車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-文檔資料

1、LOGO車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用與展望與展望2Contents1. 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡史2. 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹3. 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用4. 各種車用總線的介紹5. 結(jié)語31 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡史v 從1980年起，汽車內(nèi)開始裝用網(wǎng)絡(luò)。v 1983年，豐田公司在世紀(jì)牌汽車上最早采用了應(yīng)用光纜的車門控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了多個節(jié)點的連接通信、此系統(tǒng)采用了集中控制方法。v 1987年日產(chǎn)公司的車門相關(guān)系統(tǒng)，GM公司的車燈控制系統(tǒng)已經(jīng)處于批量生產(chǎn)的階段。這個時間德國的Robert Bosch公司提出了汽車車載局域網(wǎng)（LAN）的基本協(xié)議-控制器局域網(wǎng)（Controller

2、 Area Network），簡稱CAN。v 接著，美國汽車工程師學(xué)會（SAE）提出了J1850，在美國通過采用SAE J1850普及了數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，在 SAE中也通過了CAN的標(biāo)準(zhǔn)，明確表示將轉(zhuǎn)向CAN協(xié)議，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，歐洲又以與CAN協(xié)議不同的思路提出了控制系統(tǒng)的新協(xié)議TTP（Time Triggered Protocol），并已開始應(yīng)用。4Contents1. 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡史 2. 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹3. 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用4. 各種車用總線的介紹5. 結(jié)語52 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹v現(xiàn)場總線 是用作現(xiàn)場控制系統(tǒng)的，直接與所有受控（設(shè)備）節(jié)點進(jìn)行相連的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線

3、控制系統(tǒng)既是一個開放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一個全分布控制系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，使系統(tǒng)成為具有測量、控制、執(zhí)行和過程診斷等綜合能力的網(wǎng)絡(luò)。然而現(xiàn)場的環(huán)境干擾因素眾多，有些很強(qiáng)烈且?guī)в型话l(fā)性，這就決定了現(xiàn)場總線有別于一般網(wǎng)絡(luò)，是一個具有自已特色的新型領(lǐng)域。62 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹v 自20世紀(jì)80年代末以來，現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，并在此特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示出其影響和優(yōu)勢，如：控制器局域網(wǎng)（CAN）、車載局域網(wǎng)（VAN）、局域網(wǎng)互聯(lián)（LIN）、過程現(xiàn)場總線（PROFIBOS）等，其中CAN總線和LIN總線是汽車電子控制中應(yīng)用最廣泛的總線。按照汽車網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)屬于局域網(wǎng)、總線型結(jié)構(gòu)。由

4、于它要傳輸?shù)男畔级绦?，要求實時性強(qiáng)、可靠性高，因而要求網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次小，以有利于提高實時性和降低受干擾的概率。v 汽車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括兩大部分：一是通信部分，二是網(wǎng)絡(luò)管理部分。72 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹v 現(xiàn)場總線的通信結(jié)構(gòu)只采用了ISO/OSI的三層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。如圖1所示：圖1 汽車局域網(wǎng)的參考模型應(yīng)用層（Application）數(shù)據(jù)鏈路層（Date link）物理層（Physical）物理層（Physical）數(shù)據(jù)鏈路層（Date link）應(yīng)用層（Application）物理介質(zhì)發(fā)送端接收端82 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹德國德國BOSCH最早開發(fā)推出最早開發(fā)推出的歐洲規(guī)范的歐

5、洲規(guī)范CAN。目前主要的汽車網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)范 美國汽車工程美國汽車工程師協(xié)會師協(xié)會(SAE)開發(fā)的美國規(guī)開發(fā)的美國規(guī)范范J1850。 92 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹v目前汽車最新最快的數(shù)據(jù)傳輸方式應(yīng)屬于光纖網(wǎng)絡(luò)v奔馳光纖通信系統(tǒng)-D2B，它利用光波來傳送信息，數(shù)據(jù)按次序在光纖網(wǎng)絡(luò)中傳輸。此系統(tǒng)用于收音機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航、CD、音控放大器、移動電話、道路交通導(dǎo)航系統(tǒng)之間。v寶馬光纖通信系統(tǒng)-MOST，全稱是多媒體傳輸系統(tǒng)（Multimedia Oriented System Transportl），是專為在車輛中使用而開發(fā)的一種多媒體應(yīng)用通信技術(shù)、在無線通信方面，采用Blue tooth規(guī)范，它主要是面向下一代汽

