车载网络系统概述共61页

第1章 车载网络系统概述
本章重点： （1）了解车载网络技术的分类，并且知道 每一类的1到2种代表性协议； （2）调查某一车系（一汽Audi）的车载网 络技术并进行总结； （3）车载网络技术的优点； （4）目前车载网络技术应用趋势
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第1章考考你
1-1.请举出用于汽车的A、B、C类网络各2个？ 1-2.请简单说明Audi应用车载网络技术情况？ 1-3.目前车载网络技术应用趋势？(查找近期分析 文章) 1-4.车载网络技术的优点？ 1-5.请查资料说明宝马E65汽车网关通讯中各种颜 色的线分别代表什么车载总线？ 1-6：请说明宝马E60所包括的总线类型？


SPI、UART三种串行总线协议的区别 第一个区别当然是名字： SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口); UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器) 第二，区别在电气信号线上： SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总 线可以实现 多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其 他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以 增加一条从设备选择线。 如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现 的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若 只实现从设备，则只需输入口即可。 UART总线是异步串口，因此一般比同步串口SPI的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的 波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发 送，一根用于接收。 显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。 第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工； SPI接口和上面UART相比，多了一条同步时钟线，上面UART的缺点也就是它的优点了，对通信双 方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合，而且通信速度非常快。

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8. 3 常用车载网络系统简介
8.3.1 CAN
CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为 CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。1986 年德 国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此 后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现 在在欧洲已是汽车网络的标准协议。
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CAN协议提供的总线仲裁机制保证了所有消息都能 无破坏地传输，但是会导致一些消息传输的延时。在一 些实时性要求较高的应用中， 迫切需要提供一种服务以 保障安全相关的消息传输不受总线上其他待传输消息的 影响。TTCAN (time-triggeredCAN ) 协议正是应这种需 求而提出并发展起来的。
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8.2 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车载网络标准产生，
目前存在多种标准，侧重的功能有所不同，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。 （1）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 据传输速率通常小于10Kb/s，主要用于后视镜调整、电 动车窗、灯光照明等控制。
ISO14230(Keyword protocol 2000)通信协议满足 OBDⅡ、OBDⅢ的要求；欧洲以往诊断系统使用的 ISO9141通信协议满足OBDⅡ的要求；美国GM、 Ford、DC公司广泛使用的J1850通信协议满足 OBDⅡ的要求，采用CAN的J2480诊断系统通信标准 满足OBDⅢ的要求；2000年开始欧洲汽车厂商使用 的基于CAN总线的诊断系统通信标准ISO315765满足 E-OBD的要求。
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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，可以有效管理多重安全和舒适功能：譬如， FlexRay适用于线控操作(X-by-Wire)。

