車載網(wǎng)絡系統(tǒng)學習教案

1、會計學1車載車載(ch zi)網(wǎng)絡系統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)第一頁，共89頁。碼，通常位速率(sl)高于100kb/s采用NRZ編碼方式，位速率(sl)低于100kb/s采用PWM編碼方式。 眾多國際知名汽車公司早在20世紀80年代就積極致力于汽車網(wǎng)絡技術(jsh)的研究及應用。 早期的汽車網(wǎng)絡(wnglu)只不過是兩個處理器之間的UART連接。 這種串行連接使兩個控制器之間能容易地共享信息，但這樣的網(wǎng)絡卻無法簡單地增加節(jié)點。 北美汽車制造商和汽車工程師協(xié)會(SAE)開發(fā)了J1850，這是一個汽車網(wǎng)絡的專用協(xié)議。 J1850很快就成了車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的標準，并取第1頁/共89頁第二頁，共89頁。代了UART串行通信

2、(tng xn)。 通用汽車公司和克萊斯勒汽車公司使用10.4kb/s可變脈寬協(xié)議的相似(xin s)版本，在單根線的總線上通信。 福特汽車公司采用速率更高的41.6kb/s PWM型，在2條線的差分總線(zn xin)上通信。 歐洲的汽車制造商支持控制器局域網(wǎng)絡(Controller Area Network，CAN)。 CAN最早是德國博世公司開發(fā)的，是一種最高數(shù)據(jù)速率可達到1Mb/s的實時控制總線。 與J1850一樣，CAN也是采用載波傳感、多路存取/碰撞分辨的仲裁協(xié)議。第2頁/共89頁第三頁，共89頁。 當多個(du )節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點重新再發(fā)，優(yōu)先級最高的信息則繼續(xù)

3、傳送至其目的地。 其他(qt)的標準還有德國大眾的ABUS、ISO的VAN、馬自達的PALMNET等。 汽車工程師協(xié)會(SAE)定義(dngy)了三類車輛數(shù)據(jù)連接網(wǎng)絡：A 類 允許節(jié)點間的同一總線進行多路信號的發(fā)送或接收，適用于低數(shù)據(jù)率汽車車身布線。B 類 這是數(shù)據(jù)在節(jié)點間傳輸?shù)亩嘀骺偩€系統(tǒng)，可取消多余的系統(tǒng)組件。當需要將許多功能集成在一個模塊時，最適于利用B類連接方式。第3頁/共89頁第四頁，共89頁。C類 與B類的定義相同，但面向高數(shù)據(jù)率信號(xnho)傳輸時，典型用途是發(fā)動機控制、ABS控制等實時控制系統(tǒng)。 目前，J1850實際上已作為美國的國家標準，為福特和通用兩大汽車(qch)公司所

4、采用，而CAN在歐洲得到了廣泛的認可和支持。 汽車總線技術在國外已成功地運用到一些名牌高檔汽車上，如奔馳(bnch)、寶馬、保時捷、勞斯-萊斯、美洲豹等。 一些公司也對汽車總線傳輸制定了進一步的標準，如美國的SAEJ1708、J1787、J1792及最新的J1939，各大公司還在不斷地推出新的總線形式及相關標準。第4頁/共89頁第五頁，共89頁。10.1.2 CAN總線(zn xin) 在早期，CAN總線要求(yoqi)與之相連的每個端口都要有獨立的通信處理能力，這在汽車電氣系統(tǒng)一直很難辦到。 進入20世紀90年代，由于集成電路技術和電子器件制造技術的迅速(xn s)發(fā)展，用廉價的單片機實現(xiàn)總

5、線的接口電路，使得采用總線技術布線的價格逐漸降低，CAN也逐漸進入了實用化階段。 當前各種針對汽車總線的專用接口芯片不斷出現(xiàn)，如飛利浦半導體公司根據(jù)CAN規(guī)范已開發(fā)出P8XC590系列微控制系統(tǒng)，SGM托馬第5頁/共89頁第六頁，共89頁。森公司也開發(fā)(kif)出一種以ST9單片機為基礎的傳輸率為41.6kb/s的總線系統(tǒng)等。 CAN總線采用雙線串行通信方式，具有(jyu)優(yōu)先權和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN接口掛到總線上，其典型的接口如圖10.1所示。 不同的電子系統(tǒng)各自(gz)形成總線段，各總線段之間通過網(wǎng)關進行連接，最終形成汽車的網(wǎng)絡，其典型的接口如圖10.2所示。10.1.3 汽車

6、動力與傳動系統(tǒng)的總線結構 汽車的動力和傳動系統(tǒng)主要包括EFI控制器、ABS/ASR控制器、SAB控制器、ATM控制器、組合儀表板等，所控制的對象是與汽車行第6頁/共89頁第七頁，共89頁。駛直接相關的系統(tǒng)，要求與汽車的轉速同步，將這些控制器連接到CAN總線(zn xin)上，采用C類高速的CAN總線(zn xin)，傳輸?shù)乃俾蔬_到500kb/s，易于連續(xù)和高速地傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高速的實時控制。 其結構(jigu)如圖10.3所示。10.1.4 汽車車身(ch shn)系統(tǒng)的總線結構 早期的汽車車身電子控制系統(tǒng)采用低速的B類總線，主要用于包括蓄電池、儀表盤的控制，通常用基于J1850標準的總線連接

