车载网络系统及其故障诊断方法
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第二页，共八十二页。
1.节点（模块）
一种电子装置。 简单：智能传感器；复杂：微处理器。
电控单元：微处理器，实现某种自动控制功能 ；
网关：微处理器，实现不同子网之间的数据传输、 数据管理；
智能传感器：具备上网功能；
第三页，共八十二页。
电控单元的构成
①组合式CAN控制器 CAN控制器嵌入到微控制器中；
CSMA/CD是“载波侦听多路访问/冲突检测”（ Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）的 缩写，是一种总线常见的访问控制方式。
第十一页，共八十二页。
二、车载网络的分类（1）
SAE将车载网络划分为A、B、C三个级别
A级速率：1~10 kb/s，主要应于电动门窗、座椅调节 、灯光照明等控制。
②独立式CAN控制器
CAN控制器独立于微机控制器；
第四页，共八十二页。
③集成式CAN控制器
目前，发展趋势是CAN接口、收/发器、微控制器集成 到一个芯片上。
成本低；微控制器对CAN控制器的读写时间比独立CAN 控制器要小；速度快；系统可靠性高；
第五页，共八十二页。
2、通信线路（数据总线）
节点之间传递数据的通道。（串行传 递）
单线制：光缆 双线制：两条数据总线绞在一起的。
第六页，共八十二页。
3、网 络
为了实现信息共享，用通信线路把多 个节点连在一起，形成一个有规则的 网。
总线结构
环状结构 星形结构等
第七页，共八十二页。
第八页，共八十二页。
4.通信协议
通信实体双方控制信息交换规则的集合。
要实现车内ECU之间的通信，必须制定 规则保证通信双方能相互配合，即通信方 法、通信时间、通信内容双方同时遵守的 一组规定和规则。
Motorola/AMP
SI(Byteflight) BMW/ Motorola
注释 Delphi是唯一用户 / / / 也称ISIS
第三十四页，共八十二页。
E类网络协议的比较
比较内容 SafetyBus Planet
Byteflight
应用场合
气囊
气囊
气囊
传输介质
双线
双线
双线
数据长度
24 ~39位
中
BiPhas e
12Mbps
高
BiPhas e
25Mbps
高
NRZ
98~393Mbps
中 第三十三页，共八十二页。
E类网络协议及使用情况
E类网络主要面向乘员的安全系统，应用于车辆被动安全性领域。
名称
主要开发商
SafetyBus
Delphi
BOTE
Bosch-Temic
Planet
Philips
DSI
第三十六页，共八十二页。
CAN 数据总线网络
仪表内的 Gateway
自动变速箱控制单元 J217
舒适系统中央控制单元
J393
Control unit for 4LV J537
网关
仪表内的诊断接口 J285
空调控制单元 E87
Data telegram
Gateway 的作用是使所有连接在CAN总线上的控制
两根数据线缠绕可防止电磁干扰
CAN 总线的特点 •传输速度快
• 相关控制单元可共用传感器 • 更少的线束、更小的控制单元，节 省了空间
第四十页，共八十二页。
CAN总线 （ 举例Audi A4 2001 >）
单元实现数据交换 驱动总线 舒适总线和
显示总线 (信息娱乐总线). 因为这几种总线的传输速度是不同的，所以 不能直接进行数据交换。
第三十七页，共八十二页。
第二部分 典型总线系统分析
一、CAN总线 CAN(Control Area Network)总线是德国Bosch公司从80年代初
为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交 换而开发的一种串行数据通信协议，是一种有效支持分 布式控制或实时控制的串行通信网络。
s
s
0~8个字节
低
第二十四页，共八十二页。
B类网络的主流协议
过去十年间， CAN(ISO11898-3); SAE J1850以 及VAN(Vehicle Area Network)在车身网络中得 到了广泛的应用。
随着汽车网络技术的发展，目前及未来的B类 网络主流协议将是：CAN (ISO11898-3)中国
