汽车总线技术综述Word下载.doc

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3.1.4错误检测和处理 12

3.2LIN在汽车上的应用 12

4 FlexRay总线介绍及其在汽车的应用 14

4.1FlexRay总线发展历史 14

4.2FlexRay总线原理 15

4.3FlexRay在汽车上的应用 15

5 MOST总线介绍及其在汽车的应用 17

5.1MOST总线光纤传输的特点 17

5.2MOST总线的网络结构 18

5.3 MOST在汽车上的应用 19

6 其他 20

7 结语 23

参考文献:

23

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。

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。

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达1Mb/s（此时通信距离最长为40m），直接通信距离最远可达10k（m速率5kbps以下）。

（8）CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路。

在标准帧（11位报文标识符）可达110个，而在扩展帧（29位报文标识符）其个数几乎不受限制。

（9）CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据。

（10）采用不归零码（NRZ-Non-Return-to-Zero）编码/解码方式，并采用位填充（插入）技术。

2.3CAN总线技术在汽车中的应用的优势

（1）信息共享[7]

采用CAN总线技术可以实现各ECU之间的信息共享，减少不必要的线束和传感器。

例如具有CAN总线接口的电喷发动机，其它电器可共享其提供的转速、水温、机油压力、机油温度、油量瞬时流速等，这样一方面可省去额外的水温、油压、油温传感器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，便于司机检查发动机运行工况，从而便于发动机的保养维护。

（2）减少线束

新型电子通讯产品的出现对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求，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，这样必然造成庞大的布线系统。

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，电气节点达1500个，而且该数字大约每十年增长1倍。

这种传统布线方法不能适应汽车的发展。

CAN总线可有效减少线束，节省空间。

例如某车门-后视镜、摇窗机、门锁控制等的传统布线需要20-30根，应用总线CAN则只需要2根。

（3）关联控制

在一定事故下，需要对各ECU进行关联控制，而这是传统汽车控制方法难以完成的。

CAN总线技术可以实现多ECU的实时关联控制。

在发生碰撞事故时，汽车上的多个气囊可通过CAN协调工作，它们通过传感器感受碰撞信号，通过CAN总线将传感器信号传送到一个中央处理器内，控制各安全气囊的启动弹出动作。

2.4CAN原理及汽车上的应用

2.4.1原理

CAN通信网络的硬件组成十分简单，主要由两根通信线（必要时可添加接地屏蔽线）和CAN通信模块组成。

两根通信线负责传送网络数字信号，分别命名为CANH和CANL,数字信号通过CANH和CANL间的电压差来传达。

通信模块负责收发数据，汽车电控系统只要包含CAN通信模块且连接在通信线上就成为了整车CAN网络的通信节点，电控系统通过节点都可以实现数据共享和命令的发布，这种网络模式称为多主机仲裁模式。

CAN总线网络建立时，每个通信节点根据自己的重要程度和数据实时性要求，被设置一个表明自身优先级ID号，ID号越小，优先级越高。

某个节点需要发布信息和命令时，通信模块像广播一样将数据发布在总线上，其他所有CAN节点都可以读取，然后根据需要进行取舍和计算。

当两个节点同时都向线路上发布消息时，为避免抢占总线使用权产生错误，CAN总线采用了一种独特的判断机制解决这个问题。

当网络空闲时，某个通信单元想要发布信息，先向网络发布自己的ID号，同时监听网络上其它节点发布的ID号，并做出比较，一旦发现有比自己高级的单元，自动退出，等待下一次网络空闲。

当某节点发布完ID号后发现自己是最高级别的申请者，就可以开始发送数据和命令。

CAN网络组建灵活可靠，一个通信模块只要合理的设置节点ID号，节点可以随时从通信网络添加或删除。

某个节点故障，不会影响整个网络工作。

但是，单个CAN总线网络包含过多的节点可能造成网络堵塞，汽车上目前采用多个独立CAN网络并行工作的方式解决这个问题。

2.4.2汽车上CAN总线的网络结构、应用方案与实例

普通汽车典型的控制单元有电控燃油喷射系统，电控传动系统，防抱死制动系统（ABS），防滑控制系统（ASR），废气再循环系统，巡航系统和空调系统，车身电子控制系统（包括照明指示和车窗、刮雨器等）。

普通汽车的CAN总线网络系统架构如图2-1所示[3]

图2-1

燃料电池混合动力汽车的动力驱动系统比一般普通汽车驱动系统复杂，状态量和控制量也相对增多，采用传统的接线方式面临的困难显而易见，此外其动力系统还广泛采用数字化电控单元，基于此，燃料电池混合动力汽车比较适于采用CAN总线来实现驱动系统中各子系统之间的通信。

采用CAN总线技术的网络系统结构如图2-2所示。

图2-2燃料电池混合动力汽车CAN总线技术的网络系统结构

CAN总线技术应用方案

（1）方案一：

方案一是一个完整的分布式汽车电子控制系统，