7、。 CAN總線也可用于車身系統(tǒng)的連接，但采用的是一種容錯式總線，即總線內(nèi)置容錯功第7頁/共89頁第八頁，共89頁。能，當兩條總線中有一條(y tio)出現(xiàn)短接至搭鐵或開路時，網(wǎng)絡可以切換至一線方式繼續(xù)工作。 規(guī)范要求從兩線切換至一線期間不能丟失數(shù)據(jù)位，為此其物理層芯片比動力(dngl)與傳動系統(tǒng)更復雜，運行在較低的速率下，通常采用的傳輸速率為125 kb/s。 此類總線目前已逐漸為LIN總線所取代(qdi)，只是作為各LIN次級總線的連接總線使用。 為了降低汽車總線接口的成本，汽車制造商又開發(fā)出了局部互聯(lián)網(wǎng)絡(Local Interconnect Network)，即LIN。 LIN的傳輸速率

8、較CAN總線慢，是一種成第8頁/共89頁第九頁，共89頁。本較低的串行通信總線，設計用于汽車車身的分布式電子單元(dnyun)之間的連接。 車身電子系統(tǒng)大量采用電子技術，其目的是提高駕駛時的舒適程度(chngd)并能為駕駛員提供車況信息。 這些系統(tǒng)包括儀表板管理、空調(diào)(kn dio)系統(tǒng)、座椅位置調(diào)節(jié)、自動天窗、車門控制裝置等。 這些應用系統(tǒng)通常是以低數(shù)據(jù)率進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，但要求有大電流驅動模塊來驅動相關的電動機和執(zhí)行機構。 這也涉及采用有效的封裝形式，使電子設備利于散熱。第9頁/共89頁第十頁，共89頁。 根據(jù)車內(nèi)設備分布情況組成一個個獨立的LIN分總線，作為CAN的次級總線用于汽車中，然后

9、通過與CAN總線的接口(ji ku)接入汽車網(wǎng)絡。 其接口成本較CAN低，能夠作為汽車現(xiàn)有的總線傳輸(chun sh)協(xié)議的補充。 這種開放式標準(biozhn)屬于A類通信標準(biozhn)。其特點包括：(1) 基于改進的ISO 9141的低成本單線結構；(2) 傳輸速率為20kb/s，屬于A類總線標準；(3) 一主/多從的體系結構，無須仲裁機構；(4) 增加接點時無須對現(xiàn)有接點的軟硬件做出較多的改動。第10頁/共89頁第十一頁，共89頁。 為此，在原有容錯式總線的基礎上，用LIN總線標準給出一種(y zhn)汽車車身系統(tǒng)的總線網(wǎng)絡結構，如圖10.4所示。 其特點(tdin)是先通過LIN

10、總線將各控制單元和設備連接起來，再連接至CAN-B總線上，進一步降低了系統(tǒng)的接口成本。10.1.5 汽車(qch)通信和多媒體總線結構 針對多媒體數(shù)字化技術的日益普及，世界范圍內(nèi)的汽車制造商已就光纖數(shù)據(jù)總線技術在汽車上的應用進行了長期的研究，以滿足汽車對多媒體數(shù)字化技術應用方面的需求。 為此，各大歐洲著名汽車制造商制定了稱為第11頁/共89頁第十二頁，共89頁。MOST(Media Oriented Systems Transport)的數(shù)字數(shù)據(jù)總線標準，采用(ciyng)塑料光纖實現(xiàn)24Mb/s的傳輸速率； 而美日方面的1394TA則致力于開發(fā)一種稱為1394b的汽車多媒體總線(zn xin

11、)標準。 德州儀器公司(n s)(TI)率先推出了業(yè)界第一套車用1394b總線解決方案。 1394b以IEEE 1394-1995和1394a為基礎，目的是在新型應用中普及多媒體標準規(guī)格，用來支持車內(nèi)多媒體娛樂的應用，如后座娛樂和其他完整的音視頻解決方案。 通過一個外部接入的1394客戶便利端口，第12頁/共89頁第十三頁，共89頁。乘客可將其最新的便攜式電子終端直接插到汽車上，從而享受到娛樂(yl)或其他服務； 將有助于溝通(gutng)汽車和消費類電子產(chǎn)品之間的隔閡。 1394b與IEEE 1394-1995相比，在帶寬、傳輸速度、距離、成本(chngbn)和效率等都有了大幅度提高。 13

12、94b的主要內(nèi)容如下： (1) 傳輸速率為800Mb/s到1.6Gb/s。使用塑料光纖時，其底層速率可能提高到32 Gb/s。(2) 采用CAT-5UTP5(五類非屏蔽雙絞線)布線時，可在傳輸速率保證在100Mb/s的前提下，第13頁/共89頁第十四頁，共89頁。將傳輸距離延長到100m以上。使用(shyng)玻璃光纖時，可在3.2Gb/s的前提下延長至50m。(3) 支持1394b的IC門電路數(shù)量(shling)也提高到原標準的2倍，即20 000到25 000個。(4) 1394b共分為(fn wi)beta和bilingua1 兩種模式。 bilingua1模式具有與支持1394a及13

