1、汽車網絡技術復習第1章 緒論所謂數據總線DB（Data Bus），簡單地說，就是指一種能在一條（或幾條）數據線上，同時（或分時）傳輸大量的按照一定規律進行編碼的數據（信號）的技術，其所傳輸的數據（信號）可以被多個系統共享，從而最大限度地提高系統的信息傳輸效率，充分利用有限的資源。現場總線（Field bus）是一種工業數據通信總線，主要用于過程自動化控制（如鋼鐵冶金、啤酒釀造）、制造自動化控制（如機械加工）、樓宇自動化控制等領域，以解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。目前，汽車電子系統控制中應用最廣泛的是CA

2、N總線。在總線系統中節點包括控制單元和總線輔助設備，控制單元由控制器、濾波器、收發器、兩個數據傳輸終端組成。在現場總線系統中，傳統意義上的傳感器、執行器稱為總線輔助裝置。節點工作原理現場總線是一個網絡系統，每一個節點都可以向網絡發送信息，同時也可以接收網絡信息，節點可以根據這些信息決定控制策略，向執行器發送指令。各節點之間的關系是平等的，節點的信息（包括所有傳感器信息和控制信息）是共享的。網絡拓撲結構分類汽車網絡的拓撲結構主要有線形結構、星形結構、環形結構等幾種。按信息傳輸速度分美國汽車工程師學會（SAE）的汽車網絡委員會按照系統的復雜程度、傳輸流量、傳輸速度、傳輸可靠性、動作響應時間等參量，

3、將汽車數據傳輸網絡劃分為A、B、C、D、E五類。汽車網絡標準與協議A類網絡通信大部分采用通用異步接收/發送標準UART 。A類網絡通信目前首選的標準是局域互聯網LIN（Local Interconnect Network）。A類網絡通信目前首選的標準是局域互聯網LIN（Local Interconnect Network）。LIN是用于汽車分布式電控系統的一種低成本串行通信系統，它是一種基于UART的數據格式、主從結構的單線12V的總線通信系統，主要用于智能傳感器和執行器的串行通信。LIN總線采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達20kbit/s，對于低端的大多數應用對象（如中央門鎖控制、空調

4、系統控制等）來說，這個速度是完全可以滿足要求的。 LIN總線的媒體訪問采用單主/多從的機制，不需要進行仲裁，在從節點中不需要晶體振蕩器而能進行自同步，這極大地減少了硬件平臺的成本，大大降低了汽車電子裝置的開發、生產和服務費用。B類網絡通信中使用最廣泛的標準是CAN總線。CAN總線是德國BOSCH公司開發的一種串行數據通信協議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1Mbit/s。B類網絡通信的國際標準是ISO11898，其傳輸速率在100kbit/s左右。在C類標準中，歐洲的汽車制造商大多采用CAN總線標準ISO11898。ISO11898主要面向乘用車電子控

5、制單元之間的通信，信息傳輸速率大于125kbit/s，最高可達1Mbit/s。安全總線主要是用于安全氣囊系統，以連接碰撞強度傳感器（減速度傳感器）、碰撞安全傳感器等裝置，為汽車的被動安全提供保障。byteflight主要以BMW公司為中心制訂。數據傳輸速率為10Mbit/s，光纖可長達43m。byteflight不僅可以用于安全氣囊系統的網絡通信，還可用于X-by-Wire系統的通信和控制。 現今，在汽車上使用的故障自診斷系統主要有OBD-（On-Board Diagnostics-）、OBD-和E-OBD（European On-Board Diagnostics）標準。汽車多媒體網絡和協議

6、屬于D類總線系統，分為三種類型，分別是低速、高速和無線，對應SAE的分類相應為IDB-C（Intelligent Data BUS-CAN）、IDB-M（Multimedia）和IDB-Wireless，其傳輸速率在250100Mbit/s之間。第2章 CAN總線2.2 CAN總線的工作原理CAN是Controller Area Network（控制器局域網）的縮寫，是國際標準化的串行通信協議。目前，CAN總線是汽車網絡系統中應用最多、也最為普遍的一種總線技術。3.CAN總線的傳輸速率目前，CAN總線系統中的信號是采用數字方式經銅導線傳輸的，其最大穩定傳輸速率可達1000K

