基于FlexRay总线的通讯单元设计
摘要：FlexRay是符合下一代车载网络要求的通讯协议。文章针对FlexRay汽车总线，给出一种通讯单元的设计方案。Freescale公司的16位汽车微控制器MC9S12XF512集成了双通道FlexRay协议v2．1，通过FlexRay通讯控制器TJA1080实现节点和FlexRay总线的通信，并且通过GSM／GPRS模块实现通讯功能。
关键词：FlexRay；通讯单元；汽车微控制器；TJA1080A
0 引言
随着汽车电子技术的发展，汽车电子化程度的与日俱增，车体内应用的ECU模块数量的增加使得线束也随之增加。另一方面，以网络通讯为基础的线控技术(X-by-wire)将在汽车上普遍应用。早期的CAN总线已经不能很好地解决众多电子设备之间的通信，通信速度更高和通信更安全的车内总线成为汽车电子的迫切需求。由FlexRay联盟制定的FlexRay协议标准成为一种理想的解决方案。它不仅是一个通信协议，它还包括特殊定义的高速发送和接收驱动器，以及各种元件的硬件和软件接口标准。
汽车通讯系统的普及是汽车电子发展的一大方向。车载通讯系统是指装载在汽车上的移动通讯系统。其特点是以车为载体，同时能够随车移动进行无线信号的传输。它不仅包括车载电话，还包括汽车状态远程监控、报警、娱乐等功能。根据汽车本身具有移动、分布、数量大的特点，数字蜂窝移动通讯系统是较为理想的选择。随着“三网融合”技术的发展，内嵌TCP／IP协议的GSM／GPRS模块就可以实现基本的汽车通讯功能。
1 系统结构和原理
本系统作为FlexRay总线上的一个节点，接收总线上传输来的信号，完成相关的通讯任务。FlexRay节点有两种结构，一种由微控制器、通讯控制器、总线控制器组成；一种由集成通讯控制器的微控制器、总线控制器组成。本系统采用后一种结构，系统结构图如图1
所示。
总线上的数据帧都将到达总线上所有的总线收发器。每一个总线收发器在收到总线数据帧后，将不属于自己地址的数据帧滤除，只将属于自己的数据帧和广播帧存储到接收FIFO 中。在工作状态下，微控制器可以访问总线收发器的接收模块和发送器，通过对其操作实现
对物理层数据的收发。微控制器接收到相关总线信号后将其分成若干种任务，按照优先级对这些任务进行处理，唤醒GSM／GPRS模块来执行相应的通讯任务或者通过总线收发器将处理后的结果发送到其他节点。GSM／GPRS模块具有语音通话、短信(SMS)／彩信(MMS)收发和数据业务功能。GSM／GPRS模块与微控制器、总线收发器的电源电压不同，所以对电源进行单独设计。
2 硬件电路设计
2．1 总线收发器和微控制器的连接
系统总线收发器选用恩智浦的TJA1080A。它是第一款成功通过FlexRay一致性测试并上市的FlexRay收发器。TJA1080A证明了FlexRay的强大性能与灵活便捷。它可提供广泛的功能组合、卓越的EMC性能以及高效的ESD保护。TJA1080A总线收发器的内部结构如图2所示。从图2可以看出，TJA1080A总线收发器主要由状态机、信号路由器、输入／输出管理模块、收发模块以及发送器等组成。
系统的控制器采用Freescale的MC9S12XF512嵌入式微控制器。它集成的单／双通道FlexRayv2．1，每通道支持2．5、5、8和10Mb／s的数据速率；FlexRay时钟，采用频率从4MHz到40MHz不等的水晶振荡器，使用PLL(锁相环)实现成本和EMC的优化；小巧的体积非常适合于一些空间受到严格限制的应用；并且还集成了飞思卡尔的XGATE协处理器模块。XGATE模块的功能类似于主CPU的专用协处理器，其运行速度是主CPU的两倍，并且没有任何CPU处理开销，能够提高系统性能，最高运行性能达到100MIPS。从而在没有提高成本的情况下提高了MCU的性能。
TJA1080A和MC9S12XF512的连接如图3所示。
PH3和PH7是普通I／O口，作为TJA1080A的使能输入，高电平有效。通过对
MC9S12XF512的PH(0～7)、PJ(3～6)的端口复用与其FLexRay通信控制器相连。
2．2 GSM／GPRS的外围电路设计
PTM101模块是一款超小体积的GSM／GPRS模块，大小只有38×29mm×3mm。PTM101内嵌TCP／IP协议和彩信MMS协议，支持标准的AT命令集和PUTAI增强命令集，可以提供丰富的语言和数据业务功能。
ANT为天线，为减少信号衰减，要求50 Ω的高频阻抗控制。LED电路指示PTM101的工作状态，当SIM卡异常或没有注册到网络时，PTM的STATUS OUT引脚输出高电平，LED灯灭；而正常时该引脚电平以1s高电平，2s低电平的频率跳变，LED灯闪烁。UART 口是PTM101其与外部处理器通讯交互的唯一通道，即是接收外部AT命令实现其功能的唯一通道。该UART是常用的3线制串口(UTXD、URXD、GND)，由跳线选择与微控制器MC9S12XF512或者通过RS232与PC机连接，进行相关数据的设置和传输。
2．3 电源模块设计
PTM101的电源电压为4V，MC9S12XF512在单机模式下为12V供电，整个系统选用12VDC，然后进行DC-DC转换为符合PTM101需求的4VDC。
为保证PTM101的射频性能优良，其供电电源要求较高。PTM101的待机电流只有
2．2mA，但在附近基站信号很弱的时候，瞬时(约4.6ms)电流峰值可能会达到2A。因此要求电源电流峰值要能满足2A，并且动态性能良好。因此选用LM2596-ADJ作为电源电压转换芯片。它电压转换效率高，并且其3A、150kHz的性能参数完全满足要求，电源模块电路图如图5所示。
VBAT的计算公式为：
其中：Vref为1．23V
3 总结
本文详细介绍了基于FlexRay的通讯单元的设计。MC9S12XF512连接的总线控制器TJA1080A实现FlexRay总线的数据收发；使用PTM101与MC9S12XF512相连，可以进行语言通话，短信收发及相关数据的传送。整个系统连接简单，通过亮灯实验验证，本系统能够完成基本的通讯功能，实用性强。