电路图
仪表线束与室内 地板线束接口A 1和A14
气囊模块
CAN
空调面板
仪表线束与 电喷接口G 1 和G14
ECU
仪表线束与电喷线 束接口G2和G12
W LINE R_LINE
CAN
防盗模块
诊断口
辅助仪表
前BCM
组合仪表
仪表线束与室内地板线 束接口C 6和C19
后BCM
LIN_1 K_LINE LIN_1
3．燃油泵供给控制
波罗汽油发动机燃油泵供给控制装置中用两个并联的继电器来 代替单个集成防撞燃油关闭装置的燃油泵继电器。燃油泵继电 器J17和燃油供给继电器J643位于车载网络系统控制单元 J519上的继电器托架上。
打开驾驶员侧车门后，车门触点开关F2将信号发送到车载网 络系统控制单元，接着车载网络系统控制单元控制燃油供给继 电器J643，并使燃油泵G6运行大约2s。
车内灯控制的另一个作用是，在点火开关关闭约30min后，车 载网络控制单元自动关闭由手动打开的灯（车内灯、前后阅读 灯、后备厢照明灯、杂物箱照明灯和化妆镜），该功能同样有 利于保持蓄电池电量。
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3.2.1 车载网络控制单元
车内灯电路
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3.2.1 车载网络控制单元
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3.1.10 CAN网络典型故障判断
3．CAN-L线与蓄电池正极短路故障
CAN-L线与蓄电池正极短路故障
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3.1.10 CAN网络典型故障判断
4．CAN-L线搭铁短路故障
CAN-L线搭铁短路故障
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4）诊断系统总线协议标准是为了满足OBDⅡ（ON Board Diagnose）、OBD Ⅲ或E-OBD（European-On Board Diagnose）标准。
5）多媒体系统总线协议标准分为三种类型，分别是低速、高 速和无线，对应SAE的分类相应为：IDB-C（Intelligent Data BUS-CAN）、IDB-M（Multimedia）和IDB-Wireless。
数据总线原则上用一条导线就足以满足功能要求了，但通常 总线系统上还是配备了第二条导线，信号在第二条导线上按相 反顺序传送的，可有效抑制外部干扰。
10.2 控制器局域网
10.2.1 CAN的基本知识
1.CAN工作原理
当CAN 总线上的一个节点发送数据时，它以报 文形式广播给网络中所有节点，对每个节点来说， 无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收， 每组报文开头的11位字符为标识符 （CAN2.0A），定义了报文的优先级，这种报文 格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标 识符是唯一的，不可能有两个节点发送具有相同 标识符的报文。当一个节点要向其它节点发送数 据时，该节点的CPU 将要发送的数据和自己的标 识符传送给本节点的CAN芯片，并处于准备状态， 当它收到总线分配时，转为发送报文状态。
（10）车载网络传 输的基本原理 车载 网络系统由多个控制 单元组成，控制单元 通过收发器（发射/ 接收放大器）并联在 总线导线上，所有控 制单元的地位均相同， 也称之为多主机结构， 如图10-4所示，数 据交换是按顺序连续 完成的。
图10-4 车载CAN网络系统的总线连接图
数据总线是车内电子装置中的一个独立系统，用于在连接的 控制单元之间进行数据交换，如果数据传输总线系统出现故障， 故障就会存入相应的控制单元故障存储器内，可以用诊断仪读 出这些故障。控制单元拥有自诊断功能，通过自诊断功能，还 可识别出与数据传输总线相关的故障。诊断仪读出数据传输总 线故障记录后，可按这些数据准确地查寻故障，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。

电机晶体管电压调节器和晶体管点火装置等开始装备汽车， 而- 且电子控制装置又逐步实现了10由分立元件向集成化的过渡。
车载网络技术概述
这一阶段，装备汽车的其
他电子装置还有转向系统电子
式闪光器、电子控制式喇叭、
电子式间歇刮水控制器、数字
时钟及高能点火（HEI）线圈
和- 集成电路点火系统等。
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车载网络技术概述
1.1.1 汽车网络技术的发展历程
汽车电子技术在经历了零部件层次的汽车电器时代、子 系统层次的单片机（汽车电脑）控制时代之后，已经开始进 入汽车网络化时代，并向汽车信息化时代迈进。
按照电子产品和电子控制系统的技术特点，可将汽车电 子技术的发展粗略划分为四个阶段。
1.第一阶段——零部件层次的汽车电器时代 1965~1980年属于零部件层次的汽车电器时代。汽车发
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图1-12 Telematics的主要功能
车载网络技术概述
通过GPS全球卫星定位系统（图1-13） ，结合行车路 线，作电子地图与语音导航相结合的路况报导、路线指引 （图1-14） ，并能提前预报前方路口的车速限制及交通违法 摄像头的安装情况，以确保安全行车。
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图1-13 GPS全球卫2星1 定位系统
车载网络技术概述
车载网络技术概述
学习内容
1
汽车网络技术的发展
2
汽车网络技术的应用
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汽车网络标准与协议
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2
车载网络技术概述
-
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车载网络技术概述
一、数据传输方式
根据发送装置向接收装置传输信息时各字节的传输方式 不同，数据传输方式分为并行传输和串行传输两种形式。 1.并行传输
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图2-13 并4行传输

