据其错误计数器数

28、值,可能处于下列3种状态之一。“错误激活”节点:可正常参与总线通信,并在检测到错误时,发出一个活动错误标志。“错误认可”节点:不应发送活动错误标志,并参与总线通信,但在检测到错误时,发送一个认可错误标志。“总线脱离”节点:当一个节点由于请求故障界定实体而对总线处于关闭状态时,其处于“总线脱离”状态。第二节第二节CAN总线网络总线网络2.物理层(1)物理层结构物理层结构如图5-15所示。图5-15物理层结构第二节第二节CAN总线网络总线网络(2)位时间位时间即一位的持续时间。在位时间框架内执行的总线管理功能,如电控单元同步状态、网络发送延迟补偿和采样点定位,均由CAN协议集成电路的可编程位定时逻

29、辑确定。理想发送器在无重同步情况下,以正常位速率给出每秒发送的位数。同步段用于同步总线上的各个节点或设备,在此段内等待一个跳变沿。传播段用于补偿网络内的物理延迟时间,包括总线上的信号传播时间和电控单元的内部延迟时间。第二节第二节CAN总线网络总线网络采样点用于读取总线电平,并转换为相应位数值,位于相位缓冲段1的结束处。信息处理时间始于采样点,被保留用作计算子序列电平的时间段。位时间按时间量程进行编程,时间量程是由振荡器周期推出的固定时间单位。当前可编程整数的预分刻度范围为132时,自时间份额最小值开始。第二节第二节CAN总线网络总线网络(3)同步同步包括重同步和硬同步,遵从下列规则:在一个位时

30、间内仅允许一种同步;只有先前采样点检测到的数值(先前读总线数值)不同于边沿后即现的总线数值时,边沿才被用于同步;总线空闲期间,当存在隐性至显性的跳变沿时,即完成硬同步;所有满足规则和的其他隐性至显性的跳变沿和在低位速率情况下,选择的显性至隐性跳变沿将被用于重同步;若只有隐性至显性沿被用于重同步,由于具有正相位的隐性至显性跳变沿,发送器将不完成重同步。第二节第二节CAN总线网络总线网络三、三、CAN总线的组成及数据传输总线的组成及数据传输过程过程1.CAN数据传输系统的组成CAN数据传输系统由一个控制器、一个收发器、两个数据传输终端以及两条数据传输线组成。除了数据传输线,其他元件都置于控制单元内

31、部。控制单元功能不变,如图5-16所示。图5-16CAN总线的基本组成第二节第二节CAN总线网络总线网络(1)CAN控制器CAN控制器的作用是接收控制单元中微处理器发出的数据,处理数据并传给CAN收发器。同时,CAN控制器也接收CAN收发器收到的数据,处理数据并传给微处理器。(2)CAN收发器CAN收发器是一个发送器和接收器的结合,它将CAN控制器提供的数据转化为电信号并通过数据总线发送出去。同时,它也接收CAN总线数据,并将数据传输给CAN控制器。(3)数据传输终端数据传输终端实际上是一个电阻器,其作用是保护数据。第二节第二节CAN总线网络总线网络(4)数据传输线如图5-17所示,CAN数据

32、传输线是传输数据的双向数据线,分为CAN高位数据线(CAN-High)和CAN低位数据线(CAN-Low)。为了防止外界电磁波干扰和向外辐射,CAN数据传输线通常缠绕在一起。这两条线的电位相反,如果一条是5V,另一条就是0V,始终保持电压总和为一常数。图5-17CAN总线的双绞线第二节第二节CAN总线网络总线网络2.CAN数据总线传输原理与数据传输过程(1)CAN数据总线传输原理如图5-18所示,CAN数据总线的数据传输原理在很大程度上类似电话会议的方式。一个用户(控制单元1)向网络中“说出”数据,而其他用户“收听”这些数据。图5-18数据总线的数据传输原理第二节第二节CAN总线网络总线网络数

33、据由二进制数构成,即“0”或“1”。“1”表示电路接通,“0”则表示断开。也就是只有“是”或“否”两个状态,如图5-19所示。位是信息的最小单位(单位时间电路状态)。图5-19二进制状态图第二节第二节CAN总线网络总线网络(2)数据传输过程数据的具体传输过程包括提供数据、发送数据、接收数据、检查数据和接受数据,如图5-20所示。图5-20数据的传输过程第二节第二节CAN总线网络总线网络1)提供数据控制单元2向CAN控制器提供数据用于传输。2)发送数据CAN收发器从CAN控制器处接收数据,将其转化为电信号发出。这些数据以数据列的形式进行传输,数据列由一长串二进制(高电平与低电平)数字组成(011

