汽车总线技术综述

汽车总线技术综述0引言........................................................................................................................21汽车网络总线分类................................................................................................32CAN总线介绍及其在汽车的应用.......................................................................52.2CAN总线技术特点........................................................................................62.3CAN总线技术在汽车中的应用的优势.........................................................72.4CAN原理及汽车上的应用.............................................................................72.4.1原理........................................................................................................72.4.2汽车上CAN总线的网络结构、应用方案与实例..............................83LIN总线介绍及其在汽车的应用......................................................................103.1原理...............................................................................................................103.1.1LIN拓扑结构...................................................................................103.1.2LIN数据传输.....................................................................................113.1.3总线睡眠和唤醒.................................................................................123.1.4错误检测和处理.................................................................................123.2LIN在汽车上的应用...................................................................................124FlexRay总线介绍及其在汽车的应用................................................................144.1FlexRay总线发展历史...............................................................................144.2FlexRay总线原理.......................................................................................154.3FlexRay在汽车上的应用...........................................................................155MOST总线介绍及其在汽车的应用..................................................................175.1MOST总线光纤传输的特点.......................................................................175.2MOST总线的网络结构...............................................................................185.3MOST在汽车上的应用................................................................................196其他......................................................................................................................207结语......................................................................................................................23参考文献:....................................................................................................................23汽车总线技术综述0引言随着汽车各系统的控制逐步向自动化和智能化转变，汽车电气系统变得日益复杂。传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然会形成庞大的布线系统。据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2000米，电气节点可达1500个，而且该数字大约每10年就将增加1倍。这进一步加剧了粗大的线束与汽车上有限的可用空间之间的矛盾。无论从材料成本还是工作效率看，传统布线方法都不能适应现代汽车的发展。另外，为了满足各电子系统的实时性要求，须对汽车公共数据（如发动机转速、车轮转速、节气门踏板位置等信息）实行共享，而每个控制单元对实时性的要求又各不相同。因此，传统的电气网络已无法适应现代汽车电子系统的发展，于是新型汽车总线技术便应运而生。汽车总线为汽车内部各种复杂的电子设备、控制器、测量仪器等提供了一个统一的数据交换渠道。就像在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，汽车总线术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。[1]多数工程师认为，汽车工业将慢慢改变它的电子架构，最有可能的是采用一种混合的协议方案。他们认为:FlexRay最终将在车身和底盘上被采用，LIN将应用在门锁和窗口马达等低带宽领域，在气囊和其它保险装置中采用线控安全（Safty-by-Wire)，而CAN总线将继续控制它的动力传输系统。[2]下文将介绍各类汽车总线及其在汽车的应用。图0-1传统的点对点通讯方式拓扑图[3]图0-2未来汽车数据总线层次结构1汽车网络总线分类自总线通讯技术20世纪80年代开始应用在汽车上之后，目前已形成了适用于不同场合的多种汽车总线标准，如MOST、CAN、TTP、LIN、FLEXRAY等。SAE（美国汽车工程师协会）按传输速度的不同，将汽车网络总线分为ABCD四类。如下表所示:[4]表1-1汽车网络总线分类图1-1汽车总线网络系统A类面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有l一10kbPs。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。B类面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10一125kbPs。主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其它电子部件。C类面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达IMbps，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。三类网络功能均向下涵盖，即B类支持A类网的功能，C类网能同时实现B类和A类网功能。目前B类汽车局域网应用最为广泛，A类网已经趋于淘汰，C、D类网应用日益广泛。[5]表1-2部分A类网络协议在A类网络中，LIN协议将会成为主流协议。表1-3部分B类网络协议B类网络中的主流协议将是CAN(15011898-3，125Kbps)、SAEJ1850和VAN等协议，其中CAN最为突出。表1-4部分C类网络协议目前C类网络最高位速率能够达到10MbPs，主流协议有:高速CAN(15011898-2)、正在发展中的TTCAN和FlexRay。[5]2CAN总线介绍及其在汽车的应用2.1历史与现状CAN是控制局域网络（ControlAreaNet）的简称,最早由德国BOSCH公司推出,用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信,目前广泛应用于离散控制领域。CAN协议也是建立在OSI模型基础上的,其模型结构为三层,即只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用。其信号传输介质为双绞线。通信速率最高可达1Mbps/40m。直接传输距离最远可10Km/5Kps,可挂接设备数量为110个。CAN总线的突出优点使其在各个领域得到了广泛应用,这使得许多器件厂商竞相推出CAN总线器件产品。下表列出了一些国内常用的CAN总线芯片,供参考。[6]表2-1主要CAN总线器件产品目前，汽车电子设备中应用的CAN总线共有3个版本。其中成本最低、速度也最慢的是单线CAN（SW-CAN），另外2种分别是容错CAN（FT-CAN）和高速CAN（HS-CAN）。低速CAN总线有自动休眠功能，总线可以让没有操作的节点进入节电模式，在需要的时候再由总线唤醒。高速总线的速度可以达到500千比特/秒，甚至1兆比特/秒，主要用于关键的实时系统，如发动机集中控制系统、制动防抱死系统（ABS）、巡航系统、底盘系统等。近几年来，CAN总线发展迅速，一些汽车制造商也在开发自己的CAN版本。比如通用汽车公司在标准CAN的基础上，应用自己的通信协议，并修改了其他部分软件，开发出了GMCAN，使之更容易采用第3方开发工具。一些芯片制造商也在对标准CAN进行改进，如在汽车熄火时降低CAN模块的功耗，以延长电池寿命。当然，这种对CAN标准的改进而形成的新的专利技术，必然会提高CAN芯片供应商们的成本，因为他们需要提供同时满足GMCAN和标准CAN的芯片。[1]2.2CAN总线技术特点CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光纤，其主要特点是[7]：（1）CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，不分主从,通信灵活。（2）CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点优先传送数据，可满足实时性要求。（3）CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能。（4）CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短。并有CRC及其他校验措施，数据出错率极低保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境中使用。（5）CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响。（6）CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活。（7）CAN总线最大传输速率可