0~200字节
介质访问方式 主/从
主/从
FTDMA
最大波特率 500Kbps 20K~250Kbps 10Mbps
成本
低
低
中
第三十五页，共八十二页。
4、不同版本通信协议的互联
不同版本的CAN可以通过网关取得互连。 而网关就是具备不同网络协议之间信息 转换能力的单片机。
网关：车上用了很多的总线和网络，所以 必须用一种有特殊功能的计算机达到信 息共享和不产生协议间的冲突，实现无 差错数据传输，这种计算机就叫做网关 。
第三十二页，共容 应用场合 传输介质
IDB-C
D2B
Copper Optical
通讯娱乐 数据流 数据流 控制 控制
双绞线 双绞线 光纤
MOST IDB-1394
数据流 PC设备 控制 光纤 屏蔽双绞线
位编码方式 位速率 成本
NRZ
250Kbps
低
PWM
29.8Kbp s
比较内容 应用场合
ISO 11898-2
汽车，自动化 领域，航空
消息传输 位编码方式 介质访问方式
异步 NRZ CSMA/CR
最大波特率
每帧的数据字 节
1Mbps 0 ~8
FlexRay x-by-wire
异步或同步 NRZ
TDMA和 FTDMA 10Mbps 0~246
TTPTM/C
对实时性要求严 格的系统(x-bywire)
➢ 位速率一般小于10Kbps；
“bit”（比特）为网络数据计量单位； “bps”是“bit per second”（每秒传输数据）的简写，为网络数据流量单位； “512Kbps”也就代表“512Kbit/秒”的数据流量； “byte”为文件字节单位，1 个byte = 8 个bit；
第十七页，共八十二页。
同步 频率调制
TDMA
25Mbps 0~236
第二十八页，共八十二页。
X-by-Wire系统
第二十九页，共八十二页。
C类网络协议的主流协议
目前，C类网络中广泛应用于动力与传动系统控制 与通讯的协议标准为：ISO 11898-2,未来应用于X-ByWire系统的主要协议为：
➢TTPTM/C(Time-Triggered Protocol)
TTPTM/C TTTech
FlexRay
BMW, Motorola, Daimler Chrysler
应用场合 实时控制场合
实时控制场合 (X-By-Wire) 实时控制场合 (X-By-Wire)
注释
最初由Vienna技 术大学制定
第二十七页，共八十二页。
ISO11898-2、TTPTM/C、FlexRay性能比较
第三十八页，共八十二页。
CAN 总线
Controlle r
Area
Network
was developed by the Robert BOSCH company in 1983 as a bus system for cars.
网络控制单元数据交换
第三十九页，共八十二页。
CAN data bus network (CAN – Controller Area Network)
第二十五页，共八十二页。
C类网络协议的特点
➢主要面向高速、实时闭环控制的多 路控制多路传输网；
➢主要用于动力系统等对实时控制 及可靠性要求较高的场合。 ➢位速率可达1Mbps， X-By-Wire 系 统传输速率可达10Mbps以上；
第二十六页，共八十二页。
C类网络协议及应用情况
名称
主要用户
ISO11898- GM，欧洲 2 (高速CAN)
➢FlexRay
第三十页，共八十二页。
D类网络协议的特点及分类
➢该类网络统称智能数据总线(Intelligent Data Bus)
➢主要面向信息、多媒体系统等。
第三十一页，共八十二页。
根据SAE分类： IDB-C(低速)、 IDB-M(高速)和 IDB-Wireless(无线通讯)。D类网络协议的位速率在 250Kbps~400Mbps之间。 ➢IDB-C：SAE J2366 ➢IDB-M：D2B、MOST、IDB1394等 ➢IDB-Wireless： Bluetooth(蓝牙)
B级速率：10~100 kb/s，主要应用于电子车辆信息
中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统。
C级速率：最高可达1M kb/s，主要用于悬架控制、 先进发动机控制、牵引控制、ABS等系统。