34、0100100111011),可以将其分成7个区域,即开始域、状态域、检验域、数据域、安全域、确认域和结束域。第二节第二节CAN总线网络总线网络 开始域。标志数据列的开始。状态域。确认数据列的优先级别。如果两个或更多控制单元都要同时发送各自的数据,为了避免多个信息在传递时发生冲突,CAN数据总线在同一时刻只允许传递一个数据,优先级高的控制单元优先发送。检验域。显示数据区中包含的数据数目 数据域。传给其他控制单元的信息,其大小由总线的宽度决定。安全域。检测传输数据中的错误。确认域。接收者发给发送者的信号,用来告知已正确收到数据列。结束域。标志数据列的结束。第二节第二节CAN总线网络总线网络3)接

35、收数据所有与CAN数据总线一起构成网络的控制单元为接收器。4)检查数据控制单元对接收到的数据进行检查判断,看是否是需要的数据。5)接受数据如果所接收的数据是重要的、有用的,它将被接受并进行处理,反之将其忽略。第二节第二节CAN总线网络总线网络 四、四、CAN总线的检测与总线的检测与诊断诊断(一)CAN总线的故障类型及常规检测步骤装有CAN总线的车辆出现故障,应首先检测数据总线传输系统是否正常。对于汽车数据总线传输系统故障的维修,应根据数据总线传输系统的具体结构和控制回路具体分析。一般说来,汽车数据总线传输系统的故障有三种:一是汽车电源系统引起的故障;二是汽车数据总线传输系统的链路故障;三是汽车

36、数据总线传输系统的节点故障。其检测的一般步骤如下:第二节第二节CAN总线网络总线网络1)了解车型的汽车数据总线系统特点(包括传输介质、几种子网及汽车数据总线系统的结构形式等)。2)了解汽车数据总线传输系统的功能,如有无唤醒功能和休眠功能等。3)检查汽车电源系统是否存在故障,如交流发电机的输出波形是否正常(若不正常将导致信号干扰等故障)等。4)检查汽车数据总线传输系统的链路是否存在故障,采用波形和跨线法来进行检测。5)检查汽车数据总线传输系统的节点是否存在故障,采用汽车诊断仪进行检测,可以尝试采用替换法进行维修。第三节第三节LIN总线网络总线网络第五章汽车车载网络技术第五章汽车车载网络技术第三节

37、第三节LIN总线网络总线网络 一、一、LIN总线总线简介简介LIN网络典型的应用是车上传感器和执行器的联网,其结构如图5-42所示。LIN总线系统的突出特点:LIN总线是单线式总线,仅靠一根导线传输数据。图5-42LIN网络结构第三节第三节LIN总线网络总线网络 二、二、LIN总线的标准总线的标准LIN标准包括传输协议规范、传输媒体规范、开发工具接口规范和用于软件编程的接口。LIN在硬件和软件上保证了网络节点的互操作性,并有可预测性和电磁兼容性(EMC)。LIN标准的内容包括:1)LIN协议规范部分。2)LIN配置语言描述部分。第三节第三节LIN总线网络总线网络3)LIN API(应用程序接口

38、)部分。LIN规范可以实现开发和设计工具之间的最佳配合,并提高了开发的速度,增强了网络的可靠性,其范围如图5-43中的点画线部分。LIN协议是根据ISO/OSI参考模型的数据链路层和物理层,以实现任何两个LIN设备的互相兼容,如图5-44所示。图5-43LIN网络图 5-44 OSI参考模型第三节第三节LIN总线网络总线网络 三、三、LIN总线的组成及数据传输总线的组成及数据传输1.LIN总线的组成LIN网络结构如图5-45所示,它由一个主机控制单元和一个或多个从机控制单元构成,主节点可以执行主任务,也可以执行从任务;从节点只能执行从任务。总线上的信息传送由主节点控制。图5-45LIN网络结构

