車載網(wǎng)絡(luò)汽車電子控制技術(shù)教學(xué)課件

1、 一、車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長度可達(dá)2000米，電氣節(jié)點(diǎn)達(dá)1500個(gè)，而且，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，該數(shù)字大約每十年增長1倍，從而加劇了粗大的線束與汽車有限的可用空間之間的矛盾。無論從材料成本還是工作效率看，傳統(tǒng)布線方法都將不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。傳統(tǒng)布線方法的導(dǎo)線長度與連接插頭數(shù)量如圖9-1所示：車載網(wǎng)絡(luò) 情境一 概述 圖9-1 傳統(tǒng)布線方法的導(dǎo)線長度與連接插頭數(shù)量二、車載網(wǎng)絡(luò)的類型按照系統(tǒng)的信息量、響應(yīng)速度、可靠性等要求將車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)四類。A級(jí)是面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率通常小于20Kbps,主要用于天窗、雨刮、空調(diào)、照明

2、等控制；B級(jí)是面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中低速網(wǎng)絡(luò)，速率在30-125Kbps,主要用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)；C級(jí)是面向?qū)崟r(shí)性控制的中高速網(wǎng)絡(luò)。速率在125Kbps-1Mbps之間，主要用于牽引控制、發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、ABS等系統(tǒng)；D級(jí)是面向媒體傳輸?shù)母咚倬W(wǎng)絡(luò)，速率在1Mbps以上，主要用于導(dǎo)航、車載音響、車載電話等信息娛樂系統(tǒng)。按汽車局域網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，CAN的C類網(wǎng)絡(luò)將逐步普及并占主導(dǎo)地位。三、常用基本術(shù)語簡(jiǎn)介（一）多路傳輸多路傳輸即在同一通道或線路上同時(shí)傳輸多條信息。這聽起來好像不可能，但在某種意義上講是可能的。多路復(fù)用技術(shù)有多種形式，如頻分多路復(fù)用（FDM）、時(shí)分多路復(fù)用（

3、TDM)和碼分多址（CDMA）等。（二）局域網(wǎng)1.局域網(wǎng)的定義及特點(diǎn)局域網(wǎng)絡(luò)是在一個(gè)有限區(qū)域內(nèi)連接的計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)。通常，將局域網(wǎng)劃分成三類，即一般局域網(wǎng)（LAN）、高速局域網(wǎng)（HSLN）和計(jì)算機(jī)化分組交換機(jī)（C13X）。這三類局域網(wǎng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案上差距很大，三類局域網(wǎng)主要是為滿足不同要求而獨(dú)立研制的。一般局域網(wǎng)和高速局域網(wǎng)的通信協(xié)議是分別定義的。三類局域網(wǎng)的主要特性見表9-2。表9-2 局域網(wǎng)分類和主要特性特 性一般局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)化分組交換機(jī)傳輸媒體雙絞線、同軸電纜、光纖CATV同軸電纜雙絞線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線/樹、環(huán)形總線星形傳輸速率/Mbit/s1-20509.6-64最大距離/k

4、m2511支持設(shè)備數(shù)100-100010100-1000連接費(fèi)用中等高低2.局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所謂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是網(wǎng)絡(luò)的物理連接方式。局域網(wǎng)的常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種：星型、環(huán)形、總線型。（1）星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖9-2 星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2）總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖9-3 總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(3）環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖9-4 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（三）現(xiàn)場(chǎng)總線（Field Bus）是在工業(yè)過程控制和生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展起來的一種網(wǎng)絡(luò)體系，是在過程現(xiàn)場(chǎng)安裝在控制室先進(jìn)自動(dòng)化裝置中的一種串行數(shù)字通信鏈路。該系統(tǒng)是用于過程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。 （四）CA

5、N CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初,CAN 被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。（五）數(shù)據(jù)總線（六）模塊/節(jié)點(diǎn)模塊是一種電子裝置，在計(jì)算機(jī)多路傳輸系統(tǒng)中的控制單元模塊被稱為節(jié)點(diǎn)。一般來說，普通傳感器是不能作為多路傳輸系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)的，如果傳感器要想成為一個(gè)模塊布點(diǎn)，則該傳感器必須具備支持多路傳輸功能的電控單元，如大眾車系的轉(zhuǎn)角傳感器。（七）鏈路（傳輸媒體）鏈路指網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)拿襟w，分為無線和有線兩種類型，目前車上使用的大多數(shù)都是有線網(wǎng)絡(luò)，通常用于局

