1车载网络技术概述

车载网络技术概述沈鸿星ShenHongxing襄阳职业技术学院XiangyangVocationalandTechnicalCollege2015.92车载网络技术概述汽车网络技术的发展1汽车网络标准与协议3汽车网络技术的应用2学习内容3车载网络技术概述4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.并行传输图2-13并行传输1—发送装置；2—数据；3—接收装置；MSB—最高值数位；LSB—最低值数位5车载网络技术概述2.串行传输图2-14串行传输1-发送装置；2-数据；3-接收装置数据的传输速率（速度）比特率比特率：每秒传输的数据位数（bit），单位为bit/s（bps）。波特率：每秒信号变化的次数（B/s）。在无调制的情况下，波特率精确等于比特率。采用调相技术时，波特率不等于比特率。网速：4Mbps1Gbps=1000Mbps=1000*1000bps6车载网络技术概述目前汽车上:控制单元内部线路中使用并行数据传输方式，控制单元外部传输信息则大都以串行传输方式进行。串行数据传输既可以采用同步传输方式，也可以采用异步传输方式。7车载网络技术概述3.同步数据传输使用一个共同的时钟脉冲发生器可保持发送装置和接收装置时间管理的同步性。这种方式就是同步传输方式。图2-15同步传输方式1—同步脉冲；2—数据；3—停止；4—起始；5—接收装置串行数据传输：同步传输方式，异步传输方式。8车载网络技术概述4.异步数据传输发送和接收装置之间最常用的时间管理方式是异步传输方式。进行异步数据传输时，发送和接收装置之间没有共同的系统节拍。图2-16异步数据传输时数据帧的结构1—接收装置；2—起始位；3—最低值数位；4—5-8位数据；5—最高值数位；6—检查位；7~8—停止位；9—发送装置9车载网络技术概述5.数据总线上的信息流方向①单工通信。②双工通信。图2-18双工通信图2-17单工通信10车载网络技术概述1.1汽车网络技术的发展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由分立元件向集成化的过渡。11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。12车载网络技术概述2.第二阶段——子系统层次的汽车电脑控制时代1980~1995年属于子系统层次的汽车单片机（汽车电脑）控制时代，以单片机为控制核心，以实现特定控制内容或功能为基本目的的各种电子控制系统得到了迅速发展。图1-4电子点火系统组成示意图13车载网络技术概述进入20世纪90年代，出现全面、综合的电子控制系统。14车载网络技术概述3.第三阶段——整车联网层次的汽车网络化时代1995~2010年属于整车联网层次的汽车网络化时代。采用先进的单片机技术和车载网络技术，形成了车上的分布式、网络化的电子控制系统。整车电气系统被连成一个多ECU、多节点的有机的整体，使得其性能也更加完善。目前，世界主要汽车制造商生产的的多数汽车上均采用了以CAN、LIN、MOST、DDB等为代表的网络控制技术，将车辆控制系统简化为节点模块化。在基于现场总线的分布式控制中，任何传统意义上的传感器和执行器都可以与同一现场的节点相组合，构成节点模块，汽车网络技术进一步优化了汽车的控制系统，极大地提升了汽车的整体控制水平。15车载网络技术概述图1-6BMWE60的汽车网络系统图1-7AUDIA4的汽车网络系统16车载网络技术概述4.第四阶段——以Telematics技术为代表的汽车信息化时代以国际Telematics产业联盟（ITIF）正式成立为标志，2010年成为汽车信息化时代的发轫之年。17车载网络技术概述图1-10汽车将进入信息化时代（由动力传动、车身控制、行驶安全性、多媒体传输到Telematics）18车载网络技术概述1.Telematics简介Telematics是远程通信技术（Telecommunications）与信息科学技术（Informatics）的合成词，意指通过内置在汽车、航空器、船舶、火车等运输工具上的计算机网络技术，借助无线通信技术、GPS卫星导航技术，实现文字、图像、语音信息交换的综合信息服务系统。也就是说，Telematics技术整合了汽车网络技术（也包括其他移动运输工具内部的网络技术）、无线通信技术、GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系统）卫星导航技术，通过无线网络，随时给行车中的人们提供驾驶、生活、娱乐所必需的各种信息。19车载网络技术概述图1-11Telematics信息交换过程示意图20车载网络技术概述Telematics特点在于大部分的应用系统位于网络上（如通讯网络、卫星与广播等）而非汽车内。驾驶者可运用无线传输的方式，连结网络传输与接收信息与服务，以及下载应用系统或更新软件等，所耗的成本较低，主要功能仍以行车安全与车辆保全为主，主要功能如图1-12所示。图1-12Telematics的主要功能21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。图1-13GPS全球卫星定位系统22车载网络技术概述图1-14电子地图与语音导航23车载网络技术概述②道路救援。行车过程中，如果发生车祸或车辆出现故障，驾驶员可通过Telematics系统的紧急呼叫按键，自动联系紧急服务机构（119、120等急救机构）或汽车服务站，以获得道路救援。图1-15紧急呼叫按键1-左侧免提话筒；2-活动天窗按键；3-紧急呼叫按键；4-右侧免提话筒③汽车防盗及搜寻。通过GPS卫星定位技术确定失窃车辆的位置和行车路线，以便搜寻与追踪，追缴车辆并缉拿盗车贼。