39、第三节第三节LIN总线网络总线网络在总线上发送的信息,有长度可选的固定格式。每个报文帧都包含2B、4B或8B的数据以及3B的控制、安全信息。总线的通信由单个主机控制。每个报文帧用一个分隔符开始,接着是一个同步场和一个标识符场,都由主机任务发送。从机任务则是发回数据场和校验场。通过主机控制单元中的从机任务,数据可以被主机控制单元发送到任何从机控制单元。相应的主机报文ID可以触发从机的通信。第三节第三节LIN总线网络总线网络(1)LIN主机控制单元LIN主机控制单元连接在CAN总线上,执行LIN的主功能。LIN主机控制单元的特点如下:1)监控数据传输和数据传输的速率,发送信息标题。2)控制单元的软

40、件内设定了一个周期,用于决定何时将何种信息发送到LIN总线上多少次。3)控制单元在LIN总线与CAN总线之间起“翻译”作用,是LIN总线中唯一与CAN 总线相连的控制单元。4)通过LIN主机控制单元进行LIN系统自诊断。第三节第三节LIN总线网络总线网络(2)LIN从机控制单元在LIN总线系统内,单个的控制单元、传感器及执行元件都可看成是LIN的从机控制单元。传感器内集成有一个电子装置,对测量值进行分析。数值作为数字信号通过LIN总线传递。有些传感器和执行元件只使用LIN主机控制单元插接器上的一个端子。第三节第三节LIN总线网络总线网络LIN从机控制单元的特点如下:1)接收、传递或忽略与从主系

41、统收到的信息标题相关的数据。2)可以通过一个“唤醒”信号唤醒主系统。3)检查接收数据的总量。4)检查发送数据的总量。5)与主系统的同步字节保持一致。6)只能按照主系统的要求与其他子系统进行数据交换。第三节第三节LIN总线网络总线网络2.LIN总线的数据传输LIN总线传输数据线是单线,数据线最长可达40m。在主节点内配置1k电阻端接12V供电,在从节点内配置30k电阻端接12V供电。各节点通过电池正极端接电阻向总线供电,每个节点都可以通过内部发送器拉低总线电压。LIN总线驱动器的物理结构如图5-46所示。图5-46LIN总线驱动器的物理结构第三节第三节LIN总线网络总线网络 四、四、LIN总线的

42、应用总线的应用目前,LIN总线在汽车上的应用领域主要有防盗系统、自适应前照灯、氙气前照灯、驾驶人侧开关组件、外后视镜、中央门锁、电动天窗、空调系统的风机和加热器控制等(见图5-47)。图5-47LIN总线的应用第三节第三节LIN总线网络总线网络 五、五、LIN总线的检测与诊断总线的检测与诊断当LIN总线系统出现故障时,可利用故障检测仪VAS5051对LIN总线系统进行故障诊断和检测。对LIN总线系统进行自诊断时,需使用LIN主控制单元的地址码。自诊断数据经LIN总线由LIN从控制单元传至LIN主控制单元。第四节第四节VAN总线网络总线网络第五章汽车车载网络技术第五章汽车车载网络技术第四节第四节

43、VAN总线网络总线网络 一、一、VAN总线简介总线简介VAN作为专门为汽车开发的总线,1994年成为国际标准。VAN通信介质简单,在40m内,传输速率可达1Mbit/s,按SAE的分类应该属于C类。VAN总线系统协议是一种只需要中等通信速率的通信协议,反应时间约为100ms。VAN支持分布式实时控制的通信网络,可广泛应用于汽车门锁、电动车窗、空调、自动报警以及娱乐控制等系统。VAN总线作为串行通信网络,与一般总线相比,其数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。第四节第四节VAN总线网络总线网络 二、二、VAN总线系统的组成及工作原理总线系统的组成及工作原理1.典型VAN总线系统的结构VAN总

44、线系统协议的研发是出于连接各个复杂通信系统的目的,同时也是为了使简单元件和支线连接成总线,以保证网络传输的节奏。VAN总线系统的典型结构如图5-48所示。图5-48VAN总线系统的典型结构第四节第四节VAN总线网络总线网络2.拓扑拓扑是VAN总线系统协议所允许的各个计算机之间的排列方式。计算机通常按照总线树形或者总线树形星形的拓扑方式相互连接,如图5-49所示。图5-49VAN总线拓扑第四节第四节VAN总线网络总线网络3.传输介质VAN总线的信号传输常用双绞铜线,一般情况下每个控制单元只对应一个双绞铜线的传输介质。VAN的数据导线既可以采用铜质双绞线,也可以采用同轴电缆,还可以采用光导纤维(即

