汽车总线技术

ControllerAreaNetwork未来汽车电气系统：汽车总线系统一、为什么要采用总线技术？ControllerAreaNetwork现场总线的简介•现场总线：•一个开放的通信网络，是一种全封闭的控制系统，它通过线路把智能设备连接起来。使之成为集控制、测量、诊断等的综合网络•现场总线是一种线性拓扑网络。•拓扑的结构(TopologyStructure)：•是指网络节点的几何结构,即各个节点相互连接的方式,一般办星形拓扑、环形拓扑、混合型拓扑结构。•有下列几种总线：•控制器局域网CAN(ControllerAreaNetwork)•局域网互联LIN(LocalInterconnectNetwork)•多媒体信息总线MOST（MediaOrientedSystemTransport）ControllerAreaNetwork•丰田车系多路传输系统缩写为MPX(MultiplexCommunication)•本田多路集中控制系统（MultiplexIntegratedSystem）ControllerAreaNetwork•所谓线控技术就是用电子信息的传送取代过去由机械的、液压的或气动的系统连接的传动部分，如换挡连杆、节气门拉线、转向传动机构及制动油路系统等。图1线控系统的基本结构框图ControllerAreaNetwork二、汽车数据总线系统的发展线束总长:3860米线束数量:2110重量:64kg采用最新电子技术和工业现场总线技术控制单元功能扩展汽车局域网技术国际标准化ControllerAreaNetwork051015202530354045501996199719981999200020012002200320042005联网的控制器个数(CAN,SUB-CAN,LIN)PassatB5GolfA5GolfA4GolfA4,PoloA04GolfA4PassatB5GPTouaregPhaetonD1总线技术的发展ControllerAreaNetwork总线技术的发展QUELLE:I//EE051015202530354045909498000204E-KlasseE-KlasseC-KlasseC512S-Klasse8erW1088927er3er7erS-Klasse7erC6B6E-KlasseC-Klasse965er联网的控制器个数(CAN,SUB-CAN,LIN)ControllerAreaNetwork总线技术的发展1983年，丰田汽车公司在世纪牌汽车上最早采用了应用光缆的车门控制系统，实现了多个节点的连接通讯。1986年～1989年间，在车身系统上装用了利用铜线的网络。GM公司的车灯控制系统已经处于批量生产的阶段。1983年RobertBosch公司开始开发汽车总线系统,德国的WolfhardLawrenz教授给这种教授给这种新总线命名为ControllerAreaNetwork。1986年,在底特律汽车工程协会上，由Bosch公司研发的CAN总线系统通讯方案获得认可。1987年,Intel公司开发出了第一枚CAN的芯片,82526，Philips公司很快也推出82C200,1993年11月,国际标准化组织正公布了CAN协议的国际标准ISOll898以及ISO11519。奔驰公司1992年第一个采用CAN总线技术的公司，装在客车上。ControllerAreaNetwork•在美国，通过采用SAEJ1850普及了数据共享系统，在SAE中也通过了CAN的标准，明确地表示将转向CAN协议。欧洲又以与CAN协议不同的思路提出了控制系统的新协议TTP（TimeTriggeredProtocol），X-by-wire系统上开始应用。与这些网络采用不同思路开发的有信息系统。•当对汽车引入智能交通系统（ITS），•MOST及IEEE1394等。主要车载网络的名称、概要、通讯速度与组织推动单位。ControllerAreaNetwork三、采用总线技术优点WithoutCANCAN车门控制：45根线，9个插头采用总线技术总线控制：17根线，2个插头ControllerAreaNetwork采用总线技术优点减轻整车重量（经济）减少线束，部分线束变细，节省其它空间，单个线束所承载的功能增加、节约成本线束减少(比如21DM节省在中控琐和车门模块上)，传感器共享，可以实现控制器和执行器的就近原则提高质量可靠插头减少（比如：方向盘模块减少45个接点），100％直接进行故障诊断信息传输快速准确减少装配时间减少了装配步骤(比如方向盘模块减少5个步骤减少2个)，系统检测4个通道,新的可能性·集中的操作和显示装置，语音控制，操作指南简单化，远程故障诊断，整车系统功能的安全性，舒适系统(例如:钥匙遥感)，软件改写，扩展的故障诊断功能增大开发余地更多通过软件进行技术更改，各控制器可以把整车功能相对随意地分担ControllerAreaNetwork总线速率[bit/s]ByteflightopticalbusLINmaster-slavesinglewirebusnoquartzCAN-BeventtriggeredfaulttolerantdualwireCAN-CeventtriggereddualwireTTx(indefinition)timetriggeredfaulttol,dependable2x2wire25.6M20K2M1M125K单节点提高的成本D2B,MOSTtokenringopticalbus124.510ControllerAreaNetwork总线网络车载网络的名称概要通讯速度组织/推动单位CAN（ControllerAreaNetwork）车身／动力传动系统控制用LAN协议最有可能成为世界标准的车用LAN协议1MbpsRobertBosch公司（开发），ISOVAN（VehicleAreaNetwork）车身系统控制用LAN协议以法国为中心1MbpsISOJ1850车身系统控制用LAN