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汽车网络技术沈阳大学凌永成配套教材信息教材名称：汽车网络技术教材主编：凌永成教材定价：35RMB出版社：清华大学出版社出版时间：2012年3月国际标准书号（ISBN）：978-7-302-28149-8教材所属系列：普通高等院校汽车工程类规划教材第1章绪论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。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。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。在这一时期，单片机（微处理器）在汽车上得到广泛应用，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进入20世纪90年代，出现全面、综合的电子控制系统。电子控制技术在汽车上的广泛应用，不仅拓展了电子控制的功能和控制内容，提高了控制精度和汽车性能，而且也为汽车网络技术的发展奠定了坚实的基础。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。图1-6BMWE60的汽车网络系统图1-7AUDIA4的汽车网络系统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。汽车网络技术是现代汽车电子技术的重要组成部分，也是现代汽车通信与控制的基础。伴随着汽车网络技术的日趋成熟，汽车电子技术开始向信息化时代迈进。网络化时代的汽车电子技术注重解决汽车内部各个系统之间的信息交换问题，而信息化时代的汽车电子技术则可以实现车内网络与车外网络之间的信息交换，全面解决人—车—外部环境之间的信息交流问题。图1-9全面实现人—车—外部环境之间的信息交流1.1.2汽车网络技术的发展趋势——Telematics汽车技术的发展脚步远未停止，在主要以动力传动、车身控制、行驶安全性、多媒体传输为主要控制目标的汽车网络技术逐步完善、日趋成熟的同时，又开始向汽车信息化时代迈进。可以预见，在不远的未来，汽车将进入以Telematics技术为代表的信息化时代（图1-10）。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）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。通常所说的Telematics就是指应用无线通信技术的车载电脑系统。Telematics是无线通信技术、卫星导航系统、网络通信技术和车载电脑的综合产物，被认为是未来的汽车网络技术的发展趋势。图1-11Telematics信息交换过程示意图2.Telematics的功能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①卫星定位导航。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全球卫星定位系统图1-14电子地图与语音导航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。图1-16运营车辆的调度管理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。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3.Telematics系统的应用领域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前座系统主要以行车安全、车辆保全、驾驶方便性与舒适性为主要目标。为了避免造成驾驶者分神，前座系统的信息输入方式主要采用语音输入或触摸屏（触控面板）；信息输出方式则为中尺寸面板（LCD或OLED）、语音输出或投射在汽车前挡风玻璃的抬头显示（Head-UpDisplay,HUD。图1-20）等。雪铁龙C6汽车的HUD系统图1-20行车信息的抬头显示（HUD）后座系统则以多媒体娱乐为主，包括互动式游戏、高保真音响视听系统、随选视频资讯、数字广播与数字电视等。发动机系统主要是根据汽车电脑所收集的车况信息，进行车况诊断、行车效率最佳化、远程发动机调整或零件预定等。从上述分析不难看出，Telematics技术基于GPS全球定位系统技术、GIS地理信息系统（GeographicInformationSystem）技术、ITS智能交通系统（IntelligentTransportSystem）技术和无线通信技术。Telematics技术的发展，体现了一个国家的综合科技实力，已经成为世界各国竞相研发的技术热点之一。目前，国内在Telematics技术研究领域起步较早且颇有进展的是同济大学汽车学院。2010年7月，国际Telematics产业联盟（ITIF）成立大会暨2010首届国际Telematics产业发展高峰论坛在广东佛山市隆重举行，标志着Telematics研究将进入一个新阶段。1.2汽车网络技术的应用1.2.1汽车网络技术的产生背景1.信息传输的瓶颈问题在汽车单片机控制时代，特别是早期生产的汽车，车上只有一个电子控制单元（ElectronicControlUnit，ECU），其信息传输量较少，电子控制系统的传感器、电子控制单元和执行器之间的连接电线（线束）的数量还不太多，尚可接受。图1-21汽车内部的电线（线束）数量（装备1个电子控制单元）随着汽车技术的进步和消费者需求的进一步提高，汽车上的电子控制系统越来越多（图1-22），其内部的线束也会越来越复杂（图1-23）。图1-22汽车上的电子控制系统越来越多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）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）2.采用汽车网络技术进行信息传输就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入单片机（微处理器）一样，汽车网络技术的引入也是汽车电子技术发展的一个里程碑。在采用网络技术的现代汽车上，信息的传输是基于数据总线DB（DataBus）原理进行的。所谓数据总线，简单地说，就是指一种能在一条（或几条）数据线上，同时（或分时）传输大量的按照一定规律进行编码的数据（信号）的技术，其所传输的数据（信号）可以被多个系统共享，从而最大限度地提高系统的信息传输效率，充分利用有限的资源。作为一种优良的信息传输方式，总线技术在工业生产、科学研究和日常生活中的应用极为广泛，随处可见。例如，我们每天工作、学习中使用的键盘与计算机主机之间的信息传输，就是采用数据总线技术进行的。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。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）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）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）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