《汽车传动系统技术及检修》学习指南 课程总体设计 《汽车传动系统技术检修》采用任务驱动教学法，基于生产实际中的典型工作任务进行分析，以学生为中心，结合学生的认知规律，将以传授知识为主的传统教学理念，转变为以解决问题完成任务为主的多维互动式教学理念；将再现式教学转变为探究式学习，使学生处于积极的学习状态，每位学生都能根据自己对当前任务的理解，运用共有的知识和自己特有的经验提出方案、解决问题。 本课程设计8个学习情境：底盘漏油、挂档困难、自动变速器换挡冲击、无级变速器销售咨询、主减速器和差速器的检修、汽车传动轴的改装、四轮驱动车的售后服务、传动系统异响辨别和诊断，每个情境是一个相对独立的工作任务，结合实际生产中的企业案例进行理实一体系统化的学习。 本课程学习以学习手册、教学设计、教学课件、教学录像、演示录像、企业案例、任务工单、测试习题为工学结合学习包“8要素”，辅以虚拟实训、教学动画、教学图片维修资料，有效培养了学生的职业能力。 本课程学习流程为： 阅读学习任务→领会学习要求→下载任务工单→学习理论知识（浏览相关教学资源）→学习实践技能→进行案例分析→互相讨论交流→实施完成任务→完成学习作业→进行学习评估 学习单元1底盘的基本组成 一、学习目标 知识目标 （1）底盘的基本组成和作用。 （2）传动系统的组成与布置形式。 （3）齿轮基本知识及润滑油选用。 （4）底盘漏油故障分析。 技能目标 （1）能获取车辆信息。 （2）能够熟练诊断出漏油部位及油液性质，获得诊断信息。 （3）能够向客户讲解底盘有关基本知识。 二、学习任务 一辆上海桑塔纳2000时代超人，车辆在运行中出现底盘漏油故障。 经过检测，发现发动机油底壳变形导致漏机油，更换新油底壳后故障排除。 引出任务：汽车上有哪些油液？传动系统的组成与布置形式？漏油会引起哪些故障？如何检测诊断和修理排除？ 三、任务工单 请下载《汽车底盘漏油故障分析任务工单》。 按照任务工单的要求学完本节内容，并通过讨论交流实施任务后填写工单，上传至作业处。 四、学习要求 （1）掌握汽车底盘的组成。 （2）掌握传动系统的组成与布置形式。 （3）了解汽车上使用的油液。 ★链接教学设计：汽车底盘漏油故障分析教学设计 ★链接学习手册：汽车底盘漏油故障分析学习手册 五、理论知识 1.汽车底盘的组成
FlexRay总线原理及应用 1 FlexRay总线介绍 1.1 FlexRay产生及发展 随着汽车中增强安全和舒适体验的功能越来越多，用于实现这些功能的传感器、传输装置、电子控制单元(ECU)的数量也在持续上升。如今高端汽车有100多个ECU，如果不采用新架构，该数字可能还会增长，ECU操作和众多车用总线之间的协调配合日益复杂，严重阻碍线控技术（X-by-Wire，即利用重量轻、效率高、更简单且具有容错功能的电气/电子系统取代笨重的机械/液压部分）的发展。即使可以解决复杂性问题，传统的车用总线也缺乏线控所必需的确定性和容错功能。例如，与安全有关的信息传递要求绝对的实时，这类高优先级的信息必须在指定的时间内传输到位，如刹车，从刹车踏板踩下到刹车起作用的信息传递要求立即正确地传输不允许任何不确定因素。同时，汽车网络中不断增加的通信总线传输数据量，要求通信总线有较高的带宽和数据传输率。目前广泛应用的车载总线技术CAN、LIN等由于缺少同步性，确定性及容错性等并不能满足未来汽车应用的要求。 宝马和戴姆勒克莱斯勒很早就意识到了，传统的解决方案并不能满足汽车行业未来的需要，更不能满足汽车线控系统（X-by-Wire）的要求。于是在2000年9月，宝马和戴姆勒克莱斯勒联合飞利浦和摩托罗拉成立了FlexRay联盟。该联盟致力于推广FlexRay通信系统在全球的采用，使其成为高级动力总成、底盘、线控系统的标准协议。其具体任务为制定FlexRay需求定义、开发FlexRay协议、定义数据链路层、提供支持FlexRay的控制器、开发FlexRay物理层规范并实现基础解决方案。 1.2 FlexRay特点 FlexRay提供了传统车内通信协议不具备的大量特性，包括： (1)高传输速率：FlexRay的每个信道具有10Mbps带宽。由于它不仅可以像CAN和LIN网络这样的单信道系统一般运行，而且还可以作为一个双信道系统运行，因此可以达到20Mbps的最大传输速率，是当前CAN最高运行速率的20倍。 (2)同步时基：FlexRay中使用的访问方法是基于同步时基的。该时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用。时基的精确度介于0.5μs和10μs之间（通常为1~2μs）。 (3)确定性：通信是在不断循环的周期中进行的，特定消息在通信周期中拥有固定位置，因此接收器已经提前知道了消息到达的时间。到达时间的临时偏差幅度会非常小，并能得到保证。 (4)高容错:强大的错误检测性能和容错功能是FlexRay设计时考虑的重要方面。FlexRay总线使用循环冗余校验CRC(Cyclic redundancy cheek)来检验通信中的差错。FlexRay总线通过双通道通信，能够提供冗余功能，并且使用星型拓扑可完全解决容错问题。 (5)灵活性：在FlexRay协议的开发过程中，关注的主要问题是灵活性，反映在如下几个方面： ①支持多种方式的网络拓扑结构； ②消息长度可配置：可根据实际控制应用需求，为其设定相应的数据载荷长度； 1 ③使用双通道拓扑时，即可用以增加带宽，也可用于传输冗余的消息； ④周期内静态、动态消息传输部分的时间都可随具体应用而定。