45、光纤或光缆)。VAN总线的DATA数据导线和DATAB 数据导线的电压如图5-50所示。图5-50VAN总线的DATA数据导线和DATAB数据导线的电压第四节第四节VAN总线网络总线网络4.节点结构一个VAN总线系统的控制单元拥有一个标准接口(VAN标准),以便与其他VAN总线系统控制单元之间进行信息数据处理,如图5-51所示。这种结构由协议控制器和线路接口两个主要部分组成。图5-51VAN总线系统节点结构第四节第四节VAN总线网络总线网络(1)协议控制器负责控制VAN总线系统协议中的重要功能:VAN信息输入和输出的编码和译码;检测到空闲总线之后即进入该总线;冲突管理;错误管理;与微处理器(或

46、者微型控制器)的接口实现运行任务。(2)线路接口负责将VAN总线系统的信号DATA和DATAB翻译成无干扰的R0、R1和R2信号,传入协议控制器。第四节第四节VAN总线网络总线网络5.帧结构一个VAN总线系统的帧由9个域组成,如图5-52所示。图5-52VAN总线系统的帧结构第四节第四节VAN总线网络总线网络6.传输模式VAN总线系统拥有3种可行的传输模式,见表5-14。第四节第四节VAN总线网络总线网络7.进入传输介质VAN总线系统控制单元进入传输介质依靠随机方式和异步方式,这表明此种进入可以根据需要和执行的本地命令随时进行。协议控制器遵守最基本的准则。1)在进入VAN总线系统时必须先检测其

47、是否空闲。如果总线能够连续读取12位的隐性数据即被视为空闲。在这种情况下,不论是VAN总线系统的哪种控制单元都能够传送和接收信息。2)在两个或者更多的VAN总线系统控制单元同时进入网络的情况下,就会有冲突,必须要判断优先性。第四节第四节VAN总线网络总线网络8.服务VAN总线系统控制单元拥有以下4项通信服务:1)用发散模式写入数据(将数据从一个数据制造者发往多个数据使用者),不在帧内签收回复。2)用点对点模式写入数据(将数据从一个数据制造者发往一个确切的数据使用者),在帧内采用签收回复。3)数据请求(一个数据使用者向一个数据制造者发出数据请求)。4)帧中的回应或者是滞后回应(如果数据制造者没有

48、在提出请求时马上回应)。第四节第四节VAN总线网络总线网络9.VAN总线系统签收回复VAN总线系统的签收回复是由数据发送者激活和实现的。如果最后一个请求与一个确切的控制单元相连接(“点对点”模式),它将激活签收回复命令。在这种情况下,单一控制单元将会检测帧的格式是否正确,以及回应一个发给它的信息(识别域将进行核实),以产生一个对这个帧的回复;没有涉及此交换的其他控制单元则不应该产生回复。相反的,如果最后一个请求与几个控制单元或网络中的控制单元整体相连接,它将取消回复命令。第四节第四节VAN总线网络总线网络 三、三、VAN总线的应用总线的应用VAN总线在汽车上的应用形式主要有两种:一种为单一的V

49、AN网络;另一种为VAN-CAN混合网络。其中单一的VAN网络为多路传输系统。第四节第四节VAN总线网络总线网络1.单一的VAN网络早期开发的车载VAN舒适网主要用于汽车舒适性调节,如空调、报警、导航、CD机、收放机、组合仪表、多功能显示屏、门锁、车窗及车灯等。主要应用车型有赛纳和毕加索。现在应用的VAN多功能传输系统中,使用智能控制盒(BSI),即中央控制计算机对各功能单元进行控制,如图5-53所示。图5-53VAN多功能传输系统结构示意图第四节第四节VAN总线网络总线网络为了满足市场对更多功能和更高舒适度的高级车辆的需要,市场上又出现了 VAN-CAN 双网并存的轿车(见图5-54)。图5

50、-54VAN-CAN混合网络第四节第四节VAN总线网络总线网络为了满足市场对更多功能和更高舒适度的高级车辆的需要,市场上又出现了 VAN-CAN 双网并存的轿车(见图5-54)。图5-54VAN-CAN混合网络CAN总线为多主系统网络,用于机械功能、发动机和底盘等。VAN舒适网用于仪表、收放机、空调控制、导航系统等,为多主控式网络,传输速率为125kbit/s。第五节第五节 FlexRay总线网络总线网络第五章汽车车载网络技术第五章汽车车载网络技术第五节第五节FlexRay总线网络总线网络 一、一、FlexRay总线简介总线简介FlexRay是继CAN和LIN之后的最新研发成果。FlexRay