车载网络系统讲义

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1、汽车电子控制技术第10章车载网络系统10.1车载网络系统的总线结构10.1.1汽车电气系统网络化技术的发展历程与其他控制现场相比，汽车内温度变化范围大(-45℃到100℃)，电磁干扰和其他电子噪声强，环境恶劣，使得网络在车内的运行可靠性显得尤为重要。这不但体现在网络结构自身的容错能力和抗干扰能力上，而且也体现在信号的编码方式和传输方式上。为此，汽车用网络无一例外地都采用了同步串行传输方式，数据信号多采用PWM和NRZ编码，通常位速率高于100kb/s采用NRZ编码方式，位速率低于100kb/s采用PWM编码方式。众多国际知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用

2、。早期的汽车网络只不过是两个处理器之间的UART连接。这种串行连接使两个控制器之间能容易地共享信息，但这样的网络却无法简单地增加节点。北美汽车制造商和汽车工程师协会(SAE)开发了J1850，这是一个汽车网络的专用协议。J1850很快就成了车内联网的标准，并取代了UART串行通信。通用汽车公司和克莱斯勒汽车公司使用10.4kb/s可变脉宽协议的相似版本，在单根线的总线上通信。福特汽车公司采用速率更高的41.6kb/sPWM型，在2条线的差分总线上通信。欧洲的汽车制造商支持控制器局域网络(ControllerAreaNetwork，CAN)。CAN最早是德国博世公司开发的，是一种最高数据速

3、率可达到1Mb/s的实时控制总线。与J1850一样，CAN也是采用载波传感、多路存取/碰撞分辨的仲裁协议。当多个节点同时发送数据时，优先级低的节点重新再发，优先级最高的信息则继续传送至其目的地。其他的标准还有德国大众的ABUS、ISO的VAN、马自达的PALMNET等。汽车工程师协会(SAE)定义了三类车辆数据连接网络：A类允许节点间的同一总线进行多路信号的发送或接收，适用于低数据率汽车车身布线。B类这是数据在节点间传输的多主总线系统，可取消多余的系统组件。当需要将许多功能集成在一个模块时，最适于利用B类连接方式。C类与B类的定义相同，但面向高数据率信号传输时，典型用途是发动机控制、AB

4、S控制等实时控制系统。目前，J1850实际上已作为美国的国家标准，为福特和通用两大汽车公司所采用，而CAN在欧洲得到了广泛的认可和支持。汽车总线技术在国外已成功地运用到一些名牌高档汽车上，如奔驰、宝马、保时捷、劳斯-莱斯、美洲豹等。一些公司也对汽车总线传输制定了进一步的标准，如美国的SAEJ1708、J1787、J1792及最新的J1939，各大公司还在不断地推出新的总线形式及相关标准。10.1.2CAN总线在早期，CAN总线要求与之相连的每个端口都要有独立的通信处理能力，这在汽车电气系统一直很难办到。进入20世纪90年代，由于集成电路技术和电子器件制造技术的迅速发展，用廉价的单片机实现

5、总线的接口电路，使得采用总线技术布线的价格逐渐降低，CAN也逐渐进入了实用化阶段。当前各种针对汽车总线的专用接口芯片不断出现，如飞利浦半导体公司根据CAN规范已开发出P8XC590系列微控制系统，SGM托马森公司也开发出一种以ST9单片机为基础的传输率为41.6kb/s的总线系统等。CAN总线采用双线串行通信方式，具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN接口挂到总线上，其典型的接口如图10.1所示。不同的电子系统各自形成总线段，各总线段之间通过网关进行连接，最终形成汽车的网络，其典型的接口如图10.2所示。10.1.3汽车动力与传动系统的总线结构汽车的动力和传动系统主要包括EFI控制

6、器、ABS/ASR控制器、SAB控制器、ATM控制器、组合仪表板等，所控制的对象是与汽车行驶直接相关的系统，要求与汽车的转速同步，将这些控制器连接到CAN总线上，采用C类高速的CAN总线，传输的速率达到500kb/s，易于连续和高速地传输数据，实现高速的实时控制。其结构如图10.3所示。10.1.4汽车车身系统的总线结构早期的汽车车身电子控制系统采用低速的B类总线，主要用于包括蓄电池、仪表盘的控制，通常用基于J1850标准的总线连接。CAN总线也可用于车身系统的连接，但采用的是一种容错式总线，即总线内置容错功能，当两条总线中有一条出现短接至搭铁或开路时，网络可以切换至一线方式继续工作。规

7、范要求从两线切换至一线期间不能丢失数据位，为此其物理层芯片比动力与传动系统更复杂，运行在较低的速率下，通常采用的传输速率为125kb/s。此类总线目前已逐渐为LIN总线所取代，只是作为各LIN次级总线的连接总线使用。为了降低汽车总线接口的成本，汽车制造商又开发出了局部互联网络(LocalInterconnectNetwork)，即LIN。LIN的传输速率较CAN总线慢，是一种成本较低的串行通信总线，设计用于汽车车身的分布式电子单元之