Controller Area Network,控制器局域网. CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯,在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制网络。 优点是将所有的线束由电脑集中控制,所有的控制指令由电脑变成数字信号,明显减少了各系统的的线束量,接头数量也相应减少，降低了故障率，提高了自动化程度。 现代汽车中所使用的电子控制系统和通讯系统越来越多，如发动机电控系统。自动变速器控制系统。防抱死制动系统(ABS).自动巡航系统(ACC)和车载多媒体系统等，这些系统之间。系统和汽车的显示仪表之间，系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换，如此巨大的数据交换量，如仍然采用传统数据交换的方法，即用导线进行点对点的连接的传输方式将是难以想象的，据统计，如采用普通线索，一个中级轿车就需要线索插头300个左右，插针总数将达到2000个左右，线索总长超过1. 6Km,不但装配复杂而且故障率会很高。因此，用串行数据传输系统取而代之就成为必然的选择。 数据在串联总线上可以一个接一个的传送，所有参加CAN总线的分系统都可以通过其控制单元上的CAN总线接口进行数据的发送和接收，CAN总线是一个多路传输系统，当某一单元出现故障时不会影响其他单元的工作，CAN总线对不同数据的传输速率不一样，对发动机电控系统和ABS等实时控制用数据实施高速传输，速率为1 25K波特-–1M波特，对车身调节系统(如空调)的数据实施低速传输，传输速率在1 0—1 25K波特，其他如多媒体系统和诊断系统则为中速传输，速率在两者之间，这样的区分提高了总线的传输效率。 数据总线如何能实现多路传输的呢？原来数据总线有三部分组成：1)数据传输线，2)地址传输线，3)发送单元和接收单元之间的传送控制线。数据按CPU的指令以一定的模式传输到指定的地址，而传输模式是由软件控制的。 CAN总线式汽车仪表总成功能简介 慧聪网2005年4月29日14时0分 一、技术背景 在当今的中高档汽车中都采用了汽车总线技术。汽车总线为汽车内部各种复杂的电子设备、控制器、测量仪器等提供了统一数据交换渠道。 20世纪90年代以来，汽车上由电子控制单元(ECU)指挥的部件数量越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量越来越多。因此，一种新的概念—车上控制器局域网络CAN(controller area network)的概念也就应运而生了。CAN最早是德国BOSCH公司为解决现代汽车中的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种数据通信协议，按照ISO有关标准、CAN的拓朴结构为总线式，因此也称CAN总线。 CAN协议中每一帧的数量都不超过8个字节，以短帧多发的方式实现数据的高实时性；CAN总线的纠错能力非常强，从而提高数据的准确性；同时，CAN总线速率可达到1Mbit/s，是一个真正的高速网络，总之将CAN总线应用在汽车中使用有很多优点。 1、用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线，并大幅度减少了用线数量。 2、具有快速响应时间和高可靠性，并适合对实时性要求较高的应用。
目录 第二章换档机构 1 简要说明 (3) 1.1变速操纵机构综述 (3) 1.2 设计目的 (3) 1.3 适用范围 (4) 1.4 装置的零部件构成图 (4) 2 设计构想 (6) 2.1 设计原则 (6) 2.2 设计参数 (6) 2.3 软轴拉线的布置 (11) 2.4 环境条件 (11) 2.5 设计基本限制因素 (12) 2.6 零件装配设计 (13) 4.1 通过什么样的标识进行识别........................................................................ 错误！未定义书签。
第二章换档机构
1 简要说明 1.1变速操纵机构综述 1汽车变速操纵机构分为手动变速操纵机构（MT）、自动变速操纵机构 （AT&CVT&AMT）。 2按传递行程和力的方式可分为拉索式换档操纵装置、杆系换档操纵装置及电讯号直接驱动换档装置;如图 2, 杆系换档操纵装置它是由一根或者两根细长的（空心）刚性杆件组成的。因为是空间运动杆系，其运动分析和自由度的确定，无论是用作图法，或用解析法都是比较复杂的；运动件本身的干涉，及其与相邻件干涉的校核也是相当繁琐的；还好，现在可以借助于CAE使设计分析工作简化和可靠。同时，这种结构还有一个很难克服的问题，就是由于其运动链长，杆件刚度弱，铰接处存在间隙，且润滑不便等原因，容易产生振动、噪声、档位不清晰、换档操纵手感不良等现象。于是，一种拉索式换档操纵装置应运而生，并将逐渐取代杆系换档操纵装置. 如图 1,为拉索式换档操纵装置.所谓拉索式换档操纵装置，是用一种柔性的推拉软轴替代空间运动的刚性的杆件。这种换档操纵装置克服了上述刚性空间杆系存在的那些问题。同时柔性推拉软轴的走向“自如”，给汽车的总体布置和变速器操纵装置的安排带来诸多方便。而且柔性软轴具有吸振的作用，能够消除动力总成和车身传至换档操纵手柄的振动，因此能得到清晰的档位和舒适的手感。拉索式操纵因其易于布置，传递效率高，成本低廉，目前是最常用的结构. 以上两类都属于手动换档操纵机构;自动换档操纵机构中也用到拉索式操纵装置,如图1.4-3,同时也用到电讯号驱动装置以实现特殊的换档要求;在电控机械自动变速箱(AMT)上则完全使用电讯号驱动装置完成换档. 1.2 设计目的 1.在任何情况下能够可靠地实现换档,并保证换档平顺; 2.在任何行驶条件下须保证操纵机构总成可靠的操纵力及操纵行程输出; 3.布置上，应充分考虑到人机工程因素，确保最适宜的行程、力及操作位置，保证 拉线在前舱的走向应平顺，避开相关干涉，远离热源等； 4.涉及到电子通讯部分，须保证对输入信号的准确识别、可靠的信号处理及精确输 出，并具备相应的抗干扰能力； 5.满足在不同工作温度下，保证足够的传递效率及操作手感；