SAE：美国机动车工程师学会
第十二页，共八十二页。
二、车载网络的分类（2）
分类依据：功能和速率 ➢ A类：面向执行器、传感器的低速网络 ➢ B类：面向模块间数据共享的中速网络 ➢ C类：面向多路、实时闭环的高速网络 ➢ D类：面向信息、多媒体系统的网络
➢ E类：面向乘员的安全系统
第十三页，共八十二页。
车载网络传输速度：
第十四页，共八十二页。
典型的现代汽车车载网络
第十五页，共八十二页。
Vehicle LAN（ 车载局域网）
第十六页，共八十二页。
A 类网络的特点
➢ 适用于对实时性要求不高的场合，主要应 用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控 制。
GM, Ford, DC
Renault & PSA
GM, Ford, Chrysler
多种场合 多种场合 控制应用 多种场合
也称容错CAN
基于ISO 11898
基于ISO11519-3
有VPM，PWM两种 调制方式
第二十三页，共八十二页。
ISO 11898-3、 VAN、 J1850性能比较
比较内容 应用场合 传输介质
多种场合
注释
正被逐步淘汰 / 由LIN协会开发 极少使用 正被逐步淘汰 / / 正被逐步淘汰
第十八页，共八十二页。
A类网络协议之LIN协议
➢提高汽车上分层、多路复用网络的性能，降低汽车电子 控制装置开发、生产以及诊断服务的成本；
➢2003年，全世界新生产的汽车平均每辆会有3~10个 LIN节点。 ➢LIN目前仍处于发展阶段，但已广泛地被世界上的 大多数汽车公司以及零配件厂商所接受，有望成为A 类网络的世界标准，即A类网的主流协议。
图1 传统信息传输：每个信息都需要一个独立的数据线传输
图2 网络信息传输：所有信息都通过两根数据线进行交换
第一页，共八十二页。
第一部分 车载网络的基础知识
一、车载网络系统的组成
网络节点（模块）、通信线路、软件及协议 解释：
①各种控制模块、网关、智能传感器
②通信线路、不同子网(拓扑结构)
③支持各节点工作的软件、通信协议
第九页，共八十二页。
5 . 总线速度
1、波特率（每秒传输的码元数） 2、比特率（每秒传输的二进制位数）
如果一个码元只携带一个比特的信 息，则波特率和比特率在数值上相等。
第十页，共八十二页。
6. 总线介质访问控制方式
在总线上某一时刻若有两个节点同时发送数据，则 这两个数据将会在总线上发生“冲突”，为了避免冲突 产生，就要有一个解决“争用”总线的方法，以使各节 点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据而不发生 冲突，这正是介质访问控制方式的管理机制。
第十九页，共八十二页。
车身控制A类网络总线结构图
CAN总线 车身总线
左前门控制 玻璃升降机 电动门锁执 后视镜电动 操作命令输
器ECU
电动执行器
行器
执行器 入装置ECU
LIN
第二十页，共八十二页。
图
第二十一页，共八十二页。
B类网络的特点
➢ 主要面向独立模块间的数据共享，适 用于对实时性要求不高的场合，以减 少冗余的电子部件；
现有A类网络协议
名称 主要用户 主要应用场合
UART
GM
多种场合
Sinebus
GM
Audio
LIN
许多厂商 智能连接器和传感器
I2C CCD
Renault Chrysler
HVAC HVAC，Audio等
ACP
Ford
Audio
BEAN
Toyota
车身控制
J1708/J1587 T&B /J1922
➢ 主要应用于车辆信息中心、故障诊断、 仪表显示等方面的控制。
➢ 位速率一般在10~125Kbps；
第二十二页，共八十二页。
现有B类网络协议
名称
主要用户 应用场合
注释
GMLAN(SWC) GM
多种场合 GM是唯一用户
ISO11898-3 欧洲 (Fault-Tol CAN)
J2248 VAN J1850
位编码方式 介质访问方式 位速率
数据长度 节点成本
ISO 11898-3 VAN
SAE J1850
控制、诊断 控制、诊断 通用、诊断
双绞线
双绞线、扁 单线 平线
双绞线
NRZ 竞争
Manchester VPW
竞争
竞争
PWM
10K~1Mbps 125Kbps
