智能网联汽车概论 课件 5-1 了解智能网联汽车总线及车载网络技术的应用

智能网联汽车概论能力模块五掌握车载网络与通信技术在智能网联汽车上的应用方式任务一

了解智能网联汽车总线及车载网络技术的应用新授Newteaching1目录一、汽车总线技术与分类二、CAN/CANFD总线技术三、汽车总线的发展趋势——车载以太网一、汽车总线技术与分类（一）汽车总线技术点对点的单一通信方式，使汽车上的导线在长度方面、质量方面、占用空间方面带来布线复杂、占用空间、成本提高、可靠性和可维修性降低等诸多问题。常规布线方式汽车总线就是指在一条数据线上传递的信息可以被多个系统共享，从而最大限度地提高系统整体的效率，可充分利用有限的资源。总线技术的应用，取代了传统的线束，使信息交换变得安全、迅速、高效。汽车总线技术一、汽车总线技术与分类（一）汽车总线技术汽车电控系统的总线连接方式如图所示，汽车电控系统之间的通信线束大大减少，从而节省了空间，降低了成本，实现了资源共享，提高了系统工作的可靠性和可维修性。一、汽车总线技术与分类（二）汽车总线技术的分类为了方便研究和设计应用，根据系统的复杂程度、传输流量、传输速度、传输可靠性、动作响应时间等参量，美国汽车工程师学会（SAE）的汽车网络委员会将汽车数据传输网络划分为A、B、C、D、E五类。。类别内容应用系统实车应用A类网络面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于10kbit/s，是应用在控制模块与智能传感器或智能执行器之间的通信网络（子总线）。用于车外后视镜调整、电动车窗、灯光照明、智能刮水器等控制，其特点是传输速率低、成本低。LINTTP/A丰田专用的车身电子局域网络（BodyElectronicAreaNetwork，BEAN）一、汽车总线技术与分类（二）汽车总线技术的分类B类网络面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在10～125kbit/s之间，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。低速控制器局域网（ControllerAreaNetwork，CAN）车辆局域网（VehicleAreaNetwork，VAN）J1850C类网络面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，位速率在125kbit/s～1Mbit/s之间。用于牵引力控制、发动机控制、ABS、ESP等系统。高速CANTTP/CFlexRay一、汽车总线技术与分类D类网络面向多媒体信息的高速传输网络，称为智能数据总线，其位率在250kbit/s～100Mbit/s之间。用于车载视频、车载音响、车载电话、导航等影音信息娱乐系统。按照SAE的分类:IDB-C为低速网络IDB-M为高速网络，IDB-Wireless为无线通信网络。IDB-C主要有CAN总线，IDB-Wireless。IDB-Wireless主要采用IDB-M主要有MOST、DDB等总线蓝牙技术。E类网络面向汽车被动安全系统的高速、实时网络，用于车辆被动性安全领域，其位速率在10Mbit/s以上。用于安全气囊系统。典型的安全总线有宝马公司的Byteflight。（二）汽车总线技术的分类二、CAN/CANFD总线技术（一）CAN总线定义

CAN是控制器局域网络（ControleAreaNetwork）的英文缩写，是ISO国际标准化的串行通信协议，在1985年时德国博世公司为了解决汽车上众多测试仪器与控制单元之间的数据传输，而开发的一种支持分布式控制的串行数据通信总线，也是汽车上应用最多、最为普遍的一种总线技术，是汽车B类和C类网络的主流总线。二、CAN/CANFD总线技术（二）CAN总线系统的总体构成

CAN总线系统主要由电控单元（ECU）、CAN数据总线及终端电阻组成。每块电控单元（ECU）的内部包含一个CAN控制器、一个CAN收发器。CAN系统的组成二、CAN/CANFD总线技术（二）CAN总线系统的总体构成1.电控单元（ECU）控制器的基本功能是作为一个运算器，得到传感器的信息、使用者的操作以及其他控制器的信息，运用相应的程序进行运算或评价，并且以此结果来实现与其连接执行器的功能，乃至将有关信息发送给其他控制器。CAN控制器CAN数据总线是用以传输数据的双向串行总线，大都采用具有较强抗干扰能力的双绞线，分为CAN高位（CAN-high）线和CAN低位（CAN-low），可以双向传递数，这样的结构可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身对外界的干扰。CAN收发器二、CAN/CANFD总线技术（二）CAN总线系统的总体构成2.CAN数据总线

CAN数据总线是用以传输数据的双向串行总线，大都采用具有较强抗干扰能力的双绞线，分为CAN高位（CAN-high）线和CAN低位（CAN-low），可以双向传递数，这样的结构可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身对外界的干扰。CAN通信总线3.终端电阻终端电阻的作用是防止信号在传输线终端产生反射波，而使正常传输的数据受到干扰。二、CAN/CANFD总线技术节点1向节点n传输数据流程如下：（三）CAN总线原理点1的控制器1对传感器1进行数据采集，然后将传感器1对应的数字信号附加一个数据标识（ID）号发送给CAN控制器1CAN控制器1对数据进行打包，然后将数据包发送给CAN收发器1CAN收发器1再将其数字信号转换为对应的CAN总线电压信号，从而完成数据发送过程。二、CAN/CANFD总线技术节点1向节点n传输数据流程如下：（三）CAN总线原理CAN控制器n首先对其收到的数据进行“验收滤波”，判断收到的信号是否是自身节点需要的数据。若是，则接收此数据并对其进行解包，为节点n的微控制器n提供有效数据（节点1的传感器信号），微控制器n可根据节点1的传感器信号控制执行器n动作;否则，节点n放弃此次收到的CAN数据。二、CAN/CANFD总线技术CAN节点中的CAN控制器具有“数据打包/解包”和“验收滤波”的作用，而CAN收发器具有“边说边听（同时发送和接收）”和“信号转换（数字信号与总线电压信号的转换）”的作用。CAN收发器对CAN-H和CAN-L两根导线的电压进行差分运算后，生成差分电压信号，然后采用"负逻辑"将差分电压信号转换为数字信号。（三）CAN总线原理二、CAN/CANFD总线技术（四）CAN总线特点