13、94-1995設備的下行兼容的特點。(5) 用戶可自由增減設備，不必關機，也不會影響整個總線的通信，即支持熱插拔技術。 車用的IDB-1394技術可在10m塑料光纖(POF)或非屏蔽雙絞五類線(UTP5)上以100Mb/s的速率支持1394b協(xié)議。第14頁/共89頁第十五頁，共89頁。 IDB-1394規(guī)范定義了汽車級物理層，包括電纜和連接器，供電方式及所有1394設備能與嵌入式汽車IDB-1394設備互操作所必須(bx)的高層協(xié)議； 是IEEE 1394-1395、1394a-2000和1394b標準的補充(bchng)，連接CD或DVD播放機、游戲機和計算機等，能適應這些設備的高速率要求。

14、 IDB-1394其結構(jigu)如圖10.5所示。10.1.6 車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的優(yōu)點 將網(wǎng)絡技術應用于現(xiàn)代汽車內(nèi)部各電子系統(tǒng)間的連接和通信，在汽車內(nèi)部形成通信網(wǎng)絡是近年來汽車界的研發(fā)趨勢。第15頁/共89頁第十六頁，共89頁。 而針對汽車用各種總線標準的制定(zhdng)也取得了較大的進展，它有利于各種新型電氣產(chǎn)品在汽車上的應用，大大提高汽車的性能，提高車用設備的標準化程度，縮短新車型的研發(fā)周期。 網(wǎng)絡化汽車(qch)的優(yōu)點是：采用網(wǎng)絡(wnglu)式結構，只需一根通信電纜連接，減少了線束連接，減輕車體質(zhì)量；無須配電柜，部件數(shù)量減少，可靠性能提高；可實現(xiàn)實時診斷、測試和報警，實現(xiàn)集中顯示、歷

15、史查詢和自診斷等功能，使汽車具有準黑匣子功能；第16頁/共89頁第十七頁，共89頁。電氣信號傳遞性質(zhì)發(fā)生了變化(binhu)，由功率型轉變?yōu)椤斑壿嫛毙?；系統(tǒng)(xtng)的擴展性強等。第17頁/共89頁第十八頁，共89頁。10.2 CAN與車載(ch zi)網(wǎng)絡系統(tǒng) 據(jù)有關統(tǒng)計資料介紹，傳統(tǒng)的汽車(qch)線束長約1610m，導線連接點近300個，線束總質(zhì)量約為35kg，成本超過1000美元； 且走線復雜，占用較大的車內(nèi)空間，制約了汽車向電子化、智能化方向(fngxing)的發(fā)展。 改用CAN后，連線可縮短200m到1000m，質(zhì)量減輕9 kg到17 kg，布線簡化，可靠性和實時性顯著提高。 因

16、此，近年來投放市場的CAN控制器中，80以上都用來組建車內(nèi)網(wǎng)絡系統(tǒng)。第18頁/共89頁第十九頁，共89頁。10.2.1 應用(yngyng)現(xiàn)狀 早在1992年，Mercedes-Benz公司就將CAN用于客車(kch)的發(fā)動機管理系統(tǒng)，并用于傳遞駕駛信息。 隨著Volvo、Saab、Audi、Volkswagen、 Fiat 、BMW和Renault等汽車制造商紛紛效仿，CAN逐步被歐洲(u zhu)接納為汽車行業(yè)標準，并延伸到工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療器械、娛樂設備、樓宇自動化等領域。 目前，歐洲絕大多數(shù)新款客車的動力傳動系統(tǒng)和車身電子系統(tǒng)部分別參照ISO 11898和ISO 1l519-2

17、來進行設計。第19頁/共89頁第二十頁，共89頁。 基于CAN的故障診斷系統(tǒng)也在大力推進(tujn)，其協(xié)議草案ISO/DIS l5765有望很快轉為正式標準，屆時CAN的車用規(guī)模將更加可觀。 在歐洲制造商的帶動(didng)下，CAN也逐漸得到其他地區(qū)的認同。 如過去在美國，車載(ch zi)網(wǎng)絡標準在Daimler-Chrysler、Ford和GM三大汽車公司中各成體系，協(xié)議標準主要是汽車工程師協(xié)會(SAE)的J1850和J1922。 但這些標準對網(wǎng)絡各層協(xié)議的規(guī)定及工作性能與CAN相差甚遠，很難被歐洲接受。 因此，美國三大汽車公司已全部轉向CAN，第20頁/共89頁第二十一頁，共89頁。

18、 SAE也新頒布了J1939、J2411、J2284和J2480等一系列基于(jy)CAN的車用通信協(xié)議標準。 亞洲地區(qū)因受美國的影響，日本的NEC、三菱和東芝等公司，已迅速發(fā)展成為CAN芯片的主要(zhyo)供應商，Toyota等汽車制造商甚至已開始用CAN替換原有的總線系統(tǒng)。 Motorola、A1pine和住友等美國與日本的大企業(yè)(qy)還強強聯(lián)手，開發(fā)出用于車內(nèi)信息娛樂設備網(wǎng)的通信協(xié)議IDB-C(Intelligent transportation systems Data Bus-CAN)，并由SAE形成標準J2366，使CAN成為目前惟一能夠覆蓋全車應用領域的總線系統(tǒng)。第21頁/共

