浅谈汽车车载网路技术.docx

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浅谈汽车车载网路技术

1.2汽车车载网路的优势

随着科技的飞速发展，汽车装备日趋完善，车用电气设备越来越多，使汽车电气系统变得复杂而庞大。

大量电子控制单元被引入，要求大批的数据信息能够在不同的子系统中共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要实时交换，以提高信号的利用率。

但是，这也使得电器配线和各种信号配线越来越多，许多汽车的线束重量和线束直径已分别达到甚至超过了40kg和12cm,车内电线总长度超过8千米。

由于导线太多,严重地干扰了汽车零部件的设计、布局和制造。

另外,这也给汽车的维修带来了许多不便,一旦线束中出了问题，不但查找相当麻烦，而且维修很困难，从而制约了电子控制技术在汽车上的应用。

例如；某些大客车后部的信号灯离仪表盘比较远，按传统的布线方法，控制线路会在仪表盘与信号灯之间往返多次。

布线电缆长度相当可观，约2KM，电气节点约1500多处，并以每十年一倍的速度增长。

这将带来一些弊病：

①占据了汽车的宝贵空间和加大汽车重量；②为数众多的电气节点常因接触不良而发生故障，工作可靠性下降；③给维护、维修工作带来极大的不便；④许多资源，特别是传感器资源没有得到充分利用，浪费很大。

为走出这个困境,计算机网络设计中的多路复用通信技术被应用到了汽车中,使几个ECU中的各种数据得以进行交换,从而促成对汽车性能的精确、高速控制，并减少了配线。

上世纪计算机局域网技术达到实用化,这为汽车网络技术的发展提供了成熟的技术样版。

汽车网络技术中的设计目标、网络拓扑结构以及通信协议等都与计算机网络技术有许多相似之处。

同时集成电路技术和功率驱动器件的发展也推动了汽车网络技术的进步,丰富的硬件资源为工程师设计网络系统提供了方便。

总之汽车上装有车载网络后据测算电器接线可以减少80％以上，节省空间，减少汽车质量；增加了电器系统的可靠性，方便了维修保养，在不增加新的传感器和执行器的情况下，整体性能得到优化，使操作协调统一，便于实现自动化和智能化，在汽车整体性能优化控制方面蕴藏着巨大的潜力，是汽车电子技术为来的发展方向。

总之汽车网络技术的应用给我们带来了翻天覆地的变化，使现代汽车的的性能更加稳定，使汽车实现了人性化智能化。

随着汽车电子技术的不断发展，车辆上的电控技术的数量不断的增多，而且功能也越来越复杂。

如果仍采用传统的布线方式，即每一个电脑都要与多个传感器、执行器之间通信，将导致汽车上电线数目急剧增加。

电控系统的增加虽然增加了汽车的动力性、经济性和舒适性，但随随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。

特别是近年来，越来越严格的安全、环保技术法规和用户苛刻的个性化要求，使制造商不得不依赖电子技术不断改进其产品的性能，可以数汽车技术搜取得的每一项进步都离不开电子技术在汽车上的应用。

早期汽车内部传感器、控制器和执行器之间的通讯沿用点对点的连线方式，连成复杂的网路结构。

随着汽车内部电控系统的日益复杂，以及对汽车内部控制单元相互之间通讯能力的日益要求。

因此围绕减少车内连线，实现数据共享和快速交换，同时提高可靠性等方面，在快速发展的计算机网路基础上，实现了以分布式控制单元为基础结构的汽车电子网络系统。

汽车局域网既是多台计算机共用一条传输线，按照国际上普遍接受的美国汽车工程师协会SAE提出的关于汽车网路的划分，汽车内部的网路可以划分为A类（通讯率<10kb/s—125kb/s之间的低速网络，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等系统）、B类（通讯率<10kb/s—125kb/s之间的中速网络，主要用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示等系统）、C类（通讯率<10kb/s—125kb/s之间的高速网络，主要用于悬架、发动机、ABS等系统）和D类（通讯速率在1Mb/s以上，用于车内的多媒体网络）。

汽车电子设备的工作环境相当恶劣，除能耐受宽范围环境温度（-40度—125度或更高）外，还要耐受较强的机械震动、冲击及化学品腐蚀，此外涉及重要特别考虑的是电磁兼容问题，随着移动电话、无线寻呼、卫星通信等无线电设备的普及应用以及汽车自身点火系统、各种电机等产品的干扰，汽车的电磁环境日趋复杂恶劣。

这些干扰通过网络传入某些控制系统，可能会引起ECU误判断、产生误动作（如汽车的安全气囊在刑事过程中突然受到干扰触发，就会造成很严重的事故），同时也要避免电信号产生辐射干扰。

因此汽车网络工作的可靠性较一般网络计算机要高得多，他是提高汽车可靠性和安全性的重要保证。

1．绪论

近年来，汽车的发展速度日益剧增，汽车上电子产品的数量也迅速增加，某些大客车后部的信号灯仪表盘比较远，按传统的布线方法，控制线路会在仪表盘与信号灯之间往返多次。

布线长度相当可观，约2千米，电器节点约1500多出，并以一年10倍的速度增长。

这将带来一些弊端，使汽车的质量增加，故障率增加，并造成大量的浪费。

为了解决这弊端汽车车载网路应运而生，解决了这些问题。

汽车网络是直接以双绞线、同轴电缆或者光纤等为通讯介质，将车内众多的控制模板（或节点）；联接起来，使若干的传感器、执行器和ECU共用一个数据通道，通过某种通讯协议，在网络控制器的管理下共享传输通道和数据。

