第10章車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)10.1車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)與其他控制現(xiàn)場(chǎng)相比，汽車內(nèi)溫度變化范圍大(-45℃到100℃)，電磁干擾和其他電子噪聲強(qiáng)，環(huán)境惡劣，使得網(wǎng)絡(luò)在車內(nèi)的運(yùn)行可靠性顯得尤為重要。這不但表達(dá)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自身的容錯(cuò)能力和抗干擾能力上，而且也表達(dá)在信號(hào)的編碼方式和傳輸方式上。為此，汽車用網(wǎng)絡(luò)無(wú)一例外地都采用了同步串行傳輸方式，數(shù)據(jù)信號(hào)多采用PWM和NRZ編碼，通常位速率高于100kb/s采用NRZ編碼方式，位速率低于100kb/s采用PWM編碼方式。早期的汽車網(wǎng)絡(luò)只不過(guò)是兩個(gè)處理器之間的UART連接。這種串行連接使兩個(gè)控制器之間能容易地共享信息，但這樣的網(wǎng)絡(luò)卻無(wú)法簡(jiǎn)單地增加節(jié)點(diǎn)。北美汽車制造商和汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)開(kāi)發(fā)了J1850，這是一個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)的專用協(xié)議。J1850很快就成了車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，并取代了UART串行通信。通用汽車公司和克萊斯勒汽車公司使用10.4kb/s可變脈寬協(xié)議的相似版本，在單根線的總線上通信。福特汽車公司采用速率更高的41.6kb/sPWM型，在2條線的差分總線上通信。歐洲的汽車制造商支持控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerAreaNetwork，CAN)。CAN最早是德國(guó)博世公司開(kāi)發(fā)的，是一種最高數(shù)據(jù)速率可到達(dá)1Mb/s的實(shí)時(shí)控制總線。與J1850一樣，CAN也是采用載波傳感、多路存取/碰撞分辨的仲裁協(xié)議。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)重新再發(fā)，優(yōu)先級(jí)最高的信息那么繼續(xù)傳送至其目的地。其他的標(biāo)準(zhǔn)還有德國(guó)群眾的ABUS、ISO的VAN、馬自達(dá)的PALMNET等。汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)定義了三類車輛數(shù)據(jù)連接網(wǎng)絡(luò)：A

類允許節(jié)點(diǎn)間的同一總線進(jìn)行多路信號(hào)的發(fā)送或接收，適用于低數(shù)據(jù)率汽車車身布線。B

類這是數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)亩嘀骺偩€系統(tǒng)，可取消多余的系統(tǒng)組件。當(dāng)需要將許多功能集成在一個(gè)模塊時(shí)，最適于利用B類連接方式。C類與B類的定義相同，但面向高數(shù)據(jù)率信號(hào)傳輸時(shí)，典型用途是發(fā)動(dòng)機(jī)控制、ABS控制等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。目前，J1850實(shí)際上已作為美國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為福特和通用兩大汽車公司所采用，而CAN在歐洲得到了廣泛的認(rèn)可和支持。一些公司也對(duì)汽車總線傳輸制定了進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)的SAEJ1708、J1787、J1792及最新的J1939，各大公司還在不斷地推出新的總線形式及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。10.1.2CAN總線在早期，CAN總線要求與之相連的每個(gè)端口都要有獨(dú)立的通信處理能力，這在汽車電氣系統(tǒng)一直很難辦到。當(dāng)前各種針對(duì)汽車總線的專用接口芯片不斷出現(xiàn)，如飛利浦半導(dǎo)體公司根據(jù)CAN標(biāo)準(zhǔn)已開(kāi)發(fā)出P8XC590系列微控制系統(tǒng)，SGM托馬森公司也開(kāi)發(fā)出一種以ST9單片機(jī)為根底的傳輸率為41.6kb/s的總線系統(tǒng)等。CAN總線采用雙線串行通信方式，具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN接口掛到總線上，其典型的接口如圖10.1所示。不同的電子系統(tǒng)各自形成總線段，各總線段之間通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，最終形成汽車的網(wǎng)絡(luò)，其典型的接口如圖10.2所示。