④车辆调度管理。通过无线信息传输，实现运营车辆的调度管理。24车载网络技术概述图1-16运营车辆的调度管理25车载网络技术概述⑤自动防撞系统。通过测距传感器或雷达，监测前、后车辆之间的车距，自动调用车载自适应巡航系统，使前、后车辆之间保持必要的安全距离。图1-17自适应巡航系统监测前、后车辆之间的车距⑥车况掌握。车辆性能与车况的自动监测、传输，进行多地、远程“专家会诊”，指导车辆维修等。⑦个人化信息接收与发布。收发电子邮件与个人化信息等。26车载网络技术概述⑧多媒体影音娱乐信息接收。高画质与高音质的视听设备、游戏机、上网机、个人行动信息中心、随选视频资讯等（图1-18）。⑨车辆应急预警系统。当行驶中的车辆遇到紧急情况是，可以借助Telematics系统向外界（其他车辆或道路交通管理部门）发出应急申请，亦可接收来自道路交通管理部门发布的紧急情况警告及应急响应预案，确保行车安全和道路畅通。图1-18后座多媒体影音娱乐系统27车载网络技术概述Telematics系统在汽车上的布置（图1-19）可分为前座系统、后座系统与发动机系统三大子系统。图1-19Telematics系统在汽车上的布置28车载网络技术概述1.2汽车网络技术的应用29车载网络技术概述图1-22汽车上的电子控制系统越来越多30车载网络技术概述随着汽车电子化程度逐年提高，从发动机控制到传动系控制，从行驶、制动、转向系控制到安全保障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，使汽车电子系统形成了一个复杂的大系统（图1-24）。这些系统除需要互相通信，且信息传输量急剧加大。如果依然采用传统的布线方式（图1-25），那么，对于复杂控制系统，其连接电线（线束）的数量将急剧增加，甚至难以承受。图1-24复杂的、多控制单元的汽车电脑控制系统图1-23汽车内部的电线（线束）数量（装备3个电子控制单元）31车载网络技术概述对于复杂的控制系统，若采用传统布线方式（一对一布线），将导致车上电线数目急剧增加，其质量将会占到整车质量的4%左右。而且，数量庞大的线束、电线插接器也会降低车辆电气系统的可靠性，使故障率加大。为解决这一制约汽车电子技术进一步发展的信息传输瓶颈问题，一种新的信息传输技术——汽车网络技术应运而生。图1-252个控制单元之间传统的布线方式（一对一布线）32车载网络技术概述图1-26键盘与计算机主机之间采用数据总线技术进行信息传输33车载网络技术概述数据总线数据总线是模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信号可以被多个系统（控制单元）共享，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。如果系统可以发送和接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线34车载网络技术概述将计算机领域的数据总线技术引入到汽车电气系统中，同样可以在大大简化汽车电路的同时，传递丰富的信息。图1-27采用数据总线技术在两个控制单元之间进行信息传输如图1-27所示，采用数据总线技术在两个控制单元之间进行信息传输，可以有效较少数据传输线的数量。35车载网络技术概述图1-28为在具有3个控制单元的系统中采用CAN数据总线进行信息传输的示意图，相应地，汽车内部的线束连接也变得简洁、清晰（图1-29），不再是一团乱麻。图1-28在具有3个控制单元的系统中采用CAN数据总线进行信息传输图1-29汽车内部的电线（线束）数量（装备3个电子控制单元）36车载网络技术概述下面，以宝来（BORA）汽车的驾驶员侧车门控制单元为例，进一步说明这一问题。图1-30采用传统的布线方式（9个线束插接器，共45根电线）37车载网络技术概述图1-31采用数据总线进行信息传输（只需2个线束插接器，17根电线）38车载网络技术概述3.采用汽车网络技术的优点①减轻整车自重。减少电线用量，耗铜量下降，整车自重得以降低。同时，全车线束变细，也为安装其它新的部件预留了空间。②降低生产成本。除了电线用量减少、耗铜量下降带来的成本降低之外，网络技术所秉持的“信息共享、一线多能”也充分发挥了每一条电线的作用，现实了“物尽其用”。③提高工作可靠性。电线数量的减少，也使汽车电气系统的线束插接器数量大大减少，由线束和插接器引发的断路、短路、接触不良等故障的发生率也大大降低，整车电气系统的工作可靠性得以提高。④便于后续开发。采用开放式的汽车网络技术，为后续技术的开发留有充分的余地。以后，随着技术的不断进步，新的电子控制系统可以很方便地融入到已有的系统之中，而不必对现有系统作太大的改动。39车载网络技术概述同时，也便于实现控制器与执行器的就近安装，甚至采用控制器与执行器的一体化安装，进一步节省了安装空间，提高了控制的实时性和控制精度，从而实现了良性循环。图1-32大众开迪（Caddy）、迈腾（Magotan）汽车的整体式ESPECU40车载网络技术概述1.2.2现场总线与汽车网络现场总线（Fieldbus）是一种工业数据通信总线，主要用于自动化控制（如钢铁冶金、啤酒酿造，以解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。目前汽车上广泛使用的控制局域网络（ControllerAreaNetwork，CAN）就可以归为现场总线类网络，但同时又有自身的一些特点。汽车网络系统不仅有CAN总线和LIN总线这样的控制网络，还有多媒体影音娱乐信息网络，如MOST、DDB等。目前，汽车电子系统控制中应用最广泛的是CAN总线。1.现场总线41车载网络技术概述2.现场总线的组成现场总线由两大部分组成，即