6、車應(yīng)用，如聲音系統(tǒng)、信息通信等。典型一 典型二 10Contents1. 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡史 2. 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹3. 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用4. 各種車用總線的介紹5. 結(jié)語113 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用v 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上主要用于動力傳動系統(tǒng)、車身系統(tǒng)安全系統(tǒng)和信息系統(tǒng)，其應(yīng)用等級如圖。車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用等級圖 123 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用v 各類典型總線在應(yīng)用領(lǐng)域上所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)特性與節(jié)點成本進(jìn)行了統(tǒng)計如圖所示。 各種典型車用總線與節(jié)點成本的統(tǒng)計圖134 各種車用總線的介紹v （1）CAN總線 v （2）局域網(wǎng)互聯(lián)（LIN）v （3）面向媒體的系統(tǒng)傳輸（MOST）v （4）

7、FlexR144 各種車用總線的介紹-CAN總線v CAN總線是由德國BOSCH公司為了解決汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)出的一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非破壞性總線仲裁技術(shù)以及靈活的通信方式適應(yīng)了汽車實時性和可靠性的要求，己經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11898)，其應(yīng)用范圍也從最初的汽車電控逐步擴(kuò)展到工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，成為最有前途的現(xiàn)場總線之一。154 各種車用總線的介紹-CAN總線vCAN總線的優(yōu)點：使用簡單方便許多CAN控制器實現(xiàn)了CAN物理層及數(shù)據(jù)鏈層的大部分功能，用戶只需對CAN控制器進(jìn)行初始化和對CAN總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)操作即可實現(xiàn)通信。高可靠性CAN總線的

8、最大通信速率可達(dá)1Mbps，CAN總線是多種節(jié)點，各節(jié)點通過總線仲裁獲得總線控制權(quán)。完善的錯誤處理機(jī)制保證了高噪聲干擾環(huán)境下數(shù)據(jù)傳遞的可靠性。系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好CAN總線是基于發(fā)送報文的編碼，而不是對CAN控制節(jié)點進(jìn)行編碼，故增加或者刪除CAN控制節(jié)點不會對系統(tǒng)造成太大的影響。164 各種車用總線的介紹-CAN總線汽車傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)圖 汽車CAN總線布線網(wǎng)絡(luò)圖174 各種車用總線的介紹- LIN 局域網(wǎng)互聯(lián)(LIN)是用于汽車分布式電控系統(tǒng)的一種新型低成本串行通信系統(tǒng)，它是一種基于UART的數(shù)據(jù)格式、主從結(jié)構(gòu)的單線12V的總線通信系統(tǒng)，主要用于智能、傳感器和執(zhí)行器的串行通信，而這正是CAN總線的帶

9、寬和功能所不要求的部分。由于目前尚未建立低端多路通信的汽車標(biāo)準(zhǔn)，因此LIN正試圖發(fā)展成為低成本的串行通信的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。LIN的標(biāo)準(zhǔn)簡化了現(xiàn)有的基于多路解決方案的低端SCI，同時將降低汽車電子裝置的開發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)費(fèi)用。LIN采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達(dá)20kb/s，對于低端的大多數(shù)應(yīng)用對象來說，這個速度是可以接受的，它的媒體訪問采用單主、多從的機(jī)制，不需要進(jìn)行仲裁。從節(jié)點中不需要晶體震蕩器而能進(jìn)行自同步，這極大地減少了硬件平臺的成本。184 各種車用總線的介紹- MOSTv面向媒體的系統(tǒng)傳輸（Media Oriented Systems Transport，MOST）是在汽車制造商和供