一、FlexRay介绍 FlexRay通讯协议运用于可靠的车内网络中，是一种具备故障容错的高速汽车总线系统。它已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay协议标准中定义了同步和异步帧传输，同步传输中保证帧的延迟和抖动，异步传输中有优先次序，还有多时钟同步，错误检测与避免，编码解码，物理层的总线监控设备等。 1.1汽车网络通信协议综述 汽车网络通信协议在保证整个系统正常运行方面起着非常重要的作用。它可以帮助解决系统很多问题，如数据共享、可扩展性、诊断接口等。目前，应用于汽车领域的网络标准除了FlexRay还有很多，如CAN、LIN、J1850及MOST等。 CAN总线全称为“控制器局域网总线（Controller Area Network）”，是德国博世公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。CAN通信速率可达１Mbit/s，每帧的数据字节数为8个。 LIN（Local Interconnect Network，控制器局域网）总线是由LIN 协会发布的一种新型低成本串行通信总线，也称为经济型CAN网络。LIN的目标是为现有汽车网络（例如CAN 总线）提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助的总线网络，在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合比如智能传感器和制动装置之间的通信使用LIN总线可大大节省成本。 J1850总线是1994年由汽车工程师协会颁布的标准，之后普及运用于美国车厂的汽车中。不过，虽然美国各厂多采用J1850标准，但是各厂的实际做法又不相同，因此相对其他标准来说比较混乱。由于J1850总线通信速率低，只适合用于车身控制系统及诊断系统，目前在美国逐步被CAN 所取代。 MOST（Media Oriented System Transport，面向媒体的系统传输）总线是采用光纤并用于智能交通及多媒体的网络协议，能够支持24.8Mbps的数据速率，与以前的铜缆相比具有减轻重量和减小电磁干扰的优势。 1.2 FlexRay特点 作为一种灵活的车载网络系统，FlexRay具有高速、可靠及安全的特点，它不仅能简化车载通信系统的架构，而且还有助于汽车电子单元获得更高的稳定性和可靠性。在宝马新款SUV “X5”的电子控制减震器系统中，首次采用了控制系列车内LAN接口规格FlexRay，此次实际应用预示着FlexRay在高速车载通信网络中的大规模应用已经指日可待。
FlexRay汽车通信总线介绍及测试环境 综述 FlexRay通信总线是由多个汽车制造商和领先的供应商共同开发的确定性、容错和高速总线系统。FlexRay满足了线控应用（即线控驱动、线控转向、线控制动等）的容错性和时间确定性的性能要求，本文介绍FlexRay的基础知识。 为了使汽车继续提高安全性、提升性能、减少环境影响并增强舒适性，必须提高汽车电子控制单元（ECU）之间传送数据的速度、数量和可靠性。先进的控制和安全系统(结合了多个传感器、执行器和电子控制单元)开始要求同步功能和传输性能超过现有标准的控制器局域网（CAN）所能提供的性能。随着带宽需求的增长和各种先进功能的实现，汽车工程师急需下一代嵌入式网络。经过OEM厂商、工具供应商和最终用户的多年合作，FlexRay标准已经成为车载通信总线，以应对下一代车辆中的这些新的挑战。 FlexRay还能够提供很多CAN网络不具有的可靠性特点，尤其是FlexRay 具备的冗余通信能力可实现通过硬件完全复制网络配置，双通道冗余进行数据通信。FlexRay同时提供灵活的配置，可支持各种拓扑，如总线、星型和混合拓扑。设计人员可以通过结合两种或两种以上的该类型拓扑来配置分布式系统。 了解FlexRay的工作原理对工程师在车辆设计和生产过程的各个方面都至关重要。本文将解释FlexRay的核心概念。
FlexRay基础 FlexRay的许多方面旨在降低成本，同时在恶劣的环境中提供最佳性能。FlexRay使用非屏蔽双绞线电缆将节点连接在一起，FlexRay总线可以由一对或两对电缆组成的单通道和双通道组成。每对线缆上的差分信号减少了外部噪声对网络的影响，而无需昂贵的屏蔽层。大多数FlexRay节点通常还具有可用于收发器和微处理器的电源线和地线。 双通道配置可提高容错能力或增加带宽。大多数第一代FlexRay网络仅利用一个信道来降低布线成本，但是随着应用程序对复杂性和安全性要求的提高，未来的网络将同时使用这两个信道。 FlexRay总线要求信号线两边端接电阻，仅多分支总线上的末端节点需要端接，端接太多或太少都会破坏FlexRay网络。尽管特定的网络实现有所不同，但典型的FlexRay网络的电缆阻抗在80到110欧姆之间，并且端节点端接以匹配该阻抗。将FlexRay节点连接到测试装置时，终端电阻是造成网络通讯失败的最常见原因之一。基于PC的现代FlexRay接口可能包含板上端接电阻器，以简化布线。 FlexRay拓扑和布局 FlexRay，CAN和LIN与更传统的网络（如以太网）的区别之一是其拓扑结构或网络布局。FlexRay支持简单的多点无源连接以及更复杂的有源星形连接。根据车辆的布局和FlexRay的使用水平，选择正确的拓扑有助于设计人员针对给定的设计优化成本、性能和可靠性。 总线型网络 FlexRay通常用于简单的多点总线拓扑结构中，该拓扑结构具有将多个ECU连接在一起的单根网络电缆。这是CAN和LIN使用的相同拓扑，并且是OEM熟悉的拓扑，使其成为第一代FlexRay车辆中流行的拓扑。每个ECU可以“分支”到离总线核心“主干”很小的距离。网络的末端安装了终端电阻，可消除信号反射问题。由于FlexRay在高频率下运行，与CAN的1 Mbit相比，
大众汽车车载CAN总线系统设计 摘要：随着汽车电子技术的持续发展，汽车上越来越多的应用电子设备，电子控制设备的联系更加复杂，而汽车的传统电气系统一般都是采用点对点的单一通信，联系较少，因此，庞大的布线系统之间的联系已经无法满足逐渐复杂的汽车控制系统的要求。 本文以大众汽车车载CAN总线车身控制系统为研究对象,介绍了国际汽车电子技术的现状和发展趋势，与目前主流的汽车网络技术相比，本文分析了目前流行的现场总线的性能及特点，研究了CAN总线的汽车车身控制系统。介绍了系统的硬件设计和开发过程。说明了每个节点的作用，说明了每个模块硬件电路结构。介绍了系统的软件设计和开发过程。该论文讲述了CAN通信模块的通信流程。通过本设计，大众汽车车载CAN 总线车身控制系统可以满足现代车身控制的需要。 关键词：车载网络；大众汽车车载CAN总线；车身控制系统