10.1.3汽車動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)汽車的動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括EFI控制器、ABS/ASR控制器、SAB控制器、ATM控制器、組合儀表板等，所控制的對(duì)象是與汽車行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)，要求與汽車的轉(zhuǎn)速同步，將這些控制器連接到CAN總線上，采用C類高速的CAN總線，傳輸?shù)乃俾实竭_(dá)500kb/s，易于連續(xù)和高速地傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高速的實(shí)時(shí)控制。其結(jié)構(gòu)如圖10.3所示。10.1.4汽車車身系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)早期的汽車車身電子控制系統(tǒng)采用低速的B類總線，主要用于包括蓄電池、儀表盤(pán)的控制，通常用基于J1850標(biāo)準(zhǔn)的總線連接。CAN總線也可用于車身系統(tǒng)的連接，但采用的是一種容錯(cuò)式總線，即總線內(nèi)置容錯(cuò)功能，當(dāng)兩條總線中有一條出現(xiàn)短接至搭鐵或開(kāi)路時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可以切換至一線方式繼續(xù)工作。標(biāo)準(zhǔn)要求從兩線切換至一線期間不能喪失數(shù)據(jù)位，為此其物理層芯片比動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)更復(fù)雜，運(yùn)行在較低的速率下，通常采用的傳輸速率為125kb/s。此類總線目前已逐漸為L(zhǎng)IN總線所取代，只是作為各LIN次級(jí)總線的連接總線使用。為了降低汽車總線接口的本錢，汽車制造商又開(kāi)發(fā)出了局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LocalInterconnectNetwork)，即LIN。LIN的傳輸速率較CAN總線慢，是一種成本較低的串行通信總線，設(shè)計(jì)用于汽車車身的分布式電子單元之間的連接。這些系統(tǒng)包括儀表板管理、空調(diào)系統(tǒng)、座椅位置調(diào)節(jié)、自動(dòng)天窗、車門控制裝置等。這些應(yīng)用系統(tǒng)通常是以低數(shù)據(jù)率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模笥写箅娏黩?qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)相關(guān)的電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這也涉及采用有效的封裝形式，使電子設(shè)備利于散熱。根據(jù)車內(nèi)設(shè)備分布情況組成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的LIN分總線，作為CAN的次級(jí)總線用于汽車中，然后通過(guò)與CAN總線的接口接入汽車網(wǎng)絡(luò)。其接口本錢較CAN低，能夠作為汽車現(xiàn)有的總線傳輸協(xié)議的補(bǔ)充。這種開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)屬于A類通信標(biāo)準(zhǔn)。其特點(diǎn)包括：(1)基于改進(jìn)的ISO9141的低本錢單線結(jié)構(gòu)；(2)傳輸速率為20kb/s，屬于A類總線標(biāo)準(zhǔn)；(3)一主/多從的體系結(jié)構(gòu)，無(wú)須仲裁機(jī)構(gòu)；(4)增加接點(diǎn)時(shí)無(wú)須對(duì)現(xiàn)有接點(diǎn)的軟硬件做出較多的改動(dòng)。為此，在原有容錯(cuò)式總線的根底上，用LIN總線標(biāo)準(zhǔn)給出一種汽車車身系統(tǒng)的總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖10.4所示。其特點(diǎn)是先通過(guò)LIN總線將各控制單元和設(shè)備連接起來(lái)，再連接至CAN-B總線上，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的接口本錢。10.1.5汽車通信和多媒體總線結(jié)構(gòu)為此，各大歐洲著名汽車制造商制定了稱為MOST(MediaOrientedSystemsTransport)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)，采用塑料光纖實(shí)現(xiàn)24Mb/s的傳輸速率；而美日方面的1394TA那么致力于開(kāi)發(fā)一種稱為1394b的汽車多媒體總線標(biāo)準(zhǔn)。德州儀器公司(TI)率先推出了業(yè)界第一套車用1394b總線解決方案。1394b以IEEE1394-1995和1394a為根底，目的是在新型應(yīng)用中普及多媒體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，用來(lái)支持車內(nèi)多媒體娛樂(lè)的應(yīng)用，如后座娛樂(lè)和其他完整的音視頻解決方案。通過(guò)一個(gè)外部接入的1394客戶便利端口，乘客可將其最新的便攜式電子終端直接插到汽車上，從而享受到娛樂(lè)或其他效勞；將有助于溝通汽車和消費(fèi)類電子產(chǎn)品之間的隔膜。