7、bit/s （1Mbit/s）。大眾和奧迪公司將最大標準傳輸速率規定為500Kbit/s，并將CAN總線系統分為三個專門的系統：驅動CAN總線（高速），亦稱動力CAN總線，其標準傳輸速率為500Kbit/s，可基本滿足實時要求，主要用于發動機、變速器、ABS、轉向助力等汽車動力系統的數據傳輸。舒適CAN總線（低速），其標準傳輸速率為100 Kbit/s，主要用于空調系統、中央門鎖（車門）系統、座椅調節系統的數據傳輸。信息CAN總線（低速），其標準傳輸速率為100Kbit/s，主要用于對時間要求不高的領域，如導航系統、組合音響系統、CD轉換控制等。2.CAN總線的數據結構CAN總線所傳遞的每條完

8、整信息由7個區構成，信息最大長度為108 bit。在兩條CAN導線上，所傳輸的數據內容是相同的，但是兩條導線的電壓狀態相反。 5.沖突仲裁如果多個控制單元同時發送信息，那么數據總線上就必然會發生數據沖突。為了避免發生這種情況，CAN總線具有沖突仲裁機制。 按照信息的重要程度分配優先權，確保優先權高的信息能夠優先發送。4.舒適/信息CAN總線的單線工作模式舒適/信息CAN總線具有單線工作能力。如果因斷路、短路或與蓄電池電壓相連而導致兩條CAN導線中的一條不工作了，那么舒適/信息CAN總線就會切換到單線工作模式。第3章 光學總線2.光學傳輸的優點:導線少且重量輕；傳輸速度快；不會產生電磁干擾，同時

9、對電磁干擾也不敏感。3.2 MOST總線MOST是Media Oriented Systems Transport的縮寫。顧名思義， MOST是一種用于多媒體數據傳輸的網絡系統。 MOST系統可連接汽車音響系統、視頻導航系統、車載電視、高保真音頻放大器、車載電話、多碟CD播放器等模塊，其數據傳輸速率最高可達22.5Mbit/s，而且沒有電磁干擾。 MOST的組成與系統狀態MOST總線系統采用環形拓撲結構。控制單元通過光導纖維沿環形方向將數據發送到下一個控制單元。這個過程一直在持續進行，直至首先發出數據的控制單元又接收到這些數據為止。可以通過數據總線自診斷接口和診斷CAN總線來對MOST系統進行

10、故障診斷。3.3 byteflight總線byteflight 系統是由 BMW 與 Motorola、Elmos、Infineon 合作開發的，主要用于傳輸時間上要求特別緊迫的安全氣囊系統數據。byteflight系統的數據傳輸速率為10Mbit/s，可以滿足對數據傳輸的實時性要求非常高的汽車安全氣囊系統的要求，且可在強電磁干擾條件下可靠地傳輸數據。byteflight在ISIS（智能安全集成系統）和 ASE （高級安全電子設備）中使用。這兩個安全系統負責控制安全氣囊、安全帶拉緊裝置和斷開安全蓄電池接線柱。3.4 光導纖維的使用與維修 為了表征光波在傳輸過程中的損失程度，引入了光波信號衰減這

11、一概念。如果在傳輸過程中，由于歷經多次轉發，光波的功率降低了，就稱之為發生了光波信號衰減。光波信號的衰減程度用衰減常數來表示，其單位為分貝（dB）。衰減常數的定義為：對于衰減常數為3dB的光波傳輸系統而言，光波信號會衰減一半。在光學總線系統中，一般將3dB作為光波傳輸系統衰減常數的極限值，超出極限值即認為光波傳輸系統的信號衰減幅度過大，必須予以維修或更換。第4章 子總線系統4.1 LIN總線LIN是Local Interconnect Network的縮寫，意為局域互聯網。LIN總線所控制的控制單元一般都分布在距離較近的空間內（如車頂、儀表臺、車門等處），所以LIN也被稱為“局域子系統”。LI