Volkswagen car CAN bus system design Abstract: with the continuous development of automobile electronic technology, more and more electronic equipment used in automobile, electronic control equipment is more and more complex, the relation between the traditional auto electrical system is mostly single point to point communication, connect with each other very few, so lead to the connection between the huge wiring system has far cannot satisfy the requirement of increasingly complex auto control system. Automobile LAN CAN bus, which are widely used in automotive electronic control system, in order to realize intelligent and networked control part provides effective ways and methods. This topic with CAN bus body control system as the research object, mainly to do the summary of a few aspects: introduce the current status and development trend of international automotive electronics technology, more mainstream in today's automotive network technology, a comprehensive analysis of the current popular features and performance of a variety of field bus, the further study of the CAN bus car body control system. Describes the hardware design and development of the system. According to the actual needs of the system, the design of each module of the system is determined. Detailed introduces the system function of each control node, describes the main control chip peripheral circuit, light control circuit, CAN communication module circuit, wiper control circuit, control circuit, window lock motor control circuit, the switch quantity detection circuit, electric rearview mirror control circuit hardware circuit for each module of the structure. Describes the software design and development process of the system. This article introduces the communication process for the CAN communication module. Key words: car network; vw vehicle CAN bus; Body control system;
汽车总线技术 1、为什么要运用车载网络技术？（车载网络技术的必要性）P1 答：随着汽车技术的发展，汽车性能不断提高，汽车电器与电子控制装置在车上的运用越来越多，汽车上电控单元的数量越来越多，线路越来越复杂，传统布线方式复杂而凌乱的线束占用空间大，电气线路故障率增加，维修不方便； 车载网络技术简化了线路，提高了信息传输的速度与可靠性，降低了电器线路的故障率，故在汽车上的运用越来越广泛。 2、车载网络系统的功能和特点？P4 答：功能： 多路传输功能 唤醒和休眠功能 失效保护功能 故障自诊断功能 特点： 使用了一根总线来代替多根导线，减少了导线的数量和线束的体积，简化了整车线束，线路的质量和成本都有所下降。 减少了线路和节点，信号传输的可靠性得以提高，提高整车电气线路的工作可靠性。 改善了系统的灵活性，通过系统软件可以实现控制系统的变化和系统的升级。 网络结构将各控制系统紧密连接，达到数据共享的目的，各控制系统的协调性可进一步提高。 可为诊断提供通用的诊断借口，使用多功能测试仪对数据进行测试和诊断，方便了维修人员对电子系统的维护和故障检修。 3、车载网络系统的分类？P5 答： 动力与传动系统，高速 安全系统，高速 车身系统，低速 信息（娱乐）系统，高速 4、现场总线的功能和特点。P8 答：功能：用于在现场装置与控制室的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信。 特点：结构简单，接线容易，工程周期短，安装费用低，维护容易；彻底的分散控制；开放性、互操作性和互换性；多种传输介质和拓扑结构；可靠性高；综合功能。 5、控制局域网（CAN）P11 答：CAN用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信，CAN的结构模型采用ISO/OSI参考模型的第1、2、7层协议，即物理层，数据链路层，应用层。通信速率最高位1Mbit/s，通信距离最远为10000m，物理传输介质可支持双绞线，最多可挂接110个节点，可支持本质安全。CAN采用短帧报文，抗干扰能力强，可靠性高。