• 1. 2. 1 A级总线协议标准
表1-2各类典型汽车总线标准、协议特性和参数
类别
A类
名称
UN
所属机构 用途 介质
媒体访问
Motorola 智能传感器
单根线
4/从
错米检测 数据长度
8位CS 8字节
位速率（bps）
20K
总线最大枚度：
40m
最大节点数
16 •
成本
低
B类 ISO11519-2
ISO/SAE 控制、诊断
信息系统通信协议’以欧洲为中心 信息系统通_________
通信速度
1Mbps
1Mbps 41.6Kbps
20Kbps
25Mbps
[Mbps 10Mbps 5Mbps 5.6Mbps
22.5Mbps 100Mbps
第1章车载网络系统简介
・1.1.2技术术语 • 1.多路传输
•多路传输一在同一通道或线路上同时传输多条信息。
CRC 0〜8字节
250K 40m 32
多媒体 DDB (MOST) PHILIPS 数据流控制 光纤 TOKEN RING CRC
12M 〜25M 无限制
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高
X-by-Wire 安全
Flexray Safety bus
BMW&DC 线控制 双线
• 3.数据总线(BUS, Bus)
・模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。如果模块可 以发送 和接收数据，则这样的数据总线就称为双向数据总线。 汽车上的信息 蒿速公路实际是一条或两条导线。
・为了抗电子干扰，双线制数据总线的两条线是绞在一起的。各 汽车制 造商一直在设计各自的数据总线，如果不兼容，就称为 专用薮据总线。

汽车诊断系统
MOST总线支持与汽车诊断系统的连接，可 以方便地对汽车进行故障诊断和远程监控。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
车载网络系统可以实时监控车辆状态，如油量、胎压、车速等，同时 还可以远程控制车辆，如开启空调、车门等。
安全保障
车载网络系统可以实时监测车辆周围环境，如行人、车辆、路况等， 并及时发出预警或采取相应措施，保障驾驶者和乘客的安全。
车载网络系统的分类
CAN总线
CAN总线是汽车内部最常用的通信协 议之一，具有高可靠性和实时性，主 要用于汽车内部传感器和执行器的通 信。
传输和控制。
MOST总线由德国宝马、奔驰和奥迪等汽车制造商共 同开发，并已成为国际标准。
MOST总线的特点
高带宽
MOST总线的数据传输速率高达 20Mbps，远高于其他车载网络系统。
实时性
MOST总线支持实时传输，确保了音 频和视频数据的实时传输和处理。
可靠性
MOST总线采用环形拓扑结构，具有 自动冗余功能，提高了系统的可靠性 和稳定性。
汽车中的低速网络连接，例如车辆诊断和网络管 理等功能。
04 FlexRay总线系统
FlexRay总线的概述
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FlexRay总线的定义
FlexRay是一种用于汽车内部通信的高速串行总 线系统，被广泛应用于汽车领域。
FlexRay总线的起源
FlexRay总线由BMW和戴姆勒-克莱斯勒共同开 发，旨在满足汽车行业对高性能、高可靠性和高 安全性的通信需求。
数据。
数据传输采用异步串行通讯方 式，每个数据帧包含起始位、 数据位、奇偶校验位和停止位 。
LIN总线支持多种传输速率，例 如20kbps、40kbps和 9600bps等。

文章) 1-4.车载网络技术的优点？ 1-5.请查资料说明宝马E65汽车网关通讯中各种颜
色的线分别代表什么车载总线？
1-6：请说明宝马E60所包括的总线类型？
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本章结构
1.1 为什么会出现车载总线系统
1.2 汽车网络的分类及发展趋向
1.3 车载总线技术的优势点 与市场前景
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图1 所示奥迪A4 轿车车用网络系统包含了
上述五类网络中的A类网络LIN、B 类网络
低速 CAN、C类网络高速 CAN、D类网络
MOST及蓝牙 bluetooth 等技术.下面分别介
绍.
思考1-1.请举出用于汽车的A、
B、C类网络各2个？
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对于D和E类网络标准,综合考虑功能和位传 输速率等因数，现有的汽车总线可分为多 媒体信息系统总线、安全总线和诊断系统 总线。
UART总线是异步串口，因此一般比同步串口SPI的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的 波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发 送，一根用于接收。 显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。
第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工； SPI接口和上面UART相比，多了一条同步时钟线，上面UART的缺点也就是它的优点了，对通信双
种容错策略， 提供容错的时间同步以及广泛的错
误检测机制，同时还提供节点的恢复和再整合功
能。其采用光纤传输的工程化样品速度将达到 25Mbps。TTP /C 支持时间和事件触发的数据传 输。TTP管理组织TTAGroup成员包括奥迪、SA、 Renault、NEC、TTChip、Delphi等。