19、89頁第二十二頁，共89頁。 表10-1就是CAN針對不同車用目的(md)衍生出來的協(xié)議標準。 10.2.2 發(fā)展趨勢 下一代的高檔乘用車，由于車載(ch zi)電子裝置的迅速增多，CAN總線的應用將會使整車控制系統(tǒng)形成“局部成網(wǎng)、區(qū)域互聯(lián)”的格局，如圖10.6所示。 車載電子裝置按照通信(tng xn)的數(shù)據(jù)類型和性能需求被劃歸為四類：1. 信息娛樂系統(tǒng) 音響、圖像媒體數(shù)據(jù)流傳輸速率一般都在2Mb/s以上，超出了CAN的帶寬范圍。第22頁/共89頁第二十三頁，共89頁。 因此，必須(bx)采用專門的多媒體總線。 IDB-C只適用于媒體數(shù)據(jù)較少、品質(zhì)要求不高的低端場合。CAN還要經(jīng)歷(jngl

20、)一段時期的發(fā)展，才能用于高端場合。2. 動力(dngl)傳動系統(tǒng) 對車輛行駛狀況進行控制，要求實時性高。 可以按照ISO 11898、J1939及J2284組建高速CAN，實時采集所有傳感器的輸出信號。 然后，將采集到的數(shù)據(jù)打包，定期通過CAN廣播出去，各節(jié)點可從中濾取自己所需的信息。第23頁/共89頁第二十四頁，共89頁。 這一策略，能最佳地利用總線的帶寬(di kun)資源，使每次通話盡可能多地吞吐數(shù)據(jù)，以盡量短的廣播周期，達到動態(tài)實時控制的要求。3. 車身(ch shn)電子系統(tǒng) 車身電子系統(tǒng)所需控制的節(jié)點數(shù)目多，且布置分散，底層(d cn)設備又往往是低速電動機和開關型器件，對實時性

21、要求不高。 可以按照ISO11519-2、J1939及J2284組建低速容錯CAN，這可以增加信息傳輸?shù)木嚯x，改善系統(tǒng)的抗干擾特性，并降低硬件成本。 將車身電子系統(tǒng)和動力傳動系統(tǒng)分開，還能進一步提高動力傳動系統(tǒng)運行的可靠性。第24頁/共89頁第二十五頁，共89頁。4. 故障診斷系統(tǒng)(xtng) 目前，車載電子控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的故障診斷功能還比較簡單，今后的ECU在線診斷系統(tǒng)將具備復雜的診斷功能，更加簡化的鏈接回路，同時提高信息傳送的品質(zhì)。 順應這一發(fā)展潮流，傳統(tǒng)的診斷系統(tǒng)正在高速(o s)CAN的物理層上實現(xiàn)。 已形成的通信協(xié)議有ISO/DIS 15765和J2480等。經(jīng)過試

22、用，它們最終也將成為汽車行業(yè)的通信標準。 上述四個部分通過CAN構成子網(wǎng)，各子網(wǎng)之間以網(wǎng)關互連，網(wǎng)關既是共享信息的中轉樞第25頁/共89頁第二十六頁，共89頁。紐，又是網(wǎng)絡整體的管理核心，它所引發(fā)的技術問題將直接決定汽車(qch)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的可行性。 因為CAN的各種衍生標準，除在物理層有高、低速及相關(xinggun)電氣特性之間的差別外，其余協(xié)議內(nèi)容大同小異，所以整車CAN涉及的網(wǎng)關技術相對而言要簡單一些。 由于車上的儀表板原本就是匯總和顯示各種( zhn)車輛信息的中心，只要增加高、低速CAN的驅動轉換功能，就可以起到網(wǎng)關的作用，成為車輛的控制中心。10.2.3 目前存在的問題 基于CAN的

23、汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)了車用多路總線的發(fā)展趨勢，只是目前還存在一些問題，阻第26頁/共89頁第二十七頁，共89頁。礙了它的全面(qunmin)、迅速推廣。 首先(shuxin)，CAN的技術規(guī)范還存在一些缺陷，最突出的一點是無法為實時和非實時性數(shù)據(jù)動態(tài)配置優(yōu)先權。 由于現(xiàn)代車用通信基本上采用的是網(wǎng)絡事件觸發(fā)方式，其仲裁是根據(jù)預定的標識符來進行的，較為優(yōu)先(yuxin)的消息一旦送出就不受干擾，所以常會出現(xiàn)以下兩種情形：(1) 某參數(shù)從全局來看實時性較低，一開始分配到的優(yōu)先權就不高。 但控制策略對各參數(shù)的要求并不是一成不變的，如果急需這個參數(shù)的時候，別的節(jié)點恰好送出一個優(yōu)先權較高的信息，CAN死板的仲第

24、27頁/共89頁第二十八頁，共89頁。裁機制，就會拒絕傳遞這個(zh ge)參數(shù)。(2) 就算分配給這個參數(shù)的優(yōu)先權最高，但節(jié)點(ji din)著手發(fā)送它的時候，卻發(fā)現(xiàn)前一個非實時性數(shù)據(jù)還沒有傳完，于是必須等到下一次總線空閑時才能通信，實際上這個參數(shù)還是被擱置了起來。 新頒布(bnb)的ISO/DIS 11898-4是TTCAN(Time Triggered Communication Protocol for CAN)的國際標準草案。 在系統(tǒng)層面上，ISO/DIS 11898-4引進了一個高精度的全局網(wǎng)絡時間，并據(jù)此定出基本循環(huán)，使所有信息在每一循環(huán)中都能分配到時間窗，周期發(fā)送指示時刻的參考