0~8个字节 中
28个字节 低
10.4Kbp 41.6Kbp
1.节点（模块）
一种电子装置。 简单：智能传感器；复杂：微处理器。
电控单元：微处理器，实现某种自动控制功能 ；
网关：微处理器，实现不同子网之间的数据传输、 数据管理；
智能传感器：具备上网功能；
第三页，共八十二页。
电控单元的构成
①组合式CAN控制器 CAN控制器嵌入到微控制器中；
CSMA/CD是“载波侦听多路访问/冲突检测”（ Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）的 缩写，是一种总线常见的访问控制方式。
第十一页，共八十二页。
二、车载网络的分类（1）
SAE将车载网络划分为A、B、C三个级别
A级速率：1~10 kb/s，主要应于电动门窗、座椅调节 、灯光照明等控制。
②独立式CAN控制器
CAN控制器独立于微机控制器；
第四页，共八十二页。
③集成式CAN控制器
目前，发展趋势是CAN接口、收/发器、微控制器集成 到一个芯片上。
成本低；微控制器对CAN控制器的读写时间比独立CAN 控制器要小；速度快；系统可靠性高；
第五页，共八十二页。
2、通信线路（数据总线）
节点之间传递数据的通道。（串行传 递）
单线制：光缆 双线制：两条数据总线绞在一起的。
第六页，共八十二页。
3、网 络
为了实现信息共享，用通信线路把多 个节点连在一起，形成一个有规则的 网。
总线结构
环状结构 星形结构等
第七页，共八十二页。
第八页，共八十二页。
4.通信协议
通信实体双方控制信息交换规则的集合。
要实现车内ECU之间的通信，必须制定 规则保证通信双方能相互配合，即通信方 法、通信时间、通信内容双方同时遵守的 一组规定和规则。
Motorola/AMP
SI(Byteflight) BMW/ Motorola
注释 Delphi是唯一用户 / / / 也称ISIS
第三十四页，共八十二页。
E类网络协议的比较
比较内容 SafetyBus Planet
Byteflight
应用场合
气囊
气囊
气囊
传输介质
双线
双线
双线
数据长度
24 ~39位
中
BiPhas e
12Mbps
高
BiPhas e
25Mbps
高
NRZ
98~393Mbps
中 第三十三页，共八十二页。
E类网络协议及使用情况
E类网络主要面向乘员的安全系统，应用于车辆被动安全性领域。
名称
主要开发商
SafetyBus
Delphi
BOTE
Bosch-Temic
Planet
Philips
DSI
第三十六页，共八十二页。
CAN 数据总线网络
仪表内的 Gateway
自动变速箱控制单元 J217
舒适系统中央控制单元
J393
Control unit for 4LV J537
网关
仪表内的诊断接口 J285
空调控制单元 E87
Data telegram
Gateway 的作用是使所有连接在CAN总线上的控制
两根数据线缠绕可防止电磁干扰
CAN 总线的特点 •传输速度快
• 相关控制单元可共用传感器 • 更少的线束、更小的控制单元，节 省了空间
第四十页，共八十二页。
CAN总线 （ 举例Audi A4 2001 >）
单元实现数据交换 驱动总线 舒适总线和
显示总线 (信息娱乐总线). 因为这几种总线的传输速度是不同的，所以 不能直接进行数据交换。
第三十七页，共八十二页。
第二部分 典型总线系统分析
一、CAN总线 CAN(Control Area Network)总线是德国Bosch公司从80年代初
为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交 换而开发的一种串行数据通信协议，是一种有效支持分 布式控制或实时控制的串行通信网络。
s
s
0~8个字节
低
第二十四页，共八十二页。
B类网络的主流协议
过去十年间， CAN(ISO11898-3); SAE J1850以 及VAN(Vehicle Area Network)在车身网络中得 到了广泛的应用。
随着汽车网络技术的发展，目前及未来的B类 网络主流协议将是：CAN (ISO11898-3)中国
0~200字节
介质访问方式 主/从
主/从
FTDMA