汽车网络最开始出现在当时的高档豪华轿车上，也缺少相应的的标准化通讯协议支持。

随着越来越复杂、精密的功能单位被委托给外部供应商生产，汽车制造商开始从定义各自的专门协议发展到采用整个行业界范围内认可的标准化通讯协议，提高了不同供应商的产品进行集成化的可能性，是汽车网络迅速进入主流车型，到今天车载电控系统的网络减少了线束的使用，改善了系统的灵活性，通过系统的软件可以实现系统的变化，消除了沉于传感器，实现了数据共享，也提高了对系统故障的诊断能力。

可以说一辆车就是一个网络，汽车的智能化也是在网络的基础上才能实现，网络还把汽车的行驶状态参数数据传从到显示屏上，司机可以一目了然，大大方便了驾驶。

简单地说，汽车网络技术就是指解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题的技术。

其通讯和共享能力成为新的电子与计算机在车上应用的一个基础，它是车上信息与控制系统的支撑。

汽车车载网络技术在汽车上的应用是非常广泛的，可以说在汽车上的每一个地方都有车载网络的参加。

下面的图一可以让你更加清楚的了解车载网络技术在汽车上的应用。

图1典型的网路结构

1—ABS模块2—动力系统控制模块3—电子自动温度控制器（EATC）4—集成控制板（ICP）5虚像组合仪表6—照明控制模块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

2常用车载网络的分类和性能分析．

2.1CAN数据的总线系统

CAN总线简介

CAN是ControllerAreaNetwork的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。

在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。

由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。

为适应“减少线束的数量”，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。

此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

　　现在，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。

其工作采用单片机作为直接控制单元，用于对传感器和执行部件的直接控制。

每个单片机都是控制网络上的一个节点，一辆汽车不管有多少块电控单元，不管信息容量有多大，每块电控单元都只需引出两条导线共同接在节点上，这两条导线就称作数据总线（Bus）。

CAN数据总线中数据传递就像一个电话会议，一个电话用户就相当于控制单元，它将数据“讲入”网络中，其他用户通过网络“接听”数据，对这组数据感兴趣的用户就会利用数据，不感兴趣的用户可以忽略该数据。

具体CAN协议的概述如下表：

ISO/OSI的基本参考模型

各层定义主要项目

软件控制

7层：

应用层

提供各种实际可以应用的服务

6层：

表示层

对数据的表现形式进行转换。

例如：

文字的调整，数据的压缩，加密

5层：

会话层

实现回话通信，按正确的顺序控制数据的发现与接受

4层：

传输层

保证按顺序控制数据及更正错误等的通讯品质。

例如订正错误，重新发送控制

3层：

网路层

选择数据的传输途径与中转2.例如：

个单元之间的数据交换及地址管理。

硬件控制

2层：

数据链路层

将从物理层获得信号汇总成某种意义的数据，提供控制顺序，以便对控制传输错误等的数据加以传输。

例如，访问是的方法及数据形式：

通讯方式、同步方式、错误检测方式

1层：

物理层

规定通信时所使用电缆、插座等媒体及信号的标准等，以实现设备之间信号的交接

CAN总线的特点

CAN协议的8个特点①.多主通信。

在总线空着的时候，所有的节点都可以发出报文。

②.报文的发出。

在CAN协议中，规定了所有的报文应以规定的格式发送，在总线空着的时候，与总线相连的所有节点都可以发出新的报文。

在两个以上的节点同时开始发出报文的场合，利用标识符（以下简称ID）可以聚顶优先顺序，亿比特为单位对个报文的ID进行仲裁，仲裁获胜（被判为最有优质相序）的节点继续进行发信：

仲裁失败的节点即停止发信号并转为收信状态。

③.系统的灵活性。

与总线相连的节点没有节点地址的信息，因此，在总线追加节点的时候，就没有必要更改与总线相连的其他节点软件。

Ing件及应用层。

④.通信速度。

可以根据网络规模设定通信速度。

在一个网路内部，对所有的节点来说，必定设定相同的通信速度。

通信速度不同的节点连到一起，节点就会出错，阻碍通信。

在不同的网络上，可以采用不同的通信速度。

⑤.可要求远程数据。

在发送远程幁时，在对其他节点提出发送数据的要求，首先访问的节点可以获得发言权：

同时有多个节点开始发信的场合下，所发报文具有最高优先顺序ID的节点可以发信权。

⑥.错误检测功能、错误通知功能、错误还原功能。

所有的节点都可以检测出错误（错误检测功能），检测出错误的节点立即向其他节点发送出错误的通知（错误通知功能）。

传送报文的节点检测处错误时，则强制使其发送信号结束，发送被强制结束的节点会反复在传送，直至其报文可以正常传送为止（错误还原功能）。

⑦.故障的界定。

CAN数据总线上出现的故障可以分为总线上的数据临时产生的错误（来自外部的干扰等）和数据总线上的数据连续产生的错误（节点内部的故障、驱动方面的故障及断线等引起的）类。

CAN数据总线系统具备判别错误种类的功能，利用这项功能，在总线上的数据连续错误的场合，CAN会将产生错误的节点从线上切除。

⑧.连接。

CAN总线是同时可以连接许多单元的网络。

在理论上讲，可以连接的节点数是无限的：

但实际上可以连接的单元将受总线延迟时间与电负荷的限制。

当降临通讯速度时，可以连接多的单元：

当提高通信速度时时，可以连接的单元数量将减少。

CAN总线除此特点外还有很多优点例如：

具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上，形成多主机局部网络；可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后，可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。

CAN总线的应用

目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率一般可达到500kb/s，最高可达1000kb/s；另一条用于车身系统低速CAN，速率是100kb/s。

驱动系统CAN（CAN-High，也称动力主线）主要连接对象是发动机控制器（ECU）、ABS控制器、安全气囊控制器等，它们的基本特征都是控制与汽车行驶直接相关的系统。

车身系统CA