汽车单片机与车载网络-3车载网络基础知识

朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔主讲：朱明高级技师、经济师、工程师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员第3章车载网络基础知识朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第3章车载网络基础知识第一节现场总线第二节车载网络结构与组成第三节常用基本术语第四节汽车网络参考模型第五节车载网络分类和通信协议标准第六节汽车对通信网络的要求第七节车载网络基本原理朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔控制局域网络系统简介朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔认识CAN-BUS如果有这么一个问题？车速车速信号是给哪一个控制单元？仪表控制单元ABS控制单元发动机控制单元朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔认识CAN-BUS这样分配有何缺点？车速方法一：车速信号同时分配给各个控制单元！仪表控制单元ABS控制单元发动机控制单元朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔认识CAN-BUS相对于上一种，这种方法有何特点？车速方法二：总控制ECU的解决方法！仪表控制单元ABS控制单元发动机控制单元朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔认识CAN-BUS相对于上一种，这种方法有何优点？车速方法三：CAN-BUS的解决方法！仪表控制单元ABS控制单元发动机控制单元朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔什么叫做CAN-BUS：随着汽车技术的发展，在汽车上采用的计算机微处理芯片数量越来越多，多个处理器之间相互连接、协调工作并共享信息构成了汽车车载电脑网络系统，CAN-BUS也就是这样诞生的。CAN(ControllerAreaNetwork)(控制局域网)是唯一被批准为国际标准的现场总线。控制局域网总线朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔为什么需要CAN-BUS模块常规线路多路传输控制局域网总线朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔学习CAN-BUS需要掌握的一些知识小车道大车道小车道大车道架构网关通信协议模块数据总线朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第一节现场总线一、功用二、特点三、现场总线的几种常见类型朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔一、功用总线即传输信息的公共通道，现场总线(FieldBus)是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。现场总线技术是一种全数字化、全分散式、可互操作和开放式互联网络的新一代控制技术，是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔二、特点1.总线式结构2.彻底的分散控制3.开放性、互操作性和互换性4.多种传输介质和拓扑结构5.可靠性高6.综合功能朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔二、特点1.总线式结构图2-1现场总线结构朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔二、特点2.彻底的分散控制图2-2现场总线的分散控制朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔3.开放性、互操作性和互换性现场总线采用统一的协议标准，是开放式的互联网络。不同厂家的产品可以方便地接入同一网络，在同一控制系统中进行互操作；不同厂家性能类似的设备可实现相互代替，简化了系统集成。4.多种传输介质和拓扑结构由于采用数字通信方式，因此可用多种介质进行通信。根据控制系统中节点的空间分布情况，可应用多种网络拓扑结构。5.可靠性高数字信号传输抗干扰能力强，精度高，成本低。6.综合功能现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控制和运算功能，实现了一表多用，不仅方便了用户，而且降低了成本。二、特点朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔三、现场总线的几种常见类型1.基金会现场总线(FF)2.过程现场总线(Profibus)3.局部操作网络(LonWorks)4.控制器局域网(CAN)5.设备网(DeviceNet)6.控制网(ControlNet)朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔三、现场总线的几种常见类型表2-2常见现场总线性能比较类型特性FFProfibusLonWorksCANDeviceNetControlNet开发公司FisherRosemountSiemensEchelonBoschRockwellAutomationRockwellAutomationOSI网络层次1，2，7，（8）1，2，71～71，2，71，2，71，2，7通信介质双绞线、同轴电缆和光纤双绞线和光纤双绞线、同轴电缆、光纤、无线和电源线双绞线双绞线、同轴电缆和光纤双绞线、同轴电缆和光纤介质访问方式令牌令牌可预测P⁃坚持CSMA（PredicitveP⁃PersistentCSMA）带非破坏性逐位仲裁的载波侦听多路访问（CSMA/NBA）带非破坏性逐位仲裁的载波侦听多路访问（CSMA/NBA）隐性令牌朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔三、现场总线的几种常见类型表2-2常见现场总线性能比较最大通信速率/（Kbit/s）31．25（H1）100000（H2）12000150010005005000最大节点数321271106499优先级有有有有有有本质安全性是是是是是是开发工具有有有有有无朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔1.基金会现场总线(FF)FF的体系结构参照ISO／OSI参考模型的第1、2、7层协议，即物理层、数据链路层和应用层。另外增加了用户层。基金会现场总线分低速H1总线和高速H2总线两种。2.过程现场总线(Profibus)Profibus有3种类型，即分散化的外围设备Profibus-DP、现场总线报文规范Profibus-FMS、过程自动化Profibus-PA。