25、信息，系統(tǒng)就可第28頁/共89頁第二十九頁，共89頁。以按照(nzho)時間窗依次發(fā)布各個信息。 TTCAN最大的優(yōu)點是在特定的“仲裁”時間(shjin)窗中，也能處理事件觸發(fā)協(xié)議，允許產(chǎn)生正常仲裁的時間(shjin)窗自行發(fā)送信息，這就能兼顧到各類信息的實時性。 針對后者，有人提出了“入侵(rqn)型CSMA/CD”協(xié)議，使CAN能中斷一個非實時數(shù)據(jù)的傳輸進程，轉去收發(fā)另一個實時數(shù)據(jù)。 目前，這些措施還有待通過實際應用的檢驗。 此外，還有兩個因素制約著CAN在汽車中的應用：第29頁/共89頁第三十頁，共89頁。(1) CAN是多主總線(zn xin)，每個節(jié)點都能自主建立通信。 節(jié)點較多的C

26、AN一旦用于實時控制，目前只能以事件觸發(fā)(chf)方式工作的CAN控制器，根本無法應付“暴風驟雨”式的中斷請求。(2) 汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(lin wn)所涉及的節(jié)點種類繁多、通信任務繁忙。 以現(xiàn)階段CAN控制器的處理能力，需要大容量的存儲器來緩存和保留信息。 僅此一項，就會使汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的硬件成本大幅度增加。 目前，汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)還停留在概念階段，單個子網(wǎng)也無法全部采用CAN。第30頁/共89頁第三十一頁，共89頁。 解決的辦法，一是把網(wǎng)域劃得小一些，節(jié)點(ji din)少一些，CAN實現(xiàn)起來就容易得多。 如圖10.7中A所示，是用CAN解決車門(chmn)區(qū)域局部控制的一個實例，節(jié)點只有4個。 二是采用

27、低端網(wǎng)絡，把底層的ECU先組織(zzh)管理起來，再在上層用CAN構筑主干網(wǎng)。 就像圖10.6中的車身電子系統(tǒng)那樣，CAN上接的并不是現(xiàn)場設備，而是經(jīng)過低端網(wǎng)絡模塊化后的子系統(tǒng)。 一個模塊只相當于一個節(jié)點，使得CAN的結構和分擔的任務都得以簡化。 目前，在車身電子系統(tǒng)中，最經(jīng)濟實用的第31頁/共89頁第三十二頁，共89頁。低端網(wǎng)絡(wnglu)是LIN(Local Interconnect Network)，它也是由一些知名汽車制造商和半導體公司聯(lián)合推出的開放式協(xié)議。 LIN主要(zhyo)用在速率不高的串行通信場合，極有可能成為這一領域的行業(yè)標準。 圖10.7中B就是(jish)車門模塊中C

28、AN與LIN結合使用的實例。10.2.4 節(jié)點示例 設計CAN底層節(jié)點離不開與CAN協(xié)議相關的專用芯片，主要可分為以下幾類：1. 收發(fā)器 第32頁/共89頁第三十三頁，共89頁。 用于將TTL信號轉換為驅動CAN所需的差分電壓信號，高速(o s)CAN一般采用Philips公司的PCA82C250，低速容錯CAN可以使用美國著名的Motorola公司生產(chǎn)的MC33388。2. CAN的獨立(dl)控制器 僅集成有CAN模塊的控制芯片，如Philips的SJAl000，它全部的處理器資源(zyun)均用于實現(xiàn)CAN協(xié)議所規(guī)定的功能。3. CAN的微控制器 嵌有CAN協(xié)議控制模塊，并能用于其他工控

29、目的的通用微控制器，如ST的ST7/9與美國Motorola的MC68HC908AZ系列等。第33頁/共89頁第三十四頁，共89頁。 一般地，“CAN微控制器收發(fā)器”或“通用微控制器CAN獨立控制器收發(fā)器”這樣的組合(zh)，配上相應的外圍電路就構成節(jié)點。 它們既能承擔一定的測控任務，又能收發(fā)處理協(xié)議信息，經(jīng)導線連接就形成(xngchng)所謂的“控制器網(wǎng)絡”。 一個車門節(jié)點完整(wnzhng)的例子如圖10.8所示，其CAN微控制器采用的是ST725系列的8位單片機。 由于控制器的功能很強，所以在一個節(jié)點中集成了多個執(zhí)行器的驅動電路，用來控制驅動后視鏡、車窗玻璃升降器、門鎖和除霜器等。第34

30、頁/共89頁第三十五頁，共89頁。 控制車身電子系統(tǒng)的CAN大多使用(shyng)8位控制器，動力傳動和信息娛樂等高端領域則采用16位甚至32位的控制器。 網(wǎng)關也是一種節(jié)點，只不過同時屬于遵循不同協(xié)議(xiy)規(guī)范的多個網(wǎng)段。 汽車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)主要有兩種網(wǎng)關，一種(y zhn)是在高、低速CAN之間的網(wǎng)關，另一種(y zhn)是CAN和LIN之間的網(wǎng)關。 前者如圖10.9所示，主要由一片嵌有兩個CAN模塊的微控制器和兩類收發(fā)器構成。 該車門控制網(wǎng)關采用的是Motorola公司HC12系列的單片機中帶兩個MSCAN12模塊的微控制第35頁/共89頁第三十六頁，共89頁。器，從中還可以看出(kn ch)