1394b與IEEE1394-1995相比，在帶寬、傳輸速度、距離、本錢和效率等都有了大幅度提高。1394b的主要內(nèi)容如下：(1)傳輸速率為800Mb/s到1.6Gb/s。使用塑料光纖時(shí)，其底層速率可能提高到32Gb/s。(2)采用CAT-5UTP5(五類非屏蔽雙絞線)布線時(shí)，可在傳輸速率保證在100Mb/s的前提下，將傳輸距離延長(zhǎng)到100m以上。使用玻璃光纖時(shí)，可在3.2Gb/s的前提下延長(zhǎng)至50m。(3)支持1394b的IC門電路數(shù)量也提高到原標(biāo)準(zhǔn)的2倍，即20000到25000個(gè)。(4)1394b共分為beta和bilingua1兩種模式。bilingua1模式具有與支持1394a及1394-1995設(shè)備的下行兼容的特點(diǎn)。IDB-1394標(biāo)準(zhǔn)定義了汽車級(jí)物理層，包括電纜和連接器，供電方式及所有1394設(shè)備能與嵌入式汽車IDB-1394設(shè)備互操作所必須的高層協(xié)議；是IEEE1394-1395、1394a-2000和1394b標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充，連接CD或DVD播放機(jī)、游戲機(jī)和計(jì)算機(jī)等，能適應(yīng)這些設(shè)備的高速率要求。IDB-1394其結(jié)構(gòu)如圖10.5所示。10.1.6車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)而針對(duì)汽車用各種總線標(biāo)準(zhǔn)的制定也取得了較大的進(jìn)展，它有利于各種新型電氣產(chǎn)品在汽車上的應(yīng)用，大大提高汽車的性能，提高車用設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化程度，縮短新車型的研發(fā)周期。網(wǎng)絡(luò)化汽車的優(yōu)點(diǎn)是：①采用網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)，只需一根通信電纜連接，減少了線束連接，減輕車體質(zhì)量；②無(wú)須配電柜，部件數(shù)量減少，可靠性能提高；③可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)診斷、測(cè)試和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)集中顯示、歷史查詢和自診斷等功能，使汽車具有準(zhǔn)黑匣子功能；④電氣信號(hào)傳遞性質(zhì)發(fā)生了變化，由功率型轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑壿嫧曅停虎菹到y(tǒng)的擴(kuò)展性強(qiáng)等。10.2CAN與車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料介紹，傳統(tǒng)的汽車線束長(zhǎng)約1610m，導(dǎo)線連接點(diǎn)近300個(gè)，線束總質(zhì)量約為35kg，本錢超過(guò)1000美元；且走線復(fù)雜，占用較大的車內(nèi)空間，制約了汽車向電子化、智能化方向的開(kāi)展。改用CAN后，連線可縮短200m到1000m，質(zhì)量減輕9kg到17kg，布線簡(jiǎn)化，可靠性和實(shí)時(shí)性顯著提高。因此，近年來(lái)投放市場(chǎng)的CAN控制器中，80％以上都用來(lái)組建車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。10.2.1應(yīng)用現(xiàn)狀早在1992年，Mercedes-Benz公司就將CAN用于客車的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，并用于傳遞駕駛信息。隨著Volvo、Saab、Audi、Volkswagen、Fiat、BMW和Renault等汽車制造商紛紛效仿，CAN逐步被歐洲接納為汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并延伸到工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療器械、娛樂(lè)設(shè)備、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。目前，歐洲絕大多數(shù)新款客車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和車身電子系統(tǒng)局部別參照ISO11898和ISO1l519-2來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。基于CAN的故障診斷系統(tǒng)也在大力推進(jìn)，其協(xié)議草案ISO/DISl5765有望很快轉(zhuǎn)為正式標(biāo)準(zhǔn)，屆時(shí)CAN的車用規(guī)模將更加可觀。在歐洲制造商的帶動(dòng)下，CAN也逐漸得到其他地區(qū)的認(rèn)同。如過(guò)去在美國(guó)，車載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)在Daimler-Chrysler、Ford和GM三大汽車公司中各成體系，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要是汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)的J1850和J1922。