12、N總線在汽車上的應用領域主要有防盜系統、自適應大燈、氙氣前照燈、駕駛員側開關組件、外后視鏡、中控門鎖、電動天窗、空調系統的鼓風機、加熱器控制等。LIN總線系統的突出特點是LIN總線是單線式總線，僅靠一根導線傳輸數據。 LIN總線系統的構成有三個部分：LIN上級控制單元，亦即LIN主控制單元；LIN從屬控制單元，亦即LIN從控制單元；單根導線。 1）LIN主控制單元的功能LIN主控制單元連接在CAN數據總線上，執行以下功能：（1）監控數據傳輸過程和數據傳輸速率，發送信息標題。（2）LIN主控制單元的軟件內已經設定了一個周期，該周期用于決定何時將哪些信息發送到LIN數據總線上多少次。（3）LIN主

13、控制單元在LIN數據總線系統的LIN控制單元與CAN總線之間起“翻譯”作用，它是LIN總線系統中唯一與CAN數據總線相連的控制單元。（4）通過LIN主控制單元進行與之相連的LIN從控制單元的自診斷。4.3 BSD總線BSD是Bit-serial data interface的簡稱，即位串行數據接口。在BMW車系中，BSD總線屬于子總線系統，采用線形結構，數據以單線形式傳輸，傳輸速率為9.6 Kbit/s。 1.電源管理系統中的BSD總線在電源管理系統中，智能蓄電池傳感器IBS（Intelligent Battery Sensor）與發動機控制單元之間通過BSD總線傳輸數據，實現通信。4.4 藍

14、牙技術藍牙技術是一種支持短距離通信（一般10m以內）的無線電技術。能在移動電話、掌上電腦（PDA）、無線耳機、筆記本電腦、無線鼠標、計算機相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。 第5章 以太網與FlexRay以太網是應用最為廣泛的局域網，包括標準的以太網（10Mbit/s）、快速以太網（100Mbit/s）和10G以太網（10Gbit/s）等。以太網采用的是CSMA/CD訪問控制法，符合IEEE802.3標準。 以太網在汽車上的應用在BMW車系的F01/F02車型上采用快速以太網（100Mbit/s）作為快速編程接口（圖5-1）。同時，快速以太網負責在CIC（車輛信息計算機）與RSE（后座區

15、娛樂系統）之間傳輸媒體數據。5.2 FlexRay目前，FlexRay總線已經成為汽車網絡系統的標準，將在未來很多年內，引領汽車網絡系統的發展方向。FlexRay是繼CAN 和LIN之后的最新研發成果，可以有效管理多重安全和舒適功能，如FlexRay適用于線控操作（X-by-Wire）。2.FlexRay的數據傳輸速率FlexRay的最大數據傳輸速率為每通道10MBit/s，明顯高于以前在車身和動力傳動系統/底盤方面所用的數據總線。以前只有使用光導纖維才能達到該數據傳輸速率。3.FlexRay的優點作為汽車網絡系統的標準，FlexRay具有以下優點：（1）數據傳輸速率較高（可達10Mbit/s

16、）。（2）確定性（實時）數據傳輸。（3）數據通信可靠。（4）支持系統集成。第6章 網關與診斷總線網關（gateway，略作GW）是在采用不同體系結構或協議的網絡之間進行互通時，用于提供協議轉換、數據交換等網絡兼容功能的設備。2.網關的作用（1）網關可以把局域網上的數據轉變成可以識別的OBD II診斷數據語言，方便診斷；（2）網關可以實現低速網絡和高速網絡的信息共享；（3）與計算機系統中的網關作用一樣，負責接收和發送信息；（4）激活和監控局域網絡的工作狀態；（5）實現汽車網絡系統內數據的同步性；（6）對信息標識符作翻譯。6.2 診斷總線 K診斷總線2000年以前，奧迪、大眾車系使用K診斷總線（簡

17、稱K-線）傳輸故障信息。K診斷總線用于汽車故障診斷儀與相應控制單元之間的信息交換，負責網關與故障診斷接口之間的通信。 大眾車系的診斷CAN總線2000年后，奧迪車系、大眾車系開始采用汽車診斷、測量和信息系統VAS5051或汽車診斷和服務信息系統VAS5052來進行自診斷，并通過診斷CAN總線完成診斷控制單元和車上其它控制單元之間的數據交換。診斷CAN總線也是未屏蔽的雙絞線。在全雙工模式時，數據傳輸速率為500kbit/s。 寶馬車系的診斷CAN總線寶馬汽車集團將BMW車系的診斷CAN總線稱為D-CAN總線。D-CAN總線采用線形、雙線結構，最大數據傳輸速率為500 Kbit/s。第7章 典型汽