协议以美国为中心10.4kbps41.6kbpsFordMotor公司LIN（LocalInterconnectNetwork）车身系统控制用LAN协议液压组件专用20kbpsLIN协议会IDB-C（ITSDataBusonCAN）以CAN为基础的控制用LAN协议250kbpsIDM论坛TTP/C（TimeTriggeredProtocolbyCAN）重视安全、按用途分类的控制用LAN协议时分多路复用（TDMA）2Mbps25MbpsTTT计算机技术公司TTCAN（TimeTriggeredCAN）重视安全、按用途分类的控制用LAN协议时间同步的CAN1MbpsRobertBosch公司，CiAByteflight重视安全、按用途分类的控制用LAN协议通用时分多路复用（FTDMA）10MbpsBMW公司FlexRay重视安全、按用途分类的控制用LAN协议5MbpsBMW公司DaimlerChrysler公司D2B/Optical（DomesticDigitalBus/Optical）音频系统通讯协议将D2B作为音频系统总线采用光通讯5.6MbpsC＆C公司MOST（MediaOrientedSystemTransport）信息系统通讯协议从以欧洲为中心→由克莱斯勒与BMW公司推动22.5MbpsMOST合作组织IEEEE1394信息系统通讯协议有转化成IDB1394的动向100Mbps1394工业协会ControllerAreaNetwork•数据总线的速度通常用波特率来表示，波特率是每秒千字节数（Kbit／s）•波特(Baud)：是指每秒钟信号的变化次数或者传输的字位数，得名于一位法国工程师的名字（JeanBaudot，简称Bd），CAN总线的速度最大达到1MBps。ControllerAreaNetwork四、CAN-BUS数据总线系统的结构•1．CAN-BUS数据总线各组成部件及功能•CAN-BUS数据总线包括：控制单元（CPU）、收发器（Tranceiver）、发送器（Transmitter）、接收器（Receiver）、数据传输终端、输入/输出存储器和程序存储器ControllerAreaNetwork数据总线系统CAN总线中央程序器（CPU）控制单元主要计算器数据总线终端电阻收发器（Tranceiver）发送器（Transmitter）接收器（Receiver）控制器（Controller）CAN通讯的控制单元过滤接收指令形成要发送的指令控制单元ControllerAreaNetworkControllerAreaNetwork（1）控制单元控制单元→接收到的传感器值（如发动机温度或转速)→查询并按顺序存入存储器→旋转式输入选择开关的选择器。存储器内的传感器数据会被CPU运算处理，然后存入到输出存储器执行控制功能。CAN网络也成为了控制单元的信息输出对象。微控制器按事先规定好的程序来处理输入值，处理后的结果存入相应的输出存储器内，然后到达各个执行元件。为了能够处理数据传输总线信息，各控制单元内还有一个数据传输总线存储区，用于容纳接收到的和要发送的信息。ControllerAreaNetwork（2）数据传输总线构件数据传输总线构件用于数据交换，两个区：接收区，发送区数据传输总线构件通过接收邮箱（接受信息存储器)或发送邮箱(发送信息存储器)与控制单元相连，该构件一般集成在控制单元的微控制器芯片内。ControllerAreaNetwork（3）收发器CAN发送器CAN接收器组成：其作用是将CAN控制器提供的数据转换成CAN-BUS网络信号发送出去，同时，它也接收总线数据，并将数据传送到CAN控制器。发送器把数据传输总线构件连续的比特流（逻辑电平)转换成电压值(线路传输电平)，这个电压值适合铜导线上的数据传输。接收器则把电压信号转换成连接的比特流，这种比特流适合CPU处理。收发器通过TX线（发送导线）RX线（接收导线）与数据传输总线构件相连，RX线通过—个放大器直接与数据传输总线相连，始终监控总线信号。ControllerAreaNetwork•断路式集流器ControllerAreaNetwork状态1：截止状态，晶体管截止（开关未打开）无源：总线电平=1，电阻高状态0：接通状态，晶体管导通（开关已结合）有源：总线电平=0，电阻低ControllerAreaNetworkControllerAreaNetworkControllerAreaNetwork总线系统中信号采用二进制传输，因此，如果总线处于状态1(无源)，那么此状态可以由某一个控制单元使用状态0（有源）来改写。我们将无源的总线电平称为隐性的，有源的总线电平称为显性的。ControllerAreaNetworkControllerAreaNetworkControllerAreaNetwork四、数据传输形式和数据传输原理•数据传输形式•形式1：•共需要5条数据线进行数据传递也就是说，每项信息都需要一个独立的数据线ControllerAreaNetwork2.各控制单元之间的所有信息都通过两根数据线进行交换——CAN数据总线ControllerAreaNetwork3.数据传输原理CAN数据总线中的数据传递就像一个电话会议一个电话用户（控制单元）将数据“讲入”网络中，其他用户通过网络“接听”这个数据对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其他用户则选择忽略ControllerAreaNetworkControllerAreaNetwork4．CAN-BUS数据总线传递数据的格式ControllerAreaNetwork•开始域（起始帧）：标志数据开始。带有大约5V电压（由系统决定）的1位，被送入高位CAN线；带有大约0V电压的1位被送入低位CAN线。状态域：判定数据中的优先权。如果两个控制单元都要同时发送各自的数据，那么，具有较高优先权的控制单元，优先发送ControllerAreaNetwo