31、高、低速CAN之間在總線形式上的差異。 至于CAN-LIN網(wǎng)關，因為LIN是用串口和LIN收發(fā)器進行通信的，所以用一片嵌有CAN模塊及SCI串口的微控制器和兩種收發(fā)器便能實現(xiàn)(shxin)，把圖10.9中的“診斷”模塊換成LIN的收發(fā)器就可以了。 第36頁/共89頁第三十七頁，共89頁。10.3 大眾(dzhng)車系車載網(wǎng)絡系統(tǒng) 大眾(dzhng)車系的車載網(wǎng)絡系統(tǒng)稱為CAN總線系統(tǒng)。 該車系具有動力系統(tǒng)CAN和舒適系統(tǒng)CAN兩個局域器控制網(wǎng)絡，并且(bngqi)設置了網(wǎng)關，將這兩個CAN連為一體就形成了車載網(wǎng)絡系統(tǒng)。 本節(jié)以國內(nèi)保有量很大的波羅(POLO)轎車為例介紹大眾車系的車載網(wǎng)絡系統(tǒng)

32、及其故障診斷方法。10.3.1 波羅(POLO)轎車CAN總線結構第37頁/共89頁第三十八頁，共89頁。 2002款波羅(b lu)(POLO)轎車設有先進的CAN總線。 該車具有(jyu)動力系統(tǒng)CAN和舒適系統(tǒng)CAN，并且設置了網(wǎng)關，將這兩個CAN連為一體形成了車載網(wǎng)絡系統(tǒng)。 通過網(wǎng)關，可從一個CAN讀取所接收的信息(xnx)、翻譯信息(xnx)，并向另一個CAN發(fā)送信息(xnx)。 波羅轎車CAN總線的連接形式，如圖10.10所示。 10.3.2 車載網(wǎng)絡控制單元J5191. 作用 車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元在車載網(wǎng)絡系統(tǒng)中第38頁/共89頁第三十九頁，共89頁。起重要(zhngyo)作用。

33、 它承擔以前一直由單獨的斷電器和控制(kngzh)單元所執(zhí)行的功能。 主要(zhyo)功能如下：(1) 負荷控制；(2) 車內(nèi)燈控制；(3) 燃油系統(tǒng)供給控制；(4) 后窗刮水器控制；(5) 前窗刮水器控制；(6) 后視鏡控制；第39頁/共89頁第四十頁，共89頁。(7) 后窗加熱(ji r)控制；(8) 后座椅靠背(ko bi)控制；(9) 轉向(zhunxing)信號燈控制；(10) 報警燈控制；(11) 編碼。2. 負荷控制 在行駛中大量舒適性裝備和電熱器(如座椅加熱裝置、后窗加熱裝置外后視鏡加熱和電子輔助加熱裝置)會引起發(fā)電動機過載，進而導致蓄電池放電，電路如圖10.11所示。第40頁

34、/共89頁第四十一頁，共89頁。 尤其是出現(xiàn)在距離極短的短途行車和冬季行駛時，以及時停時走和裝備(zhungbi)過多的車輛中。 考慮到短時間用電器的電流需求，車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制(kngzh)單元的負荷管理系統(tǒng)定期監(jiān)控蓄電池，網(wǎng)絡系統(tǒng)控制(kngzh)單元將采取措施，以保持行駛能力并確保車輛重新啟動能力。 具體措施如圖10.12所示。 3. 車內(nèi)燈控制(kngzh) 車內(nèi)燈控制電路圖如圖10.13所示。 如果前部和后部車內(nèi)燈開關都位于車門觸點位置，如圖10.14、圖10.15所示。第41頁/共89頁第四十二頁，共89頁。 通過車載(ch zi)網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元J519可以確保在車輛停止而車門未關

35、閉狀態(tài)下，車內(nèi)燈10 min后自動關閉，這樣可以避免蓄電池不必要的放電。 如果解除車輛聯(lián)鎖或拔出(b ch)點火鑰匙，30s后車內(nèi)燈自動接通。 在車輛鎖止或打開點火開關后車內(nèi)燈內(nèi)即關閉。車內(nèi)燈在撞車(zhung ch)時自動接通。 車內(nèi)燈控制的另一個作用是：在點火開關關閉約30min，自動關閉由手動打開的燈(車內(nèi)燈、前后閱讀燈、行李箱照明燈、雜物箱照明燈和化妝鏡)。第42頁/共89頁第四十三頁，共89頁。 該功能同樣有利于保持(boch)蓄電池電能。4. 燃油泵供給(gngj)控制 2002款波羅中的汽油發(fā)動機有一個新的燃油泵供給控制(kngzh)單元。 它是由燃油泵繼電器J17和燃油供給繼電