CAN总线采用双绞线作为传输介质，媒体访问方式为位仲裁，是一种多主总线。CAN总线为事件触发的实时通信网络，其总线仲裁方式采用基于优先级的载波侦听多路访问冲突检测法。编号特点内容1多主控制多主控制是指在总线空闲时，所有的单元都可以开始发送消息，最先访问总线的单元可获得发送权，多个单元同时开始发送时，发送高优先级ID（标识符）消息的单元可获得发送权。二、CAN/CANFD总线技术（四）CAN总线特点2消息的发送在CAN协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时，根据ID决定优先级。3系统的柔软性与总线相连的单元没有类似于"地址"的信息，因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其他单元的软硬件及应用层都不需要改变。二、CAN/CANFD总线技术（四）CAN总线特点4高速度和远距离当通信距离小于40m时，CAN总线的传输速率可以达到1Mbit/s。通信速率与其通信距离成反比，当其通信距离达到10km时，其传输速率仍可以达到约5kbit/s。5远程数据请求可通过发送“遥控帧”请求其他单元发送数据。二、CAN/CANFD总线技术（四）CAN总线特点6错误检测、错误通知、错误恢复功能错误检测功能是指所有的单元都可以检测错误；错误通知功能是指正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送，并立即同时通知其他所有单元;错误恢复功能是指强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息，直到成功发送为止。二、CAN/CANFD总线技术（五）CAN总线网络帧类型CAN总线网络传输的帧主要包括数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。（1）数据帧数据帧用于传输数据，主要由帧起始、仲裁域、控制域、数据域、CRC校验、应答域和帧结束构成。数据帧组成二、CAN/CANFD总线技术（五）CAN总线网络帧类型（2）远程帧远程帧主要用于接收单元向发送单元请求主动发送数据，包含了数据帧中除了数据段以外的部分，其实质是没有数据段的数据帧。远程帧组成二、CAN/CANFD总线技术（五）CAN总线网络帧类型（3）错误帧错误帧用于在接收和发送消息时检测出错误并向网络节点通知错误发出的帧，主要包含错误标志和错误界定符。错误帧组成二、CAN/CANFD总线技术（五）CAN总线网络帧类型（4）过载帧当总线数据传输量过大，接收节点对接收的数据无法及时处理时，会在相邻的两个数据帧之间穿插发送一个过载帧，以告求发送节点延迟下一帧消息的发送。由过载标志叠加区和过载界定符组成示。过载帧组成二、CAN/CANFD总线技术

汽车CAN总线有两条：一条用于驱动系统的高速CAN总线，速率达到500kbit/s；另一条用于车身系统的低速CAN总线，速率为100kbit/s。（六）CAN总线在汽车上的应用二、CAN/CANFD总线技术低速CAN总线低速CAN总线主要连接灯光、电动车窗、自动空调及信息显示系统等，多为低速电动机和开关量器件，对实时性要求低而数量众多高速CAN总线高速CAN总线主要连接发动机、自动变速器、ABS/ASR、ESP等对通信实时性有较高要求的系统（六）CAN总线在汽车上的应用

以太网是由美国施乐（Xerox）公司创建并由Xerox、英特（Intel）和DEC（数字装备）公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网包括标准以太网（10Mbi/s）、快速以太网（100Mbit/s）、千兆以太网（1000Mbit/s）和万兆以太网（10Gbit/s）。三、汽车总线的发展趋势——车载以太网三、汽车总线的发展趋势——车载以太网（一）以太网特点编号特点内容1数据传输速率快现在以太网的最大传输速率能达到10Gbi/s，并且还在提高，比任何一种现场总线都快。2应用广泛以太网是一种标准的开放式网络，不同厂商的设备很容易互联。三、汽车总线的发展趋势——车载以太网3容易与信息网络集成有利于资源共享。由于具有相同的通信协议，以太网能实现与互联网的无缝连接，方便车辆网络与地面网络的通信。车辆互联网的接入极大地解除了为获取车辆信息而带来地理位置上的束缚，这一性能是目前其他任何一种现场总线都无法比拟的。4支持多种物理介质和拓扑结构以太网支持多种传输介质，包括同轴电缆、双绞线、光缆、无线等，使用户可根据带宽、距离、价格等因素作多种选择。（一）以太网特点三、汽车总线的发展趋势——车载以太网5软硬件资源丰富由于以太网已应用多年，人们对以太网的设计、应用等方面有很多的经验，对其技术也十分熟悉。大量的软件资源和设计经验可以显著降低系统的开发成本，从而可以显着降低系统的整体成本，并大大加快系统的开发和推广速度。6可持续发展潜力大由于以太网的广泛应用，使其发展一直受到广泛的重视和大量的技术投入。车载网络采用以太网，可以避免其发展游离于计算机网络技术的发展主流之外，从而使车载网络与信息网络技术互相促进，共同发展。（一）以太网特点三、汽车总线的发展趋势——车载以太网（二）以太网在汽车上的应用

目前，汽车