3.局部操作网络(LonWorks)采用ISO／OSI参考模型的全部7层协议和面向对象的设计方法，通过网络变量将网络通信设计简化为参数设置，其最大传输速率为1.5Mbit／s，传输距离为2700m，传输介质为双绞线、光纤、同轴电缆、射频、红外线和电源线等，可支持总线供电和本质安全。三、现场总线的几种常见类型朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔4.控制器局域网(CAN)CAN用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN结构模型取ISO／OSI参考模型的第1、2、7层协议，即物理层、数据链路层和应用层。5.设备网(DeviceNet)DeviceNet是一种开放式的通信网络，将工业设备如光电开关、操作员终端、电动机起动器、变频器和条形码读入器等连接到网络。三、现场总线的几种常见类型朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔6.控制网(ControlNet)ControlNet是一种高速、高确定性和可重复性的网络，特别适用于对时间有苛刻要求的复杂场合的信息传输。其总线上传输的信息一类是对时间有苛刻要求的控制信息和I／Ｏ数据，拥有最高的优先权，以保证不受其他信息的干扰，并具有确定性和可重复性；另一类是无时间苛求的信息，如上/下载程序，设备组态，诊断信息等。三、现场总线的几种常见类型朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第二节车载网络结构与组成在汽车内部采用基于总线的网络结构，可以达到信息共享、减少布线、降低成本以及提高总体可靠性的目的。通常的汽车网络结构，采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网关服务器来实现整车的信息共享和网络管理，如图5-11和图5-12所示。动力与传动系统的受控对象直接关系到汽车的行驶状态，对通信实时性有较高的要求，因此使用高速的总线来连接动力与传动系统。传感器组的各种状态信息以广播的形式在高速总线上发布，各节点可以在同一时刻根据自己的需要获取信息。这种方式最大限度地提高了通信的实时性。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔车身系统的控制单元多为低速马达和开关量器件，对实时性要求低而数量众多，因而使用低速的总线连接这些电控单元。将这部分电控单元与汽车的驱动系统分开，有利于保证驱动系统通信的实时性。此外，采用低速总线还可增加传输距离、提高抗干扰能力以及降低硬件成本。故障诊断系统是将车用诊断系统在通信网络上加以实现。信息与车载媒体系统对于通信速率的要求较高，一般在2 Mb/s以上，采用新型的多媒体总线连接车载媒体。这些新型的多媒体总线往往是基于光纤通信的，从而可以充分保证带宽和电磁兼容特性。第二节车载网络结构与组成朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第二节车载网络结构与组成图2-3车载网络系统朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔1—ABS模块；2—动力系统控制模块(PCM)；3—电子自动温度控制(EATC)；4—集成控制板(ICP)；5—虚像组合仪表；6—照明控制模块(LCM)；7—驾驶员座椅模块(DSM)；8—驾驶员车门模块(DDM)；9—移动电话模块；10—汽车动态模块图5-11典型的车载网络结构朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔图5-12车载网络结构第二节车载网络结构与组成朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第二节车载网络结构与组成图2-4车载网络系统布置朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第二节车载网络结构与组成图2-5车载网络数据传输朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第二节车载网络结构与组成图2-7动力系统接口电控单元(网关)朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第二节车载网络结构与组成图2-8车载网络系统的主要附属装置朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第三节常用基本术语1.数据总线2.网络3.网络拓扑结构4.网络互联5.数据传输6.链路(数据传输介质)7.报文及帧8.通信协议9.传输仲裁10.架构11.模块／节点朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔第三节常用基本术语12.集线器13.分总线14.主总线15.终端电路朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔数据总线数据总线是指模块间运行数据的通道即所谓的信息高速公路，如图5-7所示。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。汽车上的信息高速公路实际上是一条或两条导线。图5-7数据总线一.数据总线朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔数据总线是电控单元之间传递数据的通道。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信息能被多个系统(电控单元)共享的目的，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。为了对抗电子干扰，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，就称为专用数据总线；如果是按照某种国际标准设计的，就是非专用的。但基本上都是专用的数据总线。一.数据总线朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔2.网络为了实现信息共享而将多条数据总线连在一起，或将数据总线和模块连接为一个系统称为网络。计算机网络是在协议控制下，由一台或多台计算机、若干台终端设备、数据传输设备，以及便于终端和计算机之间或若干台计算机之间数据流动的通信控制处理机等所组成的系统集合。朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔图2-9多路传输网络(LS430汽车)2.网络朱明工作室[e-mail]授人以鱼不如授人以渔2.网络局域网局域网是在一个有限区域内连接的计算机网络。一般这个有限区域具有特定的职能，通过该网络实现系统内的资源共享和信息通信。连接到网络上的节