但這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議的規(guī)定及工作性能與CAN相差甚遠(yuǎn)，很難被歐洲接受。因此，美國(guó)三大汽車公司已全部轉(zhuǎn)向CAN，SAE也新公布了J1939、J2411、J2284和J2480等一系列基于CAN的車用通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。亞洲地區(qū)因受美國(guó)的影響，日本的NEC、三菱和東芝等公司，已迅速開(kāi)展成為CAN芯片的主要供給商，Toyota等汽車制造商甚至已開(kāi)始用CAN替換原有的總線系統(tǒng)。Motorola、A1pine和住友等美國(guó)與日本的大企業(yè)還強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，開(kāi)發(fā)出用于車內(nèi)信息娛樂(lè)設(shè)備網(wǎng)的通信協(xié)議IDB-C(IntelligenttransportationsystemsDataBus-CAN)，并由SAE形成標(biāo)準(zhǔn)J2366，使CAN成為目前惟一能夠覆蓋全車應(yīng)用領(lǐng)域的總線系統(tǒng)。表10-1就是CAN針對(duì)不同車用目的衍生出來(lái)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。10.2.2開(kāi)展趨勢(shì)下一代的高檔乘用車，由于車載電子裝置的迅速增多，CAN總線的應(yīng)用將會(huì)使整車控制系統(tǒng)形成“局部成網(wǎng)、區(qū)域互聯(lián)〞的格局，如圖10.6所示。車載電子裝置按照通信的數(shù)據(jù)類型和性能需求被劃歸為四類：1.信息娛樂(lè)系統(tǒng)音響、圖像媒體數(shù)據(jù)流傳輸速率一般都在2Mb/s以上，超出了CAN的帶寬范圍。因此，必須采用專門的多媒體總線。IDB-C只適用于媒體數(shù)據(jù)較少、品質(zhì)要求不高的低端場(chǎng)合。CAN還要經(jīng)歷一段時(shí)期的開(kāi)展，才能用于高端場(chǎng)合。2.動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)車輛行駛狀況進(jìn)行控制，要求實(shí)時(shí)性高。可以按照ISO11898、J1939及J2284組建高速CAN，實(shí)時(shí)采集所有傳感器的輸出信號(hào)。然后，將采集到的數(shù)據(jù)打包，定期通過(guò)CAN播送出去，各節(jié)點(diǎn)可從中濾取自己所需的信息。這一策略，能最正確地利用總線的帶寬資源，使每次通話盡可能多地吞吐數(shù)據(jù)，以盡量短的播送周期，到達(dá)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制的要求。3.車身電子系統(tǒng)車身電子系統(tǒng)所需控制的節(jié)點(diǎn)數(shù)目多，且布置分散，底層設(shè)備又往往是低速電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)型器件，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高。可以按照ISO11519-2、J1939及J2284組建低速容錯(cuò)CAN，這可以增加信息傳輸?shù)木嚯x，改善系統(tǒng)的抗干擾特性，并降低硬件本錢。將車身電子系統(tǒng)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)分開(kāi)，還能進(jìn)一步提高動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。4.故障診斷系統(tǒng)目前，車載電子控制系統(tǒng)的故障診斷功能還比較簡(jiǎn)單，今后的ECU在線診斷系統(tǒng)將具備復(fù)雜的診斷功能，更加簡(jiǎn)化的鏈接回路，同時(shí)提高信息傳送的品質(zhì)。順應(yīng)這一開(kāi)展潮流，傳統(tǒng)的診斷系統(tǒng)正在高速CAN的物理層上實(shí)現(xiàn)。已形成的通信協(xié)議有ISO/DIS15765和J2480等。經(jīng)過(guò)試用，它們最終也將成為汽車行業(yè)的通信標(biāo)準(zhǔn)。上述四個(gè)局部通過(guò)CAN構(gòu)成子網(wǎng)，各子網(wǎng)之間以網(wǎng)關(guān)互連，網(wǎng)關(guān)既是共享信息的中轉(zhuǎn)樞由于車上的儀表板原本就是匯總和顯示各種車輛信息的中心，只要增加高、低速CAN的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，就可以起到網(wǎng)關(guān)的作用，成為車輛的控制中心。10.2.3目前存在的問(wèn)題基于CAN的汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)表達(dá)了車用多路總線的開(kāi)展趨勢(shì)，只是目前還存在一些問(wèn)題，阻礙了它的全面、迅速推廣。