18、車網絡系統 奧迪A6網絡子系統1. AUDI A6乘用車舒適總線系統Audi A6舒適總線系統的數據傳輸速率最大為100kbit/s，屬于CAN/B級別，舒適CAN總線采用雙絞線進行數據傳輸，具有單線工作能力。2. AUDI A6乘用車驅動總線系統Audi A6驅動總線系統的數據傳輸速率最大為500kbit/s，屬于CAN/C級別。驅動CAN總線采用雙絞線進行數據傳輸。3. AUDI A6乘用車信息娛樂系統Audi A6信息娛樂系統采用光學總線進行數據傳輸，數據傳輸速率最大為21.2Mbit/s。光學總線采用光導纖維（光纖，亦稱光纜）進行語音和圖象數據的傳輸，總線結構為環形。4. AUDI A

19、6乘用車LIN總線系統AUDI A6乘用車LIN總線系統主要控制空調系統、防盜報警系統、輪胎壓力監控系統、安全氣囊系統的座椅占用識別等。各個LIN總線系統之間的數據交換是由控制單元通過CAN總線實現的。5. AUDI A6乘用車子總線系統AUDI A6乘用車子總線系統的最大數據傳輸速率為500 kbit/s（自適應燈光系統），負責不同領域的各個子總線系統沒有定義統一的傳輸標準，可以采用不同的數據協議和信號形式進行數據傳輸，通過主控制器的自診斷功能來完成故障診斷工作。6. AUDI A6乘用車網關（診斷接口）作為全車網絡系統的核心控制單元，AUDI A6乘用車網關既是整車不同總線之間的接口，也是

20、汽車故障診斷儀與全車各個控制單元之間的接口。同時，作為診斷總線的主控制單元，網關還負責進行MOST環路斷開診斷、總線系統的休眠/喚醒以及電控元件保護等工作。7.2 寶馬車系汽車網絡系統按照控制能力和數據傳輸速率的不同，寶馬車系網絡系統原則上分為兩大類，即主總線系統和子總線系統。主總線系統負責跨系統的數據交換，數據交換量大，且數據傳輸速率差別很大，參差不齊。子總線系統負責系統內的數據交換，用于交換特定系統內數據量相對較少的數據。網關用作多個網絡之間的接口，即使各總線系統的傳輸速率不同，網關也可以進行數據交換。 表7-2 寶馬車系主總線系統主總線系統數據傳輸速率總線結構K總線*9.6 kbit/s

21、線形，單線D總線10.5115 kbit/s線形，單線CAN100 kbit/s線形，雙線K-CAN100 kbit/s線形，雙線F-CAN100 kbit/s線形，雙線PT-CAN500 kbit/s線形，雙線byteflight10 Mbit/s星形，光纖MOST22.5 Mbit/s環形，光纖*在早期車型中，K總線稱為I總線。表7-3 寶馬車系子總線系統子總線系統數據傳輸速率總線結構K總線協議9.6 kbit/s線形，單線BSD位串行數據接口9.6 kbit/s線形，單線DWA總線9.6 kbit/s線形，單線LIN總線9.619.2 kbit/s線形，單線7.3 大眾車系汽車網絡系統2.大眾車系CAN網絡的類型 目前大眾車系的CAN總線系統劃分為驅動系統、舒適系統、信息系統、儀表系統、診斷系統五個局域網，通過網關構成一個完整的汽車網絡體系。 7.4 法國車系汽車網絡系統法國車系汽車網絡系統使用的是VAN網絡。VAN的全稱是Vehicle Area Network，即汽車局域網。VAN數據總線系統協議是一種只需要中等通信速率的通信協議，適用于車身功能和車輛舒適性功能的管理，1994年成為國際標準。VAN的數據傳輸速率可達1Mbit/s (40m內)，按SAE的分類應該屬于C類汽車總