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3.2.1 车载网络控制单元

6．后座椅靠背监控

后排座椅的中间位置带有3点式安全带的车辆具有后座椅靠背 监控功能。如果后排座椅中间位置的靠背部分安装不正确，在 打开点火开关后仪表板中的一个指示灯会亮起约20s。
后座椅靠背监控电路控制 CAN-K-CAN舒适模式数据总线 F316-后座椅靠背接触开关（右） J285-操作面板中带显示单元的控制单元 J519-车载网络系统控制单元 K193-靠背联锁装置指示灯（后座）
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传送安全性和故障处理
示波仪判断
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传送安全性和故障处理
典型故障－4：Can-Low 与地短接
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传送安全性和故障处理
示波仪判断
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传送安全性和故障处理
典型故障－5：Can-Low与Can-high短接
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传送安全性和故障处理
ABS
红色； O 橙色； W 白色； B 黑 色； Y 黄 色； V 紫色； G 绿色； L 蓝色； Br 棕色； Gr 灰色； P 粉红色； Lg 浅绿色；
NO.11
电路图
仪表线束与室内 地板线束接口A 1和A14
气囊模块
空调面板
仪表线束与 电喷接口G 1 和G14
ECU
仪表线束与电喷线 束接口G2和G12
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3.1.8 电源管理
驱动系统CAN总线通过15号端子（点火开关）接通或
关闭，在发动机运转时才需要电流。舒适系统CAN总 线由30号线供电，即一直处于准备被驱动状态。
为了避免电瓶过快放电，有必要进行电源管理。当

5、国际标准化组织（ISO）为网络通信定义了一个参考模型，称为 开放式系统互连参考模型（OSI），简称OSI模型。OSI的体系结构定 义了一个7层模型，从下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、 传输层、会话层、表示层和应用层。
汽车局域网要传输的信息大多是传感器、执行器和开关信息，数据 较短，同时由于网络多采用总线型，所以车载网络的体系结构相对 简单一些，主要有应用层、数据链层和物理层。
图3-9是汽车车载网络系统组成的拓扑图，它由动力CAN总线、 舒适CAN总线和信息MOST总线联网组成，网关是它们的连接点。在舒 适CAN总线下还有一个辅助的LIN总线。
三、车载网络的分类
目前，绝大多数车用总线被美国汽车工程师协 会（SAE）下属的汽车网络委员会按照协议特性分 为A、B、C三类。也有其他的分类方法。
6、网络上常用的网络传输介质可分为两类：一类是有线的；一类是 无线的。有线传输介质主要有同轴电缆、双胶线和光纤；无线传输 介质主要有无线电波和红外线。
7、车载网络系统具有减轻整车重量、节约成本、质量可靠和增大开 发余地等优点。
8、车载网络采取基于串行数据通信的体系结构，车载网络主要由电 控单元、数据总线、网络、网络协议、网关等组成。
2. B类总线和协议
B类是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在10～125 Kbit/s，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。
B类常用的总线是CAN总线。CAN总线是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。通 信速率可达1 Mbit/s。
9、车载总线按特性分为A（低速）、B（中速）、C（高速）三类。A 类常用的总线是LIN总线；B类常用的总线是CAN总线；C类总线有高 速CAN总线、安全总线、X-by-Wire总线、诊断系统总线标准和多媒 体系统总线。