36、器J643并聯(lián)來代替單個集成防撞燃油關閉裝置的燃油泵繼電器。 這兩個繼電器位于車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元J519上的繼電器托架上，當駕駛員打開駕駛員側車門后，車門觸點開關F2(或集控門鎖F220的關閉單元)將信號發(fā)送到車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元。第43頁/共89頁第四十四頁，共89頁。 接著(ji zhe)車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元控制燃油供給繼電器J643，并使燃油泵G6運行大約2s。 打開點火開關或啟動發(fā)動機后，燃油泵G6通過(tnggu)燃油泵繼電器J17由發(fā)動機控制單元控制，電路圖如圖10.16所示。 在車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元有一個(y )定時開關，它有兩個作用：(1) 當駕駛員側車門短暫開啟時，避免燃油

37、泵持續(xù)運行；(2) 如果駕駛員側車門開啟超過30min，燃油泵重新受控。5. 后窗刮水器控制 第44頁/共89頁第四十五頁，共89頁。 在前風窗玻璃刮水器置于1擋或2擋或間歇擋的條件(tiojin)下，當在進入倒擋后，后窗刮水器將自動刮水一次，電路如圖10.17所示。 6. 前刮水器控制(kngzh) 如果風窗玻璃刮水器已接通間歇擋(取決于車速的間歇運行模式或下雨運行模式)，并且同時發(fā)動機蓋打開，信號將從發(fā)動機蓋接觸開關(kigun)F226發(fā)送至車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元。 控制單元將阻止刮水器運動，直到發(fā)動機蓋再次關閉，電路如圖10.18所示。 7. 外后視鏡和后窗加熱控制 第45頁/共89頁第

38、四十六頁，共89頁。 為了保持(boch)蓄電池電能，外后視鏡和后窗加熱裝置只有在發(fā)動機運行時才能接通，接通約20min后，加熱裝置將自動關閉，電路如圖10.19所示。 8. 后座椅靠背(ko bi)控制 后排座椅的中間位置帶有三點式安全帶的車輛(chling)具有后座椅靠背監(jiān)控功能。 如果后排座椅中間位置靠背部分安裝不正確，在打開點火開關后，儀表板中的一個指示燈亮起約20s，電路如圖10.20所示。 9. 信號燈和報警燈控制 車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元J519控制轉向燈閃第46頁/共89頁第四十七頁，共89頁。爍、閃爍報警(bo jng)、防盜報警(bo jng)裝置、集控門鎖及掛車轉向燈閃爍，電

39、路如圖10.21所示。 10. 編碼(bin m) 車輛的裝備范圍和國家標準決定了車載網(wǎng)絡系統(tǒng)單元(dnyun)的編碼。 編碼由廠方進行，如果在售后服務或維修的裝備被更改，例如安裝可加熱式座椅或更換新的控制單元，必須重新編碼。 需編碼的裝備見表10-2。 10.3.3 CAN總線的附屬裝置 波羅轎車CAN總線的附屬裝置主要有主熔絲支架、電位分配器、熔絲支架、繼電器托第47頁/共89頁第四十八頁，共89頁。架、耦接裝置、組合(zh)插頭等，其分布如圖10.22所示。1. 主熔絲支架(zhji) 主熔絲支架(zhji)位于蓄電池蓋上，結構如圖10.23所示。 熔絲的數(shù)目總是視車輛的裝備而定，主熔絲

40、最多容納6根帶狀熔絲和10根插接式熔絲。 通過一根導線實現(xiàn)與蓄電池(正極)的連接，緊靠蓄電池后安裝有熔絲，可防止電路過載。2. 電位分配器 電位分配器位于駕駛員側儀表板飾件之后，結構如圖10.24所示。第48頁/共89頁第四十九頁，共89頁。 通過電位分配，接線柱30V電壓從蓄電池上的主熔斷(rngdun)絲支架分配到各用電器。 3. 熔絲支架(zhji) 熔絲支架位于(wiy)儀表板左側的蓋板后，結構如圖10.25所示。 電路保護裝置中有兩種熔絲：一是最大熔斷電流為15A的微型熔絲；二是熔斷電流大于15A的小型熔絲。 這樣的組合有以下的優(yōu)點：(1) 同一結構中可以布置更多的熔絲；(2) 可以

41、對更多的電路安裝熔絲。熔絲在電路中縮寫為“SB”。第49頁/共89頁第五十頁，共89頁。4. 繼電器托架(tu ji) 繼電器托架位于(wiy)駕駛儀表板飾件之后，結構如圖10.26所示。 與微型中央電氣系統(tǒng)和輔助電器托架的結構(jigu)方式不同的是，波羅轎車繼電器托架與支承繼電器的結構(jigu)連為一體。5. 耦接裝置 耦接裝置用于連接車門中的電氣部件與車載網(wǎng)絡系統(tǒng)。 其功能與特點有：容易觸及；分隔導線與車門；第50頁/共89頁第五十一頁，共89頁。故障(gzhng)查詢時容易查詢。1) A柱耦接裝置(zhungzh) A柱耦接裝置位于A柱的上部車門(chmn)鉸接附近，結構如圖10.2