编制日期：05. 11.29 编者：祁殿渠版次：02 第 1 页共 1 页 奇瑞汽车有限公司 底盘部设计指南 编制： 审核： 批准：
编制日期：05. 11.29 编者：祁殿渠版次：02 第 2 页共 2 页 1、车架的主要功能： 车架是整个汽车的基体，汽车上绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置的。如：发动机、传动系统、悬架、转向、驾驶室、货箱和有关操纵机构。车架的功用是支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车 内外的各种载荷。 2、车架的类型： 2.1 主要类型 目前，汽车车架的结构形式基本上有三种：边梁式车架、中梁式车架（或称脊骨式车架）和综合式车架。其中以边梁式车架应用最广。 边梁式车架由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接法或焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性构架。公司的P11的车架就属于此类型，如下图1。通常用低合金钢板冲压而成，断面形状一般为槽形，也有的做成Z字形或箱形断面。其结构特点是便于安装驾驶室、车厢及一些特种装备和布置其它总成，有利于改装变型车和发展多品种汽车。被广泛采用在载货汽车，皮卡和大多数的越野汽车上。近代轿车为了保证良好的整车性能，尽量降低中心和有利于前后悬架的布置，把结构需要放在第一位，兼顾车架加工工艺性，所以车架形状设计的比较复杂而实用。 图1 P11车架 中梁式车架只有一根位于中央贯穿前后的纵梁，因此亦称为脊骨式车架，中梁的断面可以做成管型或箱型。
编制日期：05. 11.29 编者：祁殿渠版次：02 第 3 页共 3 页这种结构的车架有较大的扭转刚度。使车轮有较大的运动空间，便于布置等优点因此被采用在某些轿车和货车上。 综合式车架比较复杂，应用比较广，一般轿车上使用。 2.2奇瑞车架的主要结构件 车架主要有以下结构形式： 1．箱横梁和发动机支撑梁 横梁总成支撑发动机、水箱、保证车身的扭转刚度，如图1 发动机支撑梁和水箱横梁均有钢板冲压焊接而成，发动机支撑梁为封闭断面。 发动机支撑梁与车身连接处通常装有橡胶缓冲块。 材料：支撑梁上下体材料常采用为SAPH440其它BH340 表面处理为电泳。 图2 A11横梁 2．副车架 副车架带控制臂总成承受前轴载荷、支撑车身、动力总成、转向机、前悬挂、制动器等 副车架、控制臂均为钢板冲压焊接而成为封闭断面，如图3。 控制臂与副车架连接处采用橡胶衬套，起到改善行驶性能和舒适性。 材料：副车架上下体材料为常采用SAPH370其它为SPHE、SPHC表面处理为电泳
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1. 主题与适用范围 1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发 2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB；
4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定
FlexRay总线调研报告 汽车电子已成为汽车行业的一个重要市场。汽车电子行业最大的热点就是网络化[1]。如今的汽车，已然是一个移动式的信息装置，通过车内网络系统，可以接收、发送并处理大量的数据，对某些状况做出必要的反应。未来汽车的发展趋势必然是自动化程度越来越高，使汽车更安全、更可靠、更舒适，这意味着在车内使用更多的传感器、传动装置及电子控制单元，这也将对车载网络提出更高的要求。针对未来汽车车载网络的发展要求，FlexRay应运而生。FlexRay关注的是当今汽车行业的一些核心需求，包括更快的数据速率，更灵活的数据通信，更全面的拓扑选择和容错运算等。FlexRay的出现，弥补了既有总线协议应用在汽车线控系统或者同安全相关的系统时容错性和传输速率太低的不足，并将逐步取代CAN总线成为新一代的汽车总线[2]。 1FlexRay总线介绍 1.1车载网络概述 现代科技推动了汽车网络技术的不断发展，早在20世纪80年代国际上众多知名汽车公司就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。1994年，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C等3类。A类为面向传感器∕执行器控制的低速网络，B类为面向数据共享的中速网络，C类为面向高速、实时闭环控制的多路传输网络[3]。另外它还保留了D类网的定义，这类网络主要是面向车内的娱乐设备的信息传输。四种汽车网络标准总结如表1所示。 表1汽车网络标准
A类网络主要面向传感器、执行器控制，是低速网络。在该类网络中对实时性要求不高，且不需要诊断功能，数据速率一般在1~10Kbps，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。目前A类网络协议主要有TTP/A(Time-Triggered Protocol)、LIN(Local Interconnect Network)等协议。 B类网络主要面向独立模块间的数据共享，是中速网络，该类网络适用于对实时性要求不高的通信场合，数据速率一般在10~100Kbps，主要应用于电子车辆信心中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其他电子部件。在B类网络中，具有代表性的有SAEJ1850、V AN(Vehicle Area Network)、CAN（ISO11595-2，不高于125Kbps）等协议。其中，CAN凭其优越的性能，目前已经成为被全世界接受的主流协议。 C类网络主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网，该类网络适用于与安全性相关的实时系统，如发动机定时、燃油供给等系统，数据速率通常在125kbps～1Mbps之间。