由于現(xiàn)代車用通信根本上采用的是網(wǎng)絡(luò)事件觸發(fā)方式，其仲裁是根據(jù)預(yù)定的標(biāo)識(shí)符來(lái)進(jìn)行的，較為優(yōu)先的消息一旦送出就不受干擾，所以常會(huì)出現(xiàn)以下兩種情形：(1)某參數(shù)從全局來(lái)看實(shí)時(shí)性較低，一開(kāi)始分配到的優(yōu)先權(quán)就不高。但控制策略對(duì)各參數(shù)的要求并不是一成不變的，如果急需這個(gè)參數(shù)的時(shí)候，別的節(jié)點(diǎn)恰好送出一個(gè)優(yōu)先權(quán)較高的信息，CAN死板的仲裁機(jī)制，就會(huì)拒絕傳遞這個(gè)參數(shù)。(2)就算分配給這個(gè)參數(shù)的優(yōu)先權(quán)最高，但節(jié)點(diǎn)著手發(fā)送它的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)前一個(gè)非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)還沒(méi)有傳完，于是必須等到下一次總線空閑時(shí)才能通信，實(shí)際上這個(gè)參數(shù)還是被擱置了起來(lái)。新公布的ISO/DIS11898-4是TTCAN(TimeTriggeredCommunicationProtocolforCAN)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案。在系統(tǒng)層面上，ISO/DIS11898-4引進(jìn)了一個(gè)高精度的全局網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，并據(jù)此定出根本循環(huán)，使所有信息在每一循環(huán)中都能分配到時(shí)間窗，周期發(fā)送指示時(shí)刻的參考信息，系統(tǒng)就可以按照時(shí)間窗依次發(fā)布各個(gè)信息。TTCAN最大的優(yōu)點(diǎn)是在特定的“仲裁〞時(shí)間窗中，也能處理事件觸發(fā)協(xié)議，允許產(chǎn)生正常仲裁的時(shí)間窗自行發(fā)送信息，這就能兼顧到各類信息的實(shí)時(shí)性。針對(duì)后者，有人提出了“入侵型CSMA/CD〞協(xié)議，使CAN能中斷一個(gè)非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)程，轉(zhuǎn)去收發(fā)另一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。目前，這些措施還有待通過(guò)實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)。此外，還有兩個(gè)因素制約著CAN在汽車中的應(yīng)用：(1)CAN是多主總線，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能自主建立通信。節(jié)點(diǎn)較多的CAN一旦用于實(shí)時(shí)控制，目前只能以事件觸發(fā)方式工作的CAN控制器，根本無(wú)法應(yīng)付“暴風(fēng)驟雨〞式的中斷請(qǐng)求。(2)汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)所涉及的節(jié)點(diǎn)種類繁多、通信任務(wù)繁忙。以現(xiàn)階段CAN控制器的處理能力，需要大容量的存儲(chǔ)器來(lái)緩存和保存信息。僅此一項(xiàng)，就會(huì)使汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的硬件本錢大幅度增加。目前，汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)還停留在概念階段，單個(gè)子網(wǎng)也無(wú)法全部采用CAN。解決的方法，一是把網(wǎng)域劃得小一些，節(jié)點(diǎn)少一些，CAN實(shí)現(xiàn)起來(lái)就容易得多。如圖10.7中A所示，是用CAN解決車門區(qū)域局部控制的一個(gè)實(shí)例，節(jié)點(diǎn)只有4個(gè)。二是采用低端網(wǎng)絡(luò)，把底層的ECU先組織管理起來(lái)，再在上層用CAN構(gòu)筑主干網(wǎng)。就像圖10.6中的車身電子系統(tǒng)那樣，CAN上接的并不是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，而是經(jīng)過(guò)低端網(wǎng)絡(luò)模塊化后的子系統(tǒng)。一個(gè)模塊只相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，使得CAN的結(jié)構(gòu)和分擔(dān)的任務(wù)都得以簡(jiǎn)化。目前，在車身電子系統(tǒng)中，最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的低端網(wǎng)絡(luò)是LIN(LocalInterconnectNetwork)，它也是由一些知名汽車制造商和半導(dǎo)體公司聯(lián)合推出的開(kāi)放式協(xié)議。LIN主要用在速率不高的串行通信場(chǎng)合，極有可能成為這一領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖10.7中B就是車門模塊中CAN與LIN結(jié)合使用的實(shí)例。10.2.4節(jié)點(diǎn)例如設(shè)計(jì)CAN底層節(jié)點(diǎn)離不開(kāi)與CAN協(xié)議相關(guān)的專用芯片，主要可分為以下幾類：1.