智能网联汽车 4-1 认知汽车总线与车载网络技术 教案

课题任务一认知汽车总线与车载网络技术课时1课型新课学科智能网联汽车教师学习目标知识目标1.能说出汽车总线的作用。2.能阐述汽车总线的类型。3.能描述CAN总线的构成、工作原理、仲裁机构和特点。4.能描述LIN总线的结构、工作原理和特点。5.能描述MOST总线的结构、工作原理、类型和特点。6.能说明车载以太网的相关技术和发展应用素质目标1.引导学生理解团队合作、沟通协作以及个体责任与使命担当的重要性。2.培养学生树立集体主义观念。教学重点1.能描述CAN总线的构成、工作原理、仲裁机构和特点。2.能描述LIN总线的结构、工作原理和特点。3.能描述MOST总线的结构、工作原理、类型和特点。教学难点1.能描述CAN总线的构成、工作原理、仲裁机构和特点。2.能描述LIN总线的结构、工作原理和特点。3.能描述MOST总线的结构、工作原理、类型和特点。教学方法讲授法教学资源教学视频、PPT教学过程教学环节教学内容一、导入随着汽车电动化、智能化、网联化的发展，汽车上的传感器越来越多，达到成百上千个，而且汽车上的传感器和道路基础设施上的传感器也要互联互通，这样智能网联汽车就会变成一个庞大的网络系统观看视频，初步了解车辆导航系统。播放视频：智能网联汽车网络架构二、教学过程同学们，通过视频，我们初步了解了智能网联汽车网络架构，车联网是实现自动驾驶技术的一种重要途径，其核心在于车路协同技术。智慧的车感知路、人、物等周围环境的技术路线能够弥补当前自动驾驶汽车在信息感知、分析决策上的不足，尽快实现车辆的智能化自动化运营。汽车中的电子部件越来越多，大量的电子单元都要进行信息交互，传统的点对点通信已经不能满足需求，因此必须要采用先进的总线技术。车用总线就是车载网络中底层的车用设备或车用仪表互联的通信网络其应用。那么，目前汽车总线类型有哪些？提问1：汽车总线类型有哪些？明确1：提问2：导航系统的要求有哪些？明确2：目前主流的车用总线有：CAN总线、LIN总线、FlexRay总线和MOST总线。下面我们来看一则视频。观看视频：CAN总线系统1.CAN总线CAN是ControllerAreaNetwork的缩写，是串行通信协议。CAN总线也叫车内局域网，它是一个有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。以某种形式连接各种控制单元，形成一个完整的系统。⑴CAN总线系统的总体构成CAN总线系统的总体构成主要由若干个节点（电控单元）、两条数据传输线（CAN-H和CAN-L）及终端电阻组成。CAN数据传输线是双向串行总线，大都采用具有较强抗干扰能力的双绞线，分为CAN-H线和CAN-L线，两线缠绕绞合在一起，其绞距为20mm，横截面积为0.35mm2或0.5mm2并且CAN带有终端电阻（120Ω），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。⑵CAN总线的硬件结构和网络通信原理CAN节点主要由微控制器、CAN控制器、CAN收发器组成。CAN收发器对CAN-H和CAN-L两根线的电压做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。⑶CAN总线的仲裁机制数据链路层和物理层的协议分别由CAN控制器和CAN收发器硬件自动完成，因此在CAN总线应用系统设计时，主要任务是对其应用层程序进行设计。⑷CAN总线特点①数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他（一个或多个）节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序；②多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞；③通信距离最远可达10km（速率低于5Kbps），速率可达到1Mbps（通信距离小于40m）；④CAN总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆，实行差分控制，CAN和HCALL之间始终相差2V左右的电压。⑤CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各个节点平等的现场中使用。观看视频：LIN线系统2.LIN总线LIN(LocalInterconnectNetwork)是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。⑴LIN总线系统的总体构成LIN总线包含一个宿主节点和一个或多个从属节点，所有节点都包含一个被分解为发送和接收任务的从属通讯任务，而宿主节点还包含一个附加的宿主发送任务，在实时LIN总线中，通讯总是由宿主任务发起。⑵LIN总线的硬件结构和网络通信原理LIN总线上的所有通讯都由主机节点中的主机任务发起，主机任务根据进度表来确定当前的通讯内容，发送相应的帧头，并为报文帧分配帧通道，总线上的从机节点接收帧头之后，通过解读标识符来确定自己是否应该对当前通讯做出响应、做出何种响应。在总线上实行“线与”，“0”为显性电平、“1”为隐性电平，当总线有至少一个节点发送显性电平时，总线呈现显性电平；所有节点均发送隐性电平或者不发送信息时，总线呈隐性电平，即显性电平起着主导作用。⑶LIN总线特点①低成本：基于通用UART接口几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件；极少的信号线即可实现国际标准ISO9141规定。②传输速率高，传输速率最高可达20Kbit/s。③单主控器/多从设备模式无需仲裁机制；④从节点不需晶振或陶瓷震荡器就能实现自同步，节省了从设备的硬件成本；⑤保证信号传输的延迟时间；⑥不需要改变LIN从节点的硬件和软件就可以在网络上增加节点；⑦通常一个LIN网络上节点数目小于12个共有64个标志符；3.MOST总线MOST总线是MediaOrientedSystemsTransport的缩写，是用于多媒体数据传送的网络系统。MOST是一种专门针对车内使用而开发的、服务于多媒体应用的数据总线技术。MOST表示“多媒体传输系统”。⑴MOST总线总体结构MOST总线可以不需要额外的主控计算机系统，结构灵活、性能可靠和易于扩展，采用光纤POF（PlasticOpticalFiber）作为物理层的传输介质，支持“即插即用”方式、在网络上可以随时添加和去除设备，具有方便简洁的应用系统界面。⑵MOST总线的网络拓扑结构MOST总线系统的故障诊断借助于数据总线的诊断接口和诊断CAN进行。在MOST总线中，各个终端设备（节点、控制单元）之间通过一个数据只沿一个方向传输的环形总线连接，音频、视频信息在环形总线上循环，并由每个节点（控制单元）读取和转发。各个控制单元之间通过光导纤维相互连接而形成一个封闭环路，因此每个控制单元拥有两根光导纤维，一根光导纤维用于发射器，一根光导纤维用于接收器。⑶MOST总线的数据类型⑷MOST总线的工作原理⑸MOST总线的特点①传输速率高②抗电磁干扰能力强③重量轻，占用空间小，成本低。提问3：车载网络现状？明确3：车载以太网具有高带宽、低延迟、低成本的特性，在新一代整车架构中将替代CAN总线成为优选网络架构。1.车载以太网的相关技术汽车智能化、网联化甚至自动驾驶时代已经到来，ADAS技术的不断创新，高质量汽车娱乐音频和视频的应用，以及OTA远程升级、V2X、大数据、云计算等技术的