目前，C类网络中的主要协议包括高速CAN(ISO118982)、正在发展中的TTP/C和FlexRay等协议。其中高速CAN基于优先级的随机访问方式，总线传输速率通常在125kbps~1Mbps之间而其它几种协议基于TDMA(Time Division Multiple Access)或FTDMA(Flexible Time Division Multiple Access)的确定性访问方式，数据传输具有确定的延迟时间，且有很高的传输速率(1~10Mbps)。 D类网络主要面向汽车信息娱乐和远程信息设备，特别是汽车导航系统，需要功能强大的操作系统和连接能力。在D类网络中，具有代表性的有MOST、IDBC、IDB1394、D2B、蓝牙等协议[4]。 1.2FlexRay的产生及发展 随着汽车中增强安全和舒适体验的功能越来越多，实现这些功能的传感器、传输装置、电子控制单元(ECU)的数量也在持续上升。如今高端汽车有100多个ECU，如果不采用新架构，该数字可能还会增长，ECU操作和众多车用总线之间的协调配合日益复杂，严重阻碍线控技术（X-by-wire，即利用重量轻、效率高、更简单且具有容错功能的电气/电子系统取代笨重的机械/液压部分）的发展。即使可以解决复杂性问题，传统的车用总线也缺乏线控所必需的确定性和容错功能，例如，与安全有关的信息传递要求绝对的实时，这类高优先级的信息必须在指定的时间内传输到位，如刹车，从刹车踏板踩下到刹车起作用的信息传递要求立即正确地传输不允许任何不确定因素。同时，汽车网络中不断增加的通信总线传输数据量，要求通信总线有较高的带宽和数据传输率。目前广泛应用的车载总线技术CAN，LIN等由于缺少同步性，确定性及容错性等并不能满足未来汽车
上汽集团奇瑞汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 底盘部设计指南 编制： 审核： 批准：
上汽集团奇瑞汽车有限公司 1、架的主要功能： 车架是整个汽车的基体，汽车上绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置的。如：发动机、传动系统、悬架、转向、驾驶室、货箱和有关操纵机构。车架的功用是支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。 2、车架的类型： 2.1 主要类型 目前，汽车车架的结构形式基本上有三种：边梁式车架、中梁式车架（或称脊骨式车架）和综合式车架。其中以边梁式车架应用最广。 边梁式车架由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接法或焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性构架。通常用低合金钢板冲压而成，断面形状一般为槽形，也有的做成Z字形或箱形断面。其结构特点是便于安装驾驶室、车厢及一些特种装备和布置其它总成，有利于改装变型车和发展多品种汽车。被广泛采用在载货汽车和大多数的特种汽车上。近代轿车为了保证良好的整车性能，尽量降低中心和有利于前后悬架的布置，把结构需要放在第一位，兼顾车架加工工艺性，所以车架形状设计的比较复杂而实用。 中梁式车架只有一根位于中央贯穿前后的纵梁，因此亦称为脊骨式车架，中梁的断面可以做成管型或箱型。这种结构的车架有较大的扭转刚度。使车轮有较大的运动空间，便于布置等优点因此被采用在某些轿车和货车上。 综合式车架比较复杂，应用比较广，一般轿车上使用。 2.2车架的几种结构 车架主要有以下结构形式： 1．箱横梁和发动机支撑梁 横梁总成支撑发动机、水箱、保证车身的扭转刚度 发动机支撑梁和水箱横梁均有钢板冲压焊接而成，发动机支撑梁为封闭断面。 发动机支撑梁与车身连接处通常装有橡胶缓冲块。 材料：支撑梁上下体材料常采用为SAPH440其它BH340 表面处理为电泳。
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汽车总线设计及测试宝典
——汽车电子工程师必备
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目
录
一, 二, 三, 四, 五, 六, 七, 八,
汽车总线技术的发展 汽车总线技术的特征 汽车总线的研究重点及关键技术 汽车总线技术的应用意义及国内发展现状 各类汽车总线的特点比较 CAN 总线设计详解 汽车 CAN/LIN 总线测试流程和测试工具 汽车总线设计及测试经典问答 43 例
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一, 汽车总线技术的发展
随着车用电气设备越来越多,从发动机控制到传动系统控制,从行驶,制动,转向系统控制到安全保证系 统及仪表报警系统,从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力,使汽车电气系统形成一个复杂的大系统, 并且都集中在驾驶室控制.另外,随着近年来 ITS 的发展,以 3G(GPS,GIS 和 GSM)为代表的新型电子通 讯产品的出现,它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求. 从布线角度分析,传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式,相互之间少有联系,这样必然造成庞 大的布线系统.据统计,一辆采用传统布线方法的高档汽车中,其导线长度可达 2000 米,电气节点达 1500 个,而且,根据统计,该数字大约每十年增长 1 倍,从而加剧了粗大的线束与汽车有限的可用空间之间的 矛盾.无论从材料成本还是工作效率看,传统布线方法都将不能适应汽车的发展.下图 1,图 2 分别为相 同节点的传统点对点通讯方式和使用 CAN 总线的通讯方式,从图可以直观地比较线束的变化(图中节点之 间的连线仅表示节点间存在的信息交换,并不代表线束的多少).
