智能網(wǎng)聯(lián)汽車 4-1 認(rèn)知汽車總線與車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 教案

課題任務(wù)一認(rèn)知汽車總線與車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課時1課型新課學(xué)科智能網(wǎng)聯(lián)汽車教師學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)1.能說出汽車總線的作用。2.能闡述汽車總線的類型。3.能描述CAN總線的構(gòu)成、工作原理、仲裁機構(gòu)和特點。4.能描述LIN總線的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點。5.能描述MOST總線的結(jié)構(gòu)、工作原理、類型和特點。6.能說明車載以太網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)和發(fā)展應(yīng)用素質(zhì)目標(biāo)1.引導(dǎo)學(xué)生理解團隊合作、溝通協(xié)作以及個體責(zé)任與使命擔(dān)當(dāng)?shù)闹匾浴?.培養(yǎng)學(xué)生樹立集體主義觀念。教學(xué)重點1.能描述CAN總線的構(gòu)成、工作原理、仲裁機構(gòu)和特點。2.能描述LIN總線的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點。3.能描述MOST總線的結(jié)構(gòu)、工作原理、類型和特點。教學(xué)難點1.能描述CAN總線的構(gòu)成、工作原理、仲裁機構(gòu)和特點。2.能描述LIN總線的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點。3.能描述MOST總線的結(jié)構(gòu)、工作原理、類型和特點。教學(xué)方法講授法教學(xué)資源教學(xué)視頻、PPT教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容一、導(dǎo)入隨著汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，汽車上的傳感器越來越多，達(dá)到成百上千個，而且汽車上的傳感器和道路基礎(chǔ)設(shè)施上的傳感器也要互聯(lián)互通，這樣智能網(wǎng)聯(lián)汽車就會變成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)觀看視頻，初步了解車輛導(dǎo)航系統(tǒng)。播放視頻：智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)二、教學(xué)過程同學(xué)們，通過視頻，我們初步了解了智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，車聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)自動駕駛技術(shù)的一種重要途徑，其核心在于車路協(xié)同技術(shù)。智慧的車感知路、人、物等周圍環(huán)境的技術(shù)路線能夠彌補當(dāng)前自動駕駛汽車在信息感知、分析決策上的不足，盡快實現(xiàn)車輛的智能化自動化運營。汽車中的電子部件越來越多，大量的電子單元都要進行信息交互，傳統(tǒng)的點對點通信已經(jīng)不能滿足需求，因此必須要采用先進的總線技術(shù)。車用總線就是車載網(wǎng)絡(luò)中底層的車用設(shè)備或車用儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)其應(yīng)用。那么，目前汽車總線類型有哪些？提問1：汽車總線類型有哪些？明確1：提問2：導(dǎo)航系統(tǒng)的要求有哪些？明確2：目前主流的車用總線有：CAN總線、LIN總線、FlexRay總線和MOST總線。下面我們來看一則視頻。觀看視頻：CAN總線系統(tǒng)1.CAN總線CAN是ControllerAreaNetwork的縮寫，是串行通信協(xié)議。CAN總線也叫車內(nèi)局域網(wǎng)，它是一個有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。以某種形式連接各種控制單元，形成一個完整的系統(tǒng)。⑴CAN總線系統(tǒng)的總體構(gòu)成CAN總線系統(tǒng)的總體構(gòu)成主要由若干個節(jié)點（電控單元）、兩條數(shù)據(jù)傳輸線（CAN-H和CAN-L）及終端電阻組成。CAN數(shù)據(jù)傳輸線是雙向串行總線，大都采用具有較強抗干擾能力的雙絞線，分為CAN-H線和CAN-L線，兩線纏繞絞合在一起，其絞距為20mm，橫截面積為0.35mm2或0.5mm2并且CAN帶有終端電阻（120Ω），終端電阻的作用是防止信號在傳輸線終端產(chǎn)生反射波，而使正常傳輸?shù)臄?shù)據(jù)受到干擾。⑵CAN總線的硬件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)通信原理CAN節(jié)點主要由微控制器、CAN控制器、CAN收發(fā)器組成。CAN收發(fā)器對CAN-H和CAN-L兩根線的電壓做差分運算后生成差分電壓信號，然后采用“負(fù)邏輯”將差分電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。⑶CAN總線的仲裁機制數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的協(xié)議分別由CAN控制器和CAN收發(fā)器硬件自動完成，因此在CAN總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計時，主要任務(wù)是對其應(yīng)用層程序進行設(shè)計。