6、域網(wǎng)的傳輸媒體有：光纖、同軸電纜和雙絞線。其主要特性見表9-3。表9-3 光纖、同軸電纜和雙絞線的主要特性媒 體信號(hào)類型最大數(shù)據(jù)傳輸速度/Mbit/s最大傳輸距離/km網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)雙絞線數(shù)字1-20.1幾十同軸電纜（50）數(shù)字10幾百同軸電纜（75）數(shù)字501幾十同軸電纜（75）FOM模擬2010幾千同軸電纜（75）單通道模擬501幾十光纖模擬1001幾十（八）幀為了可靠地傳輸數(shù)據(jù)，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一定長度的數(shù)據(jù)單元，這就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯卧?，稱其為幀。幀有以下四種類型：1.數(shù)據(jù)幀:數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳送到接收器。2.遠(yuǎn)程幀:總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。3.錯(cuò)誤幀:任何

7、節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。4.超載幀:超載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀(或遠(yuǎn)程幀)之間提供一附加的延時(shí)。（九）傳輸協(xié)議傳輸協(xié)議也稱通信協(xié)議，是控制通信實(shí)體間有效完成信息交換的一組約定和規(guī)則。換句話說，要想交流成功，通信雙方必須“說同樣的語言”（如相同的語法規(guī)則和語速等）。協(xié)議的三要素為：1.語法：確定通信雙方之間“如何講”，即通信信息幀的格式。 2.語義：確定通信雙方之間“講什么”，即通信信息幀的數(shù)據(jù)和控制信息。 3.定時(shí)規(guī)則：確定事件傳輸?shù)捻樞蛞约八俣绕ヅ洌ㄊ﹤鬏斨俨卯?dāng)出現(xiàn)數(shù)個(gè)使用者同時(shí)申請(qǐng)利用總線發(fā)送信息時(shí)，會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突，好比同時(shí)有兩個(gè)或者多個(gè)人想要過獨(dú)木橋一樣，傳輸仲裁就是

8、為了避免數(shù)據(jù)傳輸沖突，保證信息按其重要程度來發(fā)送。（十一）網(wǎng)關(guān)一種有特殊功能的計(jì)算機(jī)在車上有很多總線和網(wǎng)絡(luò)的情況下，能達(dá)到信息的共享而不產(chǎn)生協(xié)議間的沖突，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳遞。四、數(shù)據(jù)總線新技術(shù)-藍(lán)牙技術(shù)在汽車工業(yè)中把藍(lán)牙技術(shù)用做CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，將使汽車具有更高的無線接口能力，從而具有更廣闊的市場(chǎng)前景。為得到這個(gè)市場(chǎng)，必須在汽車中存儲(chǔ)專用的藍(lán)牙MAC層,并能通過CPU的指令在它與用戶定制的MAC間切換。如果進(jìn)一步，藍(lán)牙芯片與用戶定制MAC相結(jié)合，將藍(lán)牙單元安置在需要靈活電纜的地方：而不是僅僅與上面提到的藍(lán)牙CAN網(wǎng)關(guān)通信，市場(chǎng)潛力會(huì)更大。一、CAN總線的組成CAN數(shù)據(jù)總線由一個(gè)控制器，一個(gè)收

9、發(fā)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸終端以及兩條數(shù)據(jù)線組成。除數(shù)據(jù)傳輸線外，其他元件都置于控制單元內(nèi)部?？刂茊卧δ懿蛔儭＃ㄈ鐖D9-10）1. CAN控制器CAN控制器是用來接收控制單元中微電腦傳來的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將其傳往CAN收發(fā)器。同樣CAN控制器也接收CAN收發(fā)器傳來的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將其傳往控制單元中的微電腦。情境二 CAN總線系統(tǒng)組成 2.CAN收發(fā)器CAN收發(fā)器將CAN控制器傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線。它也為CAN控制器接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。3.數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端是一個(gè)電阻器，其作用是防止數(shù)據(jù)在線端被反射，并以回聲的形式返回。數(shù)據(jù)在線端被反射會(huì)影響數(shù)據(jù)的傳輸。

10、4.數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸線（亦稱BUS線）是雙向?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)?。兩條傳輸線分別被稱為CAN（H）和CAN(L)。為了防止外界電磁波的干擾和向外輻射，CAN總線將兩條線纏繞在一起。這兩條線的電位相反，如果一條是5V，另一條就是0V，始終保持電壓總和為一常數(shù)。通過這種方法，CAN數(shù)據(jù)總線得到了保護(hù)，使其免受外界的電磁場(chǎng)干擾。 5.數(shù)據(jù)傳遞過程（1）提供數(shù)據(jù)：控制單元向CAN控制器提供數(shù)據(jù)用于傳輸。 （2）發(fā)送數(shù)據(jù)：CAN收發(fā)器從CAN控制器處接收信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制電信號(hào)發(fā)送出去。 （3）接收數(shù)據(jù)：CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所有的控制單元的收發(fā)器都接收數(shù)據(jù)。 （4）檢驗(yàn)數(shù)據(jù)：控制單元對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)