最大波特率 500Kbps 20K~250Kbps 10Mbps
成本
低
低
中
第三十五页，共八十二页。
4、不同版本通信协议的互联
不同版本的CAN可以通过网关取得互连。 而网关就是具备不同网络协议之间信息 转换能力的单片机。
网关：车上用了很多的总线和网络，所以 必须用一种有特殊功能的计算机达到信 息共享和不产生协议间的冲突，实现无 差错数据传输，这种计算机就叫做网关 。
第三十二页，共容 应用场合 传输介质
IDB-C
D2B
Copper Optical
通讯娱乐 数据流 数据流 控制 控制
双绞线 双绞线 光纤
MOST IDB-1394
数据流 PC设备 控制 光纤 屏蔽双绞线
位编码方式 位速率 成本
NRZ
250Kbps
低
PWM
29.8Kbp s
比较内容 应用场合
ISO 11898-2
汽车，自动化 领域，航空
消息传输 位编码方式 介质访问方式
异步 NRZ CSMA/CR
最大波特率
每帧的数据字 节
1Mbps 0 ~8
FlexRay x-by-wire
异步或同步 NRZ
TDMA和 FTDMA 10Mbps 0~246
TTPTM/C
对实时性要求严 格的系统(x-bywire)
➢ 位速率一般小于10Kbps；
“bit”（比特）为网络数据计量单位； “bps”是“bit per second”（每秒传输数据）的简写，为网络数据流量单位； “512Kbps”也就代表“512Kbit/秒”的数据流量； “byte”为文件字节单位，1 个byte = 8 个bit；
第十七页，共八十二页。
同步 频率调制
TDMA
25Mbps 0~236
第二十八页，共八十二页。
X-by-Wire系统
第二十九页，共八十二页。
C类网络协议的主流协议
目前，C类网络中广泛应用于动力与传动系统控制 与通讯的协议标准为：ISO 11898-2,未来应用于X-ByWire系统的主要协议为：
➢TTPTM/C(Time-Triggered Protocol)
TTPTM/C TTTech
FlexRay
BMW, Motorola, Daimler Chrysler
应用场合 实时控制场合
实时控制场合 (X-By-Wire) 实时控制场合 (X-By-Wire)
注释
最初由Vienna技 术大学制定
第二十七页，共八十二页。
ISO11898-2、TTPTM/C、FlexRay性能比较
第三十八页，共八十二页。
CAN 总线
Controlle r
Area
Network
was developed by the Robert BOSCH company in 1983 as a bus system for cars.
网络控制单元数据交换
第三十九页，共八十二页。
CAN data bus network (CAN – Controller Area Network)
第二十五页，共八十二页。
C类网络协议的特点
➢主要面向高速、实时闭环控制的多 路控制多路传输网；
➢主要用于动力系统等对实时控制 及可靠性要求较高的场合。 ➢位速率可达1Mbps， X-By-Wire 系 统传输速率可达10Mbps以上；
第二十六页，共八十二页。
C类网络协议及应用情况
名称
主要用户
ISO11898- GM，欧洲 2 (高速CAN)
➢FlexRay
第三十页，共八十二页。
D类网络协议的特点及分类
➢该类网络统称智能数据总线(Intelligent Data Bus)
➢主要面向信息、多媒体系统等。
第三十一页，共八十二页。
根据SAE分类： IDB-C(低速)、 IDB-M(高速)和 IDB-Wireless(无线通讯)。D类网络协议的位速率在 250Kbps~400Mbps之间。 ➢IDB-C：SAE J2366 ➢IDB-M：D2B、MOST、IDB1394等 ➢IDB-Wireless： Bluetooth(蓝牙)
B级速率：10~100 kb/s，主要应用于电子车辆信息
中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统。
C级速率：最高可达1M kb/s，主要用于悬架控制、 先进发动机控制、牵引控制、ABS等系统。
SAE：美国机动车工程师学会
第十二页，共八十二页。