⑷CAN總線特點①數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個節(jié)點可以向任何其他（一個或多個）節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個節(jié)點信息優(yōu)先級先后順序來決定通信次序；②多個節(jié)點同時發(fā)起通信時，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的，不會對通信線路造成擁塞；③通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率低于5Kbps），速率可達(dá)到1Mbps（通信距離小于40m）；④CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜，實行差分控制，CAN和HCALL之間始終相差2V左右的電壓。⑤CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量，實時性要求比較高，多主多從或者各個節(jié)點平等的現(xiàn)場中使用。觀看視頻：LIN線系統(tǒng)2.LIN總線LIN(LocalInterconnectNetwork)是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。⑴LIN總線系統(tǒng)的總體構(gòu)成LIN總線包含一個宿主節(jié)點和一個或多個從屬節(jié)點，所有節(jié)點都包含一個被分解為發(fā)送和接收任務(wù)的從屬通訊任務(wù)，而宿主節(jié)點還包含一個附加的宿主發(fā)送任務(wù)，在實時LIN總線中，通訊總是由宿主任務(wù)發(fā)起。⑵LIN總線的硬件結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)通信原理LIN總線上的所有通訊都由主機節(jié)點中的主機任務(wù)發(fā)起，主機任務(wù)根據(jù)進度表來確定當(dāng)前的通訊內(nèi)容，發(fā)送相應(yīng)的幀頭，并為報文幀分配幀通道，總線上的從機節(jié)點接收幀頭之后，通過解讀標(biāo)識符來確定自己是否應(yīng)該對當(dāng)前通訊做出響應(yīng)、做出何種響應(yīng)。在總線上實行“線與”，“0”為顯性電平、“1”為隱性電平，當(dāng)總線有至少一個節(jié)點發(fā)送顯性電平時，總線呈現(xiàn)顯性電平；所有節(jié)點均發(fā)送隱性電平或者不發(fā)送信息時，總線呈隱性電平，即顯性電平起著主導(dǎo)作用。⑶LIN總線特點①低成本：基于通用UART接口幾乎所有微控制器都具備LIN必需的硬件；極少的信號線即可實現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO9141規(guī)定。②傳輸速率高，傳輸速率最高可達(dá)20Kbit/s。③單主控器/多從設(shè)備模式無需仲裁機制；④從節(jié)點不需晶振或陶瓷震蕩器就能實現(xiàn)自同步，節(jié)省了從設(shè)備的硬件成本；⑤保證信號傳輸?shù)难舆t時間；⑥不需要改變LIN從節(jié)點的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點；⑦通常一個LIN網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點數(shù)目小于12個共有64個標(biāo)志符；3.MOST總線MOST總線是MediaOrientedSystemsTransport的縮寫，是用于多媒體數(shù)據(jù)傳送的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。MOST是一種專門針對車內(nèi)使用而開發(fā)的、服務(wù)于多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)總線技術(shù)。MOST表示“多媒體傳輸系統(tǒng)”。⑴MOST總線總體結(jié)構(gòu)MOST總線可以不需要額外的主控計算機系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)靈活、性能可靠和易于擴展，采用光纖POF（PlasticOpticalFiber）作為物理層的傳輸介質(zhì)，支持“即插即用”方式、在網(wǎng)絡(luò)上可以隨時添加和去除設(shè)備，具有方便簡潔的應(yīng)用系統(tǒng)界面。⑵MOST總線的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)MOST總線系統(tǒng)的故障診斷借助于數(shù)據(jù)總線的診斷接口和診斷CAN進行。在MOST總線中，各個終端設(shè)備（節(jié)點、控制單元）之間通過一個數(shù)據(jù)只沿一個方向傳輸?shù)沫h(huán)形總線連接，音頻、視頻信息在環(huán)形總線上循環(huán)，并由每個節(jié)點（控制單元）讀取和轉(zhuǎn)發(fā)。各個控制單元之間通過光導(dǎo)纖維相互連接而形成一個封閉環(huán)路，因此每個控制單元擁有兩根光導(dǎo)纖維，一根光導(dǎo)纖維用于發(fā)射器，一根光導(dǎo)纖維用于接收器。⑶MOST總線的數(shù)據(jù)類型⑷MOST總線的工作原理⑸MOST總線的特點①傳輸速率高②抗電磁干擾能力強③重量輕，占用空間小，成本低。提問3：車載網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀？明確3：車載以太網(wǎng)具有高帶寬、低延遲、低成本的特性，在新一代整車架構(gòu)中將替代CAN總線成為優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。1.車載以太網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化甚至自動駕駛時代已經(jīng)到來，ADAS技術(shù)的不斷創(chuàng)新，高質(zhì)量汽車娛樂音頻和視頻的應(yīng)用，以及OTA遠(yuǎn)程升級、V2X、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的