10、應(yīng)商中越來越受推崇的一種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它提供了一個可以管理所有多媒體設(shè)備的單個界面，能夠處理針對不同目標(biāo)的多個數(shù)據(jù)流，而不失和諧。v MOST 系統(tǒng)是利用光導(dǎo)纖維作為信息傳導(dǎo)媒介，進(jìn)行數(shù)字信號的傳輸。首先各控制元件將電磁脈沖信號轉(zhuǎn)化為光脈沖信號，傳送到光纖上，而后相應(yīng)的接收電腦又將光脈沖信號轉(zhuǎn)換回電磁脈沖信號，從而完成相應(yīng)的控制功能。由于MOST 系統(tǒng)的高傳輸速率，因此它可以做到只用兩根光纖即可同時傳遞多路信號。 19MOST網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點 低成本 - 4 各種車用總線的介紹- MOST204 各種車用總線的介紹- FlexRayv FlexRay是一個為車載應(yīng)用系統(tǒng)高層網(wǎng)絡(luò)和“線控”系統(tǒng)開發(fā)的通信標(biāo)

11、準(zhǔn)。它的最大特點就是在提高數(shù)據(jù)傳輸率的條件下，能夠滿足汽車安全要求的可靠性指標(biāo)。FlexRay利用兩條獨(dú)立的物理線路進(jìn)行通信，每條線路的數(shù)據(jù)速率為10Mb/s。兩條通信線路主要用來實現(xiàn)冗余，因此消息傳輸具有容錯能力，也可以利用兩條線路來傳輸不同的消息，以使數(shù)據(jù)吞吐量可以加倍。214 各種車用總線的介紹- FlexRayvTTP/C和FlexRay比較：v 在總線訪問方式上，TTP/C和FlexRay都提供了時間觸發(fā)和事件觸發(fā)方式，它們都能滿足未來的“線控”（X-by-wire）系統(tǒng)對系統(tǒng)的實時性和可靠性的要求，但FlexRay在事件觸發(fā)方面，其節(jié)點共享決定了其靈活性更好。 v 從成本方面來考慮

12、，初始價格FlexRay不占優(yōu)勢，但是生產(chǎn)商在后期組裝線上節(jié)約的時間和金錢以及用戶維護(hù)成本的下降，將使得FlexRay在TTP/C的競爭上具有優(yōu)勢。 224 各種車用總線的介紹- FlexRay FlexRay在物理連接結(jié)構(gòu)方面總線監(jiān)控與其監(jiān)控的節(jié)點共用電源和同步時鐘。 FlexRay的節(jié)點結(jié)構(gòu)圖234 各種車用總線的介紹- FlexRayvFlexRay具有以下特點： 一個有故障耐受能力的系統(tǒng)必須保證網(wǎng)上成員不能將系統(tǒng)阻斷。網(wǎng)絡(luò)上的物理故障，例如：短路，可以將出問題的網(wǎng)絡(luò)分支封閉，故障的封閉由獨(dú)立事件控制。故障耐受故障耐受能力能力 最大數(shù)據(jù)傳輸率為10Mb/s，還可更高一些。FlexRay網(wǎng)

13、的結(jié)構(gòu)可以有四種形式，即：總線式星形網(wǎng)、星形總線混合式及多個星形串接式。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸率及結(jié)構(gòu)率及結(jié)構(gòu) 時間同步時間同步 整個網(wǎng)絡(luò)有一個總體時鐘，每一個控制單元有一個局部時鐘，F(xiàn)lexRay系統(tǒng)有一個特定的控制算法，使網(wǎng)絡(luò)中每一單個節(jié)點的局部時鐘與總體時鐘同步，利用偏移修正和時間修正這兩種方法與總體時鐘同步。244 各種車用總線的介紹- FlexRayvFlexRay的車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用v FlexRay的重要應(yīng)用之一是線控操作(如線控轉(zhuǎn)向、線控剎車等)，即利用容錯的電氣/電子系統(tǒng)取代機(jī)械/液壓部分。線控操作包括從轉(zhuǎn)向到剎車和加速等所有汽車控制應(yīng)用互連技術(shù)，它可以補(bǔ)充并將最終代替目前的機(jī)械和液壓解決