11、，看此數(shù)據(jù)是否是其功能所需。 （5）認(rèn)可數(shù)據(jù)：如果接收到的數(shù)據(jù)是有用的，將被認(rèn)可及處理，反之則忽略掉。 （三）控制方式汽車的一些基本狀態(tài)信息（如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，車輪轉(zhuǎn)速，冷卻液溫度等）是大部分控制單元必須獲取的數(shù)據(jù)，控制單元采用廣播發(fā)送式向總線發(fā)送。如果在同一時(shí)刻所有控制單元都向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，將發(fā)生總線數(shù)據(jù)沖突，此時(shí)，CAN總線協(xié)議提出用標(biāo)識(shí)符識(shí)別數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)的總線仲裁。 一、故障狀態(tài)（一）故障狀態(tài)的種類一個(gè)單元可能為下列3種狀態(tài)中的某一種。1.錯(cuò)誤認(rèn)可狀態(tài)錯(cuò)誤認(rèn)可狀態(tài)是指容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的狀態(tài)。處于錯(cuò)誤認(rèn)可狀態(tài)的組件可以參與總線上的通信，但為了不妨礙其他組件的通信，接收信息時(shí)不能發(fā)出出現(xiàn)錯(cuò)誤激活的通知

12、。處于錯(cuò)誤認(rèn)可狀態(tài)的組件即便檢測(cè)到錯(cuò)誤，但如果其余處于錯(cuò)誤激活狀態(tài)的組件沒有檢測(cè)到錯(cuò)誤的話，就可以判斷為整個(gè)總線沒有錯(cuò)誤。情境三 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷與維修2.錯(cuò)誤激活狀態(tài)錯(cuò)誤激活狀態(tài)是指可以正常參與總線通信的狀態(tài)。錯(cuò)誤激活狀態(tài)的單元在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，輸出錯(cuò)誤激活的標(biāo)志。3.總線關(guān)閉狀態(tài)總線關(guān)閉狀態(tài)即不能參與總線通信的狀態(tài)。有關(guān)信息發(fā)送與接收的所有動(dòng)作均被禁止。二、車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障類型與診斷方法（一）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障原因?qū)τ谲囕d網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的維修，應(yīng)根據(jù)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和控制回路具體分析。一般來說，引起車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的原因有三種：1.汽車電源系統(tǒng)引起的故障；2.車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的鏈路故障；3

13、.車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)故障。（二）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本診斷步驟和檢測(cè)方法車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般診斷步驟為：1.了解該車型的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)特點(diǎn)（包括傳輸介質(zhì)、幾種子網(wǎng)及車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)形式等）。2.車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能，如有無休眠功能和喚醒功能等。3.檢查汽車電源系統(tǒng)是否存在故障，如交流發(fā)電機(jī)的輸出波形是否正常（若不正常將導(dǎo)致信號(hào)干擾等故障）等。4.檢查車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的鏈路是否存在故障，采用跨線法或采用替換法進(jìn)行檢測(cè)。5.如果是節(jié)點(diǎn)故障，只能采用替換法進(jìn)行檢測(cè)。（三）雙線式車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的檢測(cè)方法1.兩個(gè)控制單元組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的檢測(cè)檢測(cè)時(shí)，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，斷開兩個(gè)控制單元（如圖9-19）。檢查數(shù)據(jù)總線是

14、否斷路、短路或?qū)φ龢O/搭鐵短路。如果數(shù)據(jù)總線無故障，更換較易拆下（或較便宜）的一個(gè)控制單元試一下。如果數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)仍不能正常工作，再更換另一個(gè)控制單元。圖9-19 兩個(gè)控制單元組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng) 2.三個(gè)或更多控制單元組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，先讀出控制單元內(nèi)的故障碼。如圖9-20所示，如果控制單元1與控制單元2和控制單元3之間無通信，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，斷開與總線相連的控制單元，檢查數(shù)據(jù)總線是否斷路。如果總線無故障，更換控制單元1。如果所有控制單元均不能發(fā)送和接收信號(hào)（故障存儲(chǔ)器存儲(chǔ)“硬件故障”），則關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，斷開與數(shù)據(jù)總線相連的控制單元，檢測(cè)數(shù)據(jù)總線是否短路，是否對(duì)正極/搭鐵短路。圖9-20 三個(gè)控制單元組成的雙線式總線系統(tǒng) 3.CAN總線傳輸線路檢測(cè)注意事項(xiàng)如果線路中出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，不可用外接一條線來代替損壞的CAN線。非雙絞線長度不能大于10mm的距離，如圖9-21所示。維修總線時(shí)不可改變連節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)必須保持連接在CAN總線上。圖9-21 檢修注意4.檢查是否某一控制單元引起該故障如果數(shù)據(jù)總線上查不出引起硬件損壞的原因，檢查是否為某一控制單元引起該故障。(l）將所有通過CAN 數(shù)據(jù)總線傳遞數(shù)據(jù)的控制單元斷開，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)；(2）接上其中一個(gè)控制單