收發(fā)器用于將TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)CAN所需的差分電壓信號(hào)，高速CAN一般采用Philips公司的PCA82C250，低速容錯(cuò)CAN可以使用美國(guó)著名的Motorola公司生產(chǎn)的MC33388。2.CAN的獨(dú)立控制器僅集成有CAN模塊的控制芯片，如Philips的SJAl000，它全部的處理器資源均用于實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議所規(guī)定的功能。3.CAN的微控制器嵌有CAN協(xié)議控制模塊，并能用于其他工控目的的通用微控制器，如ST的ST7/9與美國(guó)Motorola的MC68HC908AZ系列等。一般地，“CAN微控制器＋收發(fā)器〞或“通用微控制器＋CAN獨(dú)立控制器＋收發(fā)器〞這樣的組合，配上相應(yīng)的外圍電路就構(gòu)成節(jié)點(diǎn)。它們既能承擔(dān)一定的測(cè)控任務(wù)，又能收發(fā)處理協(xié)議信息，經(jīng)導(dǎo)線連接就形成所謂的“控制器網(wǎng)絡(luò)〞。一個(gè)車門節(jié)點(diǎn)完整的例子如圖10.8所示，其CAN微控制器采用的是ST725系列的8位單片機(jī)。由于控制器的功能很強(qiáng)，所以在一個(gè)節(jié)點(diǎn)中集成了多個(gè)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電路，用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)后視鏡、車窗玻璃升降器、門鎖和除霜器等。控制車身電子系統(tǒng)的CAN大多使用8位控制器，動(dòng)力傳動(dòng)和信息娛樂(lè)等高端領(lǐng)域那么采用16位甚至32位的控制器。網(wǎng)關(guān)也是一種節(jié)點(diǎn)，只不過(guò)同時(shí)屬于遵循不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的多個(gè)網(wǎng)段。汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)主要有兩種網(wǎng)關(guān)，一種是在高、低速CAN之間的網(wǎng)關(guān)，另一種是CAN和LIN之間的網(wǎng)關(guān)。前者如圖10.9所示，主要由一片嵌有兩個(gè)CAN模塊的微控制器和兩類收發(fā)器構(gòu)成。該車門控制網(wǎng)關(guān)采用的是Motorola公司HC12系列的單片機(jī)中帶兩個(gè)MSCAN12模塊的微控制器，從中還可以看出高、低速CAN之間在總線形式上的差異。至于CAN-LIN網(wǎng)關(guān)，因?yàn)長(zhǎng)IN是用串口和LIN收發(fā)器進(jìn)行通信的，所以用一片嵌有CAN模塊及SCI串口的微控制器和兩種收發(fā)器便能實(shí)現(xiàn)，把圖10.9中的“診斷〞模塊換成LIN的收發(fā)器就可以了。10.3群眾車系車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)群眾車系的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)稱為CAN總線系統(tǒng)。該車系具有動(dòng)力系統(tǒng)CAN和舒適系統(tǒng)CAN兩個(gè)局域器控制網(wǎng)絡(luò)，并且設(shè)置了網(wǎng)關(guān)，將這兩個(gè)CAN連為一體就形成了車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本節(jié)以國(guó)內(nèi)保有量很大的波羅(POLO)轎車為例介紹群眾車系的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其故障診斷方法。10.3.1波羅(POLO)轎車CAN總線結(jié)構(gòu)2002款波羅(POLO)轎車設(shè)有先進(jìn)的CAN總線。該車具有動(dòng)力系統(tǒng)CAN和舒適系統(tǒng)CAN，并且設(shè)置了網(wǎng)關(guān)，將這兩個(gè)CAN連為一體形成了車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過(guò)網(wǎng)關(guān)，可從一個(gè)CAN讀取所接收的信息、翻譯信息，并向另一個(gè)CAN發(fā)送信息。波羅轎車CAN總線的連接形式，如圖10.10所示。10.3.2車載網(wǎng)絡(luò)控制單元J5191.作用車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元在車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中起重要作用。它承擔(dān)以前一直由單獨(dú)的斷電器和控制單元所執(zhí)行的功能。主要功能如下：(1)負(fù)荷控制；(2)車內(nèi)燈控制；(3)燃油系統(tǒng)供給控制；(4)后窗刮水器控制；(5)前窗刮水器控制；(6)后視鏡控制；(7)后窗加熱控制；(8)后座椅靠背控制；(9)轉(zhuǎn)向信號(hào)燈控制；(10)報(bào)警燈控制；(11)編碼。2.