二、车载网络的分类（2）
分类依据：功能和速率 ➢ A类：面向执行器、传感器的低速网络 ➢ B类：面向模块间数据共享的中速网络 ➢ C类：面向多路、实时闭环的高速网络 ➢ D类：面向信息、多媒体系统的网络
➢ E类：面向乘员的安全系统
第十三页，共八十二页。
车载网络传输速度：
第十四页，共八十二页。
典型的现代汽车车载网络
第十五页，共八十二页。
Vehicle LAN（ 车载局域网）
第十六页，共八十二页。
A 类网络的特点
➢ 适用于对实时性要求不高的场合，主要应 用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控 制。
GM, Ford, DC
Renault & PSA
GM, Ford, Chrysler
多种场合 多种场合 控制应用 多种场合
也称容错CAN
基于ISO 11898
基于ISO11519-3
有VPM，PWM两种 调制方式
第二十三页，共八十二页。
ISO 11898-3、 VAN、 J1850性能比较
比较内容 应用场合 传输介质
多种场合
注释
正被逐步淘汰 / 由LIN协会开发 极少使用 正被逐步淘汰 / / 正被逐步淘汰
第十八页，共八十二页。
A类网络协议之LIN协议
➢提高汽车上分层、多路复用网络的性能，降低汽车电子 控制装置开发、生产以及诊断服务的成本；
➢2003年，全世界新生产的汽车平均每辆会有3~10个 LIN节点。 ➢LIN目前仍处于发展阶段，但已广泛地被世界上的 大多数汽车公司以及零配件厂商所接受，有望成为A 类网络的世界标准，即A类网的主流协议。
图1 传统信息传输：每个信息都需要一个独立的数据线传输
图2 网络信息传输：所有信息都通过两根数据线进行交换
第一页，共八十二页。
第一部分 车载网络的基础知识
一、车载网络系统的组成
网络节点（模块）、通信线路、软件及协议 解释：
①各种控制模块、网关、智能传感器
②通信线路、不同子网(拓扑结构)
③支持各节点工作的软件、通信协议
第九页，共八十二页。
5 . 总线速度
1、波特率（每秒传输的码元数） 2、比特率（每秒传输的二进制位数）
如果一个码元只携带一个比特的信 息，则波特率和比特率在数值上相等。
第十页，共八十二页。
6. 总线介质访问控制方式
在总线上某一时刻若有两个节点同时发送数据，则 这两个数据将会在总线上发生“冲突”，为了避免冲突 产生，就要有一个解决“争用”总线的方法，以使各节 点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据而不发生 冲突，这正是介质访问控制方式的管理机制。
第十九页，共八十二页。
车身控制A类网络总线结构图
CAN总线 车身总线
左前门控制 玻璃升降机 电动门锁执 后视镜电动 操作命令输
器ECU
电动执行器
行器
执行器 入装置ECU
LIN
第二十页，共八十二页。
图
第二十一页，共八十二页。
B类网络的特点
➢ 主要面向独立模块间的数据共享，适 用于对实时性要求不高的场合，以减 少冗余的电子部件；
现有A类网络协议
名称 主要用户 主要应用场合
UART
GM
多种场合
Sinebus
GM
Audio
LIN
许多厂商 智能连接器和传感器
I2C CCD
Renault Chrysler
HVAC HVAC，Audio等
ACP
Ford
Audio
BEAN
Toyota
车身控制
J1708/J1587 T&B /J1922
➢ 主要应用于车辆信息中心、故障诊断、 仪表显示等方面的控制。
➢ 位速率一般在10~125Kbps；
第二十二页，共八十二页。
现有B类网络协议
名称
主要用户 应用场合
注释
GMLAN(SWC) GM
多种场合 GM是唯一用户
ISO11898-3 欧洲 (Fault-Tol CAN)
J2248 VAN J1850
位编码方式 介质访问方式 位速率
数据长度 节点成本
ISO 11898-3 VAN
SAE J1850
控制、诊断 控制、诊断 通用、诊断
双绞线
双绞线、扁 单线 平线
双绞线
NRZ 竞争
Manchester VPW
竞争
竞争
PWM
10K~1Mbps 125Kbps
0~8个字节 中
28个字节 低
10.4Kbp 41.6Kbp