42、7(a)所示。 耦接裝置中有與下列車門內(nèi)電氣部分的插頭連接：喇叭、外觀視鏡、車門關閉單元、報警燈。2) B柱耦接裝置 B柱耦接裝置位于B柱后車門的上部車門鉸接附近，結構如圖10.27(b)所示。 耦接裝置中有與下列車門內(nèi)電氣部件的插頭連接：喇叭、車門關閉單元。 第51頁/共89頁第五十二頁，共89頁。6. 組合(zh)插頭 緊湊型組合插頭，連接(linji)發(fā)動機室中的一部分車載網(wǎng)絡系統(tǒng)和車內(nèi)一部分車載網(wǎng)絡系統(tǒng)。 它們通過(tnggu)模塊內(nèi)各插頭進行連接，與裝備或車型系列無關。 車載網(wǎng)絡系統(tǒng)插頭可以自由脫開，使檢測和安裝工作更簡便。 緊湊型組合插頭位于前圍左側，刮水器連桿后。 從發(fā)動機室和車

43、內(nèi)都可以觸及，結構如圖10.28所示。第52頁/共89頁第五十三頁，共89頁。 緊湊型組合插頭分為(fn wi)不同模塊。 各個模塊采用不同顏色(yns)和機械編碼的插頭進行連接，結構如圖10.29所示。 各個模塊(m kui)的功能見表10-3。 本章課程內(nèi)容結束了，休息一會兒吧！第53頁/共89頁第五十四頁，共89頁。圖10.1 CAN模塊(m kui)結構圖 第54頁/共89頁第五十五頁，共89頁。圖10.2 CAN體系結構圖 第55頁/共89頁第五十六頁，共89頁。圖10.3 采用(ciyng)C類CAN總線的汽車動力與傳動系統(tǒng)的總線結構圖 第56頁/共89頁第五十七頁，共89頁。圖1

44、0.4 采用LIN總線(zn xin)的汽車車身系統(tǒng)連接圖第57頁/共89頁第五十八頁，共89頁。圖10.5 汽車(qch)多媒體數(shù)據(jù)總線結構 第58頁/共89頁第五十九頁，共89頁。圖10.6 轎車(jioch)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(A Car Intranet) 第59頁/共89頁第六十頁，共89頁。圖10.6 轎車(jioch)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(A Car Intranet) 第60頁/共89頁第六十一頁，共89頁。圖10.7 CAN的使用(shyng)策略 第61頁/共89頁第六十二頁，共89頁。圖10.7 CAN的使用(shyng)策略 第62頁/共89頁第六十三頁，共89頁。圖10.8 節(jié)點(ji din

45、)一例第63頁/共89頁第六十四頁，共89頁。圖10.9 高、低速(d s)CAN之間的網(wǎng)關 第64頁/共89頁第六十五頁，共89頁。圖10.9 高、低速(d s)CAN之間的網(wǎng)關 第65頁/共89頁第六十六頁，共89頁。圖10.10 波羅轎車CAN總線(zn xin)的連接形式 第66頁/共89頁第六十七頁，共89頁。 圖10.11 車載網(wǎng)絡控制單元的負荷控制原理圖A蓄電池；C發(fā)電機；J發(fā)動機控制單元；J131可加熱式駕駛員座椅控制單元；J132可加熱式前座乘客座椅控制單元；J255空調(diào)(kn dio)電子控制系統(tǒng)控制單元；J301空調(diào)(kn dio)器控制單元；J519車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元

46、；J533數(shù)據(jù)總線診斷接口；Z1可加熱式后窗；Z4可加熱式外后視鏡，駕駛員側；Z5可加熱式外后視鏡，前座乘客側；Z6可加熱式駕駛員座椅；Z7可加熱式駕駛員靠背；Z8可加熱式前座乘客座椅；Z9可加熱式前座乘客靠背第67頁/共89頁第六十八頁，共89頁。圖10.12 負荷(fh)控制措施 第68頁/共89頁第六十九頁，共89頁。 圖10.13 車內(nèi)燈控制電路圖CAN-A-CAN驅動裝置數(shù)據(jù)總線；CAN-K-CAN驅動模式數(shù)據(jù)總線；D點火開關；F2駕駛員側車門(chmn)觸點開關；F3前乘客側車門(chmn)觸點開關；F10左后車門(chmn)觸點開關；F11右后車門(chmn)觸點開關；F220駕

47、駛員側集控門鎖關閉單元；F221前乘客側集控車門(chmn)鎖關閉單元；F222左后集控門鎖關閉單元；F223右后集控門鎖關閉單元；J519車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元；W前部車內(nèi)燈；W6雜物箱照明燈；W13前乘客側閱讀燈；Wl4帶照明的化妝鏡(前乘客側)；Wl8左行李箱照明燈；Wl9駕駛員側閱讀燈；W20帶照明的化妝鏡(駕駛員側)；W43后部車內(nèi)燈；*無集控門鎖的車輛；*有集控門鎖的車輛 第69頁/共89頁第七十頁，共89頁。圖10.14 前部車門(chmn)觸點位置 第70頁/共89頁第七十一頁，共89頁。圖10.15 后部車門(chmn)觸點位置 第71頁/共89頁第七十二頁，共89頁。圖10.16 燃油泵控制電路F2駕駛員側車門觸點(ch din)開關；F220駕駛員側集控門鎖關閉單元；G6燃油泵；J發(fā)動機控制單元；J17燃油泵繼電器；J519車載網(wǎng)絡系統(tǒng)控制單元；J643燃油供給繼電器；*無集控門鎖的車輛；*有集控門鎖的車輛 第72頁/共89頁第七