车载网络汽车电子控制技术教学课件

1、 一、车载网络的发展据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2000米，电气节点达1500个，而且，根据统计，该数字大约每十年增长1倍，从而加剧了粗大的线束与汽车有限的可用空间之间的矛盾。无论从材料成本还是工作效率看，传统布线方法都将不能适应汽车的发展。传统布线方法的导线长度与连接插头数量如图9-1所示：车载网络 情境一 概述 图9-1 传统布线方法的导线长度与连接插头数量二、车载网络的类型按照系统的信息量、响应速度、可靠性等要求将车载网络系统分为A级、B级、C级、D级四类。A级是面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输速率通常小于20Kbps,主要用于天窗、雨刮、空调、照明

2、等控制；B级是面向独立模块间数据共享的中低速网络，速率在30-125Kbps,主要用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统；C级是面向实时性控制的中高速网络。速率在125Kbps-1Mbps之间，主要用于牵引控制、发动机、自动变速器、ABS等系统；D级是面向媒体传输的高速网络，速率在1Mbps以上，主要用于导航、车载音响、车载电话等信息娱乐系统。按汽车局域网的发展趋势，CAN的C类网络将逐步普及并占主导地位。三、常用基本术语简介（一）多路传输多路传输即在同一通道或线路上同时传输多条信息。这听起来好像不可能，但在某种意义上讲是可能的。多路复用技术有多种形式，如频分多路复用（FDM）、时分多路复用（

3、TDM)和码分多址（CDMA）等。（二）局域网1.局域网的定义及特点局域网络是在一个有限区域内连接的计算机的网络。通常，将局域网划分成三类，即一般局域网（LAN）、高速局域网（HSLN）和计算机化分组交换机（C13X）。这三类局域网在系统结构和设计方案上差距很大，三类局域网主要是为满足不同要求而独立研制的。一般局域网和高速局域网的通信协议是分别定义的。三类局域网的主要特性见表9-2。表9-2 局域网分类和主要特性特 性一般局域网高速局域网计算机化分组交换机传输媒体双绞线、同轴电缆、光纤CATV同轴电缆双绞线拓扑结构总线/树、环形总线星形传输速率/Mbit/s1-20509.6-64最大距离/k

4、m2511支持设备数100-100010100-1000连接费用中等高低2.局域网的拓扑结构所谓拓扑结构就是网络的物理连接方式。局域网的常用拓扑结构有三种：星型、环形、总线型。（1）星形网络拓扑结构图9-2 星形网络拓扑结构（2）总线型网络拓扑结构图9-3 总线型网络拓扑结构(3）环形网络拓扑结构图9-4 环形网络拓扑结构（三）现场总线（Field Bus）是在工业过程控制和生产自动化领域发展起来的一种网络体系，是在过程现场安装在控制室先进自动化装置中的一种串行数字通信链路。该系统是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表互连的通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。 （四）CA

5、N CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初,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。（五）数据总线（六）模块/节点模块是一种电子装置，在计算机多路传输系统中的控制单元模块被称为节点。一般来说，普通传感器是不能作为多路传输系统的节点的，如果传感器要想成为一个模块布点，则该传感器必须具备支持多路传输功能的电控单元，如大众车系的转角传感器。（七）链路（传输媒体）链路指网络信息传输的媒体，分为无线和有线两种类型，目前车上使用的大多数都是有线网络，通常用于局

6、域网的传输媒体有：光纤、同轴电缆和双绞线。其主要特性见表9-3。表9-3 光纤、同轴电缆和双绞线的主要特性媒 体信号类型最大数据传输速度/Mbit/s最大传输距离/km网络节点数双绞线数字1-20.1几十同轴电缆（50）数字10几百同轴电缆（75）数字501几十同轴电缆（75）FOM模拟2010几千同轴电缆（75）单通道模拟501几十光纤模拟1001几十（八）帧为了可靠地传输数据，通常将原始数据分割成一定长度的数据单元，这就是数据传输的单元，称其为帧。帧有以下四种类型：1.数据帧:数据帧将数据从发送器传送到接收器。2.远程帧:总线单元发出远程帧，请求发送具有相同标识符的数据帧。3.错误帧:任何

7、节点检测到总线错误就发出错误帧。4.超载帧:超载帧用以在先行的和后续的数据帧(或远程帧)之间提供一附加的延时。（九）传输协议传输协议也称通信协议，是控制通信实体间有效完成信息交换的一组约定和规则。换句话说，要想交流成功，通信双方必须“说同样的语言”（如相同的语法规则和语速等）。协议的三要素为：1.语法：确定通信双方之间“如何讲”，即通信信息帧的格式。 2.语义：确定通信双方之间“讲什么”，即通信信息帧的数据和控制信息。 3.定时规则：确定事件传输的顺序以及速度匹配（十）传输仲裁当出现数个使用者同时申请利用总线发送信息时，会发生数据传输冲突，好比同时有两个或者多个人想要过独木桥一样，传输仲裁就是

8、为了避免数据传输冲突，保证信息按其重要程度来发送。（十一）网关一种有特殊功能的计算机在车上有很多总线和网络的情况下，能达到信息的共享而不产生协议间的冲突，实现无差错的数据传递。四、数据总线新技术-蓝牙技术在汽车工业中把蓝牙技术用做CAN网络的网关，将使汽车具有更高的无线接口能力，从而具有更广阔的市场前景。为得到这个市场，必须在汽车中存储专用的蓝牙MAC层,并能通过CPU的指令在它与用户定制的MAC间切换。如果进一步，蓝牙芯片与用户定制MAC相结合，将蓝牙单元安置在需要灵活电缆的地方：而不是仅仅与上面提到的蓝牙CAN网关通信，市场潜力会更大。一、CAN总线的组成CAN数据总线由一个控制器，一个收