图 1 传统的节点通讯方式
图 2 CAN 总线通讯方式
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汽车ECU电路分析 ECU电路解析 正如在本章开始时我们讲到的，不同厂商的汽车电脑在功能上不是完全相同的，但结构组成和要紧功能是差不多一样的，因此我们以有代表性的BOSCH MOTRONIC系统为例进行ECU的电路分析。 1、BOSCH MOTRONIC系统结构图 BOSCH MOTRONIC系统在电子燃油喷射系统中极具代表性，国内生产的大部分车型采纳的差不多上BOSCH电子喷射系统。图5.11为MOTRONIC系统框图，在此图中介绍了曲型电子燃油喷射系统的组成，各部分的联系情况，关于更好的了解电脑的工作过程，以至于分析故障与维修差不多上大有关心的。 图11 Motronic系统框图 1－燃油箱；2－燃油泵；3－燃油滤清器；4－燃油压力调节器；5－燃油脉动衰减器；6－电子操纵单元；7－分电器；8－喷油嘴；9－冷起动喷油嘴；10－节气门；11－节气门开关门；12－空气流量计；13－氧传感器；14－热敏开关；15－水温传感器；16－辅助空气阀；17－曲轴位置传感器；18－主继电器；19－燃油泵继电器
在图11中，电子操纵单元作为电控发动机的核心部分，由一8位/16位单片微机、集成电路和相关电子元件组成，英文表示为Electric control unit简称ECU。其作用是接收各种传感器送来的信息，以它们进行运算、处理、推断后再发出指令信号，经输出电路进行功率放大后驱动想应的执行单元，从而实现对发动机的各种工况的操纵。那个地点提级的ECU是各种操纵单元的统称，ECM/PCM则是发机操纵模组或动力操纵模组的缩写，是包含于ECU范围之内的。 2、BOSCH MOTRONIC1.3电路分析 汽车电子操纵单元（ECU），不论是BOSCH的MOTRONIC，福特的EEC IV、V，通用的P4、P6等，其最终的目的只有一个，让发动机工作的更出色，表现为动力更强劲，噪声小，污染低。这是针对发动机系统而言，其他系统也是一样，每个系统都有自己的目标，这就看起来是电视机一样，世界各国生产的电视机，不管是哪个厂家的，差不多上要以接收电视节目为目的。基于如此一种认识，我们能够把ECU抽样化的分成几个部分，见图12所示。
目录 （一）变速器结构方案的确定 (1) 1、档数 (1) 2、传动机构方案 (1) 3、换挡机构形式 (1) 4、齿轮型式 (2) 5、轴承选用 (2) 6、密封与润滑 (2) 7、操纵机构与倒档型式选择 (3) 8、变速器传动简图 (4) （二）主要参数的确定 (5) 1、中心距 (5) 2、轴向尺寸 (5) 3、齿轮参数的选择 (5) 4、各档传动比分配及齿数确定 (8) 5、齿轮变位系数的选择 (10) 6、齿轮参数 (10) （三）结构设计及强度校核 (12) 1、齿轮材料的选择 (12) 2、常啮合齿轮尺寸计算 (12)
3、齿轮强度校核 (21) (四)心得体会 (22)
（一）变速器结构方案的确定 1、档数； 变速器的挡数可在3-20个挡位范围内变化，增加变速器的挡数能够改善汽车的动力性和燃油经济型以及平均车速。挡数越多，变速器的结构越复杂，并且使轮廓尺寸和质量变大，同时操纵机构负责，同事在使用时换挡频率增加并增加了换挡难度。 本设计中的变速器为货车变速器。跟具要求，确定挡数为五挡变速器。 2、传动机构方案； 变速器的设计方案必需满足使用性能、制造条件、维护方便及三化等要求。方案a，b在满足使用性的条件下，结构更为简单，轴向尺寸更小，更有利于使变速器轻量化，维修也更为方便，更有利于润滑。再比较a和b，a方案的由于一挡和倒挡转速低，使用频率也低，只有在起步时才用到。故采用直齿滑动齿轮换挡，直齿滑动齿轮换档的优点是结构简单、紧凑，造价也比较低，经济性好。斜齿轮布置为中间轴采用右旋，第二轴和第一轴取为左旋。 3、换挡机构形式； 在选择了如图a的传动方案后，分析得出：由于1挡和倒挡转速低，齿轮直接啮合不会造成很大的冲击，故一挡和倒挡采用的时直
河南机电高等专科学校 《汽车单片机与局域网技术》 大作业 专业班级：汽电112 姓名：史帅峰 学号：111606240 成绩： 指导老师：袁霞 2013年4月16日 汽车总线系统通信协议分析与比较 摘要：本文主要针对汽车总线系统通讯协议，探讨汽车总线通讯协议的种类、发展趋势以及技术特点。在对诸多组织和汽车制造商研发的各类汽车总线进行比较和探讨的基础上，对其现状进行了分析；并综合汽车工业的特点对这两大类汽车总线协议的发展前景作了分析。关键词：汽车总线技术通讯协议车载网络 引言：汽车电子技术是汽车技术和电子技术结合发展的产物。从20世纪60年代开始，随着电子技术的飞速发展，汽车的电子化已经成为公认的汽车技术发展方向。在汽车的发展过程中，为了提高汽车的性能而增加汽车电器，电器的增加导致线缆的增加，而线束的增加又使整车质量增加、布线更加复杂、可维护性变差，从而又影响了汽车经济性能的提高。因此，一种新的技术就被研发出来，那就是汽车总线技术。总线技术在汽车中的成功应用，标志着汽车电子逐步迈向网络化。 一、车载网络的发展历程 20世纪80年代初，各大汽车公司开始研制使用汽车内部信息交互的通信方式。博世公司与英特尔公司推出的CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性，因而得到了业界的广泛认同，并在1993年正式成为国际标准和行业标准。TTCAN对CAN协议进行了扩展，提供时间触发机制以提高通讯实时性。TTCAN的研究始于2000年，现已成为CAN标准的第4部分ISO11898-4，该标准目前处于CD(委员会草案)阶段。 1994年美国汽车工业协会提出了1850通信协议规范。从1998年开始，由宝马、奥迪等七家公司和IC公司共同开发能满足车身电子要求的低成本串行总线技术，该技术在2000年2月2日完成开发，它就是LIN。 FlexRay联盟推进了FlexRay的标准化，使之成为新一代汽车内部网络通信协议。FlexRay车载网络标准已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导整个汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay是继CAN和LIN之后的最新研发成果。 车载网络的分类及其网络协议 从20世纪80年代以来不断有新的网络产生，为了方便研究和应用，美国汽车工业协会（SAE）的车辆委员会将汽车数据传输网络划分为A、B、C三类。 A类网络 A类网络是面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输速度通常小于10kb/s，主要用于后视镜调整、电动车窗、灯光照明等控制。 A类网络大都采用通用异步收发器（UART，Universal Asynchronous Receiver/Trsmitter）标准，使用起来既简单又经济。但随着技术水平的发展，将会逐步被其他标准所代替。 A类网络目前首选的标准是LIN总线，是一种基于UART数据格式、主从结构的单线12V总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。