負(fù)荷控制在行駛中大量舒適性裝備和電熱器(如座椅加熱裝置、后窗加熱裝置外后視鏡加熱和電子輔助加熱裝置)會(huì)引起發(fā)電動(dòng)機(jī)過(guò)載，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池放電，電路如圖10.11所示。尤其是出現(xiàn)在距離極短的短途行車和冬季行駛時(shí)，以及時(shí)停時(shí)走和裝備過(guò)多的車輛中。考慮到短時(shí)間用電器的電流需求，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元的負(fù)荷管理系統(tǒng)定期監(jiān)控蓄電池，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元將采取措施，以保持行駛能力并確保車輛重新啟動(dòng)能力。具體措施如圖10.12所示。3.車內(nèi)燈控制車內(nèi)燈控制電路圖如圖10.13所示。如果前部和后部車內(nèi)燈開(kāi)關(guān)都位于車門觸點(diǎn)位置，如圖10.14、圖10.15所示。通過(guò)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元J519可以確保在車輛停止而車門未關(guān)閉狀態(tài)下，車內(nèi)燈10min后自動(dòng)關(guān)閉，這樣可以防止蓄電池不必要的放電。該功能同樣有利于保持蓄電池電能。4.燃油泵供給控制2002款波羅中的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)新的燃油泵供給控制單元。它是由燃油泵繼電器J17和燃油供給繼電器J643并聯(lián)來(lái)代替單個(gè)集成防撞燃油關(guān)閉裝置的燃油泵繼電器。這兩個(gè)繼電器位于車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元J519上的繼電器托架上，當(dāng)駕駛員翻開(kāi)駕駛員側(cè)車門后，車門觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)F2(或集控門鎖F220的關(guān)閉單元)將信號(hào)發(fā)送到車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元。接著車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元控制燃油供給繼電器J643，并使燃油泵G6運(yùn)行大約2s。在車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元有一個(gè)定時(shí)開(kāi)關(guān)，它有兩個(gè)作用：(1)當(dāng)駕駛員側(cè)車門短暫開(kāi)啟時(shí)，防止燃油泵持續(xù)運(yùn)行；(2)如果駕駛員側(cè)車門開(kāi)啟超過(guò)30min，燃油泵重新受控。5.后窗刮水器控制在前風(fēng)窗玻璃刮水器置于1擋或2擋或間歇擋的條件下，當(dāng)在進(jìn)入倒擋后，后窗刮水器將自動(dòng)刮水一次，電路如圖10.17所示。6.前刮水器控制如果風(fēng)窗玻璃刮水器已接通間歇擋(取決于車速的間歇運(yùn)行模式或下雨運(yùn)行模式)，并且同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋翻開(kāi)，信號(hào)將從發(fā)動(dòng)機(jī)蓋接觸開(kāi)關(guān)F226發(fā)送至車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元。控制單元將阻止刮水器運(yùn)動(dòng)，直到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋再次關(guān)閉，電路如圖10.18所示。7.外后視鏡和后窗加熱控制為了保持蓄電池電能，外后視鏡和后窗加熱裝置只有在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)才能接通，接通約20min后，加熱裝置將自動(dòng)關(guān)閉，電路如圖10.19所示。8.后座椅靠背控制后排座椅的中間位置帶有三點(diǎn)式平安帶的車輛具有后座椅靠背監(jiān)控功能。9.信號(hào)燈和報(bào)警燈控制車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元J519控制轉(zhuǎn)向燈閃爍、閃爍報(bào)警、防盜報(bào)警裝置、集控門鎖及掛車轉(zhuǎn)向燈閃爍，電路如圖10.21所示。10.編碼車輛的裝備范圍和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)決定了車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)單元的編碼。編碼由廠方進(jìn)行，如果在售后效勞或維修的裝備被更改，例如安裝可加熱式座椅或更換新的控制單元，必須重新編碼。需編碼的裝備見(jiàn)表10-2。10.3.3CAN總線的附屬裝置波羅轎車CAN總線的附屬裝置主要有主熔絲支架、電位分配器、熔絲支架、繼電器托架、耦接裝置、組合插頭等，其分布如圖10.22所示。1.主熔絲支架主熔絲支架位于蓄電池蓋上，結(jié)構(gòu)如圖10.23所示。熔絲的數(shù)目總是視車輛的裝備而定，主熔絲最多容納6根帶狀熔絲和10根插接式熔絲。通過(guò)一根導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)與蓄電池(正極)的連接，緊靠蓄電池后安裝有熔絲，可防止電路過(guò)載。