9、发器，两个数据传输终端以及两条数据线组成。除数据传输线外，其他元件都置于控制单元内部。控制单元功能不变。（如图9-10）1. CAN控制器CAN控制器是用来接收控制单元中微电脑传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往CAN收发器。同样CAN控制器也接收CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往控制单元中的微电脑。情境二 CAN总线系统组成 2.CAN收发器CAN收发器将CAN控制器传来的数据转化为电信号并将其送入数据传输线。它也为CAN控制器接收和转发数据。3.数据传输终端数据传输终端是一个电阻器，其作用是防止数据在线端被反射，并以回声的形式返回。数据在线端被反射会影响数据的传输。

10、4.数据传输线数据传输线（亦称BUS线）是双向对数据进行传输的。两条传输线分别被称为CAN（H）和CAN(L)。为了防止外界电磁波的干扰和向外辐射，CAN总线将两条线缠绕在一起。这两条线的电位相反，如果一条是5V，另一条就是0V，始终保持电压总和为一常数。通过这种方法，CAN数据总线得到了保护，使其免受外界的电磁场干扰。 5.数据传递过程（1）提供数据：控制单元向CAN控制器提供数据用于传输。 （2）发送数据：CAN收发器从CAN控制器处接收信号，并将其转化为二进制电信号发送出去。 （3）接收数据：CAN网络系统所有的控制单元的收发器都接收数据。 （4）检验数据：控制单元对接收到的数据进行检测

11、，看此数据是否是其功能所需。 （5）认可数据：如果接收到的数据是有用的，将被认可及处理，反之则忽略掉。 （三）控制方式汽车的一些基本状态信息（如发动机转速，车轮转速，冷却液温度等）是大部分控制单元必须获取的数据，控制单元采用广播发送式向总线发送。如果在同一时刻所有控制单元都向总线发送数据，将发生总线数据冲突，此时，CAN总线协议提出用标识符识别数据优先权的总线仲裁。 一、故障状态（一）故障状态的种类一个单元可能为下列3种状态中的某一种。1.错误认可状态错误认可状态是指容易出现错误的状态。处于错误认可状态的组件可以参与总线上的通信，但为了不妨碍其他组件的通信，接收信息时不能发出出现错误激活的通知

12、。处于错误认可状态的组件即便检测到错误，但如果其余处于错误激活状态的组件没有检测到错误的话，就可以判断为整个总线没有错误。情境三 车载网络系统故障诊断与维修2.错误激活状态错误激活状态是指可以正常参与总线通信的状态。错误激活状态的单元在检测到错误时，输出错误激活的标志。3.总线关闭状态总线关闭状态即不能参与总线通信的状态。有关信息发送与接收的所有动作均被禁止。二、车载网络系统故障类型与诊断方法（一）车载网络系统故障原因对于车载网络系统故障的维修，应根据车载网络系统的具体结构和控制回路具体分析。一般来说，引起车载网络系统故障的原因有三种：1.汽车电源系统引起的故障；2.车载网络系统的链路故障；3

13、.车载网络系统的节点故障。（二）车载网络系统的基本诊断步骤和检测方法车载网络系统一般诊断步骤为：1.了解该车型的车载网络系统特点（包括传输介质、几种子网及车载网络系统的机构形式等）。2.车载网络系统的功能，如有无休眠功能和唤醒功能等。3.检查汽车电源系统是否存在故障，如交流发电机的输出波形是否正常（若不正常将导致信号干扰等故障）等。4.检查车载网络系统的链路是否存在故障，采用跨线法或采用替换法进行检测。5.如果是节点故障，只能采用替换法进行检测。（三）双线式车载网络系统的检测方法1.两个控制单元组成的双线式数据总线系统的检测检测时，关闭点火开关，断开两个控制单元（如图9-19）。检查数据总线是

14、否断路、短路或对正极/搭铁短路。如果数据总线无故障，更换较易拆下（或较便宜）的一个控制单元试一下。如果数据总线系统仍不能正常工作，再更换另一个控制单元。图9-19 两个控制单元组成的双线式数据总线系统 2.三个或更多控制单元组成的双线式数据总线系统的检测。检测时，先读出控制单元内的故障码。如图9-20所示，如果控制单元1与控制单元2和控制单元3之间无通信，关闭点火开关，断开与总线相连的控制单元，检查数据总线是否断路。如果总线无故障，更换控制单元1。如果所有控制单元均不能发送和接收信号（故障存储器存储“硬件故障”），则关闭点火开关，断开与数据总线相连的控制单元，检测数据总线是否短路，是否对正极/搭铁短路。图9-20 三个控制单元组成的双线式总线系统 3.CAN总线传输线路检测注意事项如果线路中出现断路现象，不可用外接一条线来代替损坏的CAN线。非双绞线长度不能大于10mm的距离，如图9-21所示。维修总线时不可改变连节点，节点必须保持连接在CAN总线上。图9-21 检修注意4.检查是否某一控制单元引起该故障如果数据总线上查不出引起硬件损坏的原因，检查是否为某一控制单元引起该故障。(l）将所有通过CAN 数据总线传递数据的控制单元断开，关闭点火开关；(2）接上其中一个控制单