2.電位分配器電位分配器位于駕駛員側(cè)儀表板飾件之后，結(jié)構(gòu)如圖10.24所示。通過(guò)電位分配，接線柱30V電壓從蓄電池上的主熔斷絲支架分配到各用電器。3.熔絲支架熔絲支架位于儀表板左側(cè)的蓋板后，結(jié)構(gòu)如圖10.25所示。電路保護(hù)裝置中有兩種熔絲：一是最大熔斷電流為15A的微型熔絲；二是熔斷電流大于15A的小型熔絲。這樣的組合有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)同一結(jié)構(gòu)中可以布置更多的熔絲；(2)可以對(duì)更多的電路安裝熔絲。熔絲在電路中縮寫(xiě)為“SB〞。4.繼電器托架繼電器托架位于駕駛儀表板飾件之后，結(jié)構(gòu)如圖10.26所示。與微型中央電氣系統(tǒng)和輔助電器托架的結(jié)構(gòu)方式不同的是，波羅轎車?yán)^電器托架與支承繼電器的結(jié)構(gòu)連為一體。5.耦接裝置耦接裝置用于連接車門中的電氣部件與車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其功能與特點(diǎn)有：①容易觸及；②分隔導(dǎo)線與車門；③故障查詢時(shí)容易查詢。1)A柱耦接裝置A柱耦接裝置位于A柱的上部車門鉸接附近，結(jié)構(gòu)如圖10.27(a)所示。耦接裝置中有與以下車門內(nèi)電氣局部的插頭連接：喇叭、外觀視鏡、車門關(guān)閉單元、報(bào)警燈。2)B柱耦接裝置B柱耦接裝置位于B柱后車門的上部車門鉸接附近，結(jié)構(gòu)如圖10.27(b)所示。耦接裝置中有與以下車門內(nèi)電氣部件的插頭連接：喇叭、車門關(guān)閉單元。6.組合插頭緊湊型組合插頭，連接發(fā)動(dòng)機(jī)室中的一局部車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和車內(nèi)一局部車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它們通過(guò)模塊內(nèi)各插頭進(jìn)行連接，與裝備或車型系列無(wú)關(guān)。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)插頭可以自由脫開(kāi)，使檢測(cè)和安裝工作更簡(jiǎn)便。緊湊型組合插頭位于前圍左側(cè)，刮水器連桿后。從發(fā)動(dòng)機(jī)室和車內(nèi)都可以觸及，結(jié)構(gòu)如圖10.28所示。緊湊型組合插頭分為不同模塊。各個(gè)模塊采用不同顏色和機(jī)械編碼的插頭進(jìn)行連接，結(jié)構(gòu)如圖10.29所示。各個(gè)模塊的功能見(jiàn)表10-3。本章課程內(nèi)容結(jié)束了，休息一會(huì)兒吧！！圖10.1CAN模塊結(jié)構(gòu)圖圖10.2CAN體系結(jié)構(gòu)圖圖10.3采用C類CAN總線的汽車動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)圖圖10.4采用LIN總線的汽車車身系統(tǒng)連接圖圖10.5汽車多媒體數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)圖10.6轎車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(ACarIntranet)圖10.6轎車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(ACarIntranet)圖10.7CAN的使用策略圖10.7CAN的使用策略圖10.8節(jié)點(diǎn)一例圖10.9高、低速CAN之間的網(wǎng)關(guān)圖10.9高、低速CAN之間的網(wǎng)關(guān)圖10.10波羅轎車CAN總線的連接形式圖10.11車載網(wǎng)絡(luò)控制單元的負(fù)荷控制原理圖A—蓄電池；C—發(fā)電機(jī)；J—發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元；J131—可加熱式駕駛員座椅控制單元；J132—可加熱式前座乘客座椅控制單元；J255—空調(diào)電子控制系統(tǒng)控制單元；J301—空調(diào)器控制單元；J519—車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元；J533—數(shù)據(jù)總線診斷接口；Z1—可加熱式后窗；Z4—可加熱式外后視鏡，駕駛員側(cè)；Z5—可加熱式外后視鏡，前座乘客側(cè)；Z6—可加熱式駕駛員座椅；Z7—可加熱式駕駛員靠背；Z8—可加熱式前座乘客座椅；Z9—可加熱式前座乘客靠背圖10.12負(fù)荷控制措施圖10.14前部車門觸點(diǎn)位置圖10.15后部車門觸點(diǎn)位置圖10.16燃油泵控制電路F2—駕駛員側(cè)車門觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)；F220—駕駛員側(cè)集控門鎖關(guān)閉單元；G6—燃油泵；J—發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元；J17—燃油泵繼電器；J519—車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元；J643—燃油供給繼電器；

*—無(wú)集控門鎖的車輛；**—有