《汽车网络控制系统检修》模块一 汽车网络控制系统基础知识

网关是汽车车载通信网络的核心，通过它可以实现各条总线上信息的共享以及 实现汽车内部的网络管理和故障诊断功能。网关连接示意图见下图。
网关功能： ① 它可以把局域网上的数据转变成可以识别的OBD-Ⅱ诊断数据语言，方便 诊断。 ② 它可以实现低速网络和高速网络的信息共享。 ③ 与计算机中的网关作用是一样的，负责接收和发送信息。 ④ 激活和监控局域网络工作状态。 ⑤ 实现车辆数据的同步性。 ⑥ 对信息标识符作翻译。
在传统控制电路中，各种控制信号都属于平行关系，互相之间并没有关联，每个 信号都有专属的信号线，因此，如果需要传输多个信号的话，就需要多根线进行。而 在车载网络系统中采取基于串行数据总线体系结构，能将各种信号按照内部程序转换 为各种数据后，通过一条线或两条线，每个比特的信息一个一个地被传输进行串行通 信，在其通信线上传送的是“0”“1”数字信号。如下图所示，A电脑读取4个开关 信号状态，将其转换为“0110”的数据传送给8电脑，B电脑收到后将其解出，即知 现在1，4开关断开，2，3开关接通。
当数据中的字节有多位时，就能表达很多含义，在进行通信时就能通过多位数的 不同“0”“l”组合变化来传送信息。如下表所示用2位数就可以表达4种意义，如 此类推有n位二进制即可以有2的n次方种数据类型。
采用车载网络进行信号传输的优点如下： ① 简化线束，减轻重量，减少成本，减少尺寸，减少连接器的数量。 ② 可以进行设备之间的通信，丰富了功能。 ③ 通过信息共享，减少传感器型号的重复数量。
④ 通信协议中有个仲裁系统，通常这个系统按照每条信息的数字拼法为各数据 传输设定优先规则。例如，以l结尾的数字信息要比以0结尾的有优先权。
（2）通信协议的三要素
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。
多路传输是指在同一通道或线路上同时传输多条信息，如下图b所示。
常规线路要比多路传输线路简单得多，然而多路传输系统ECU之间所用导线比 常规线路系统所用导线少得多。ECU可以触发仪表板上的警告灯或故障指示灯等， 由于多路传输可以通过一根线(数据总线)执行多个指令，因此可以增加许多功能装 置。多路传输的界面如下图所示。
总线型网是从计算机的总线访问控制发展而来的，它将所有的入网计算机通过分 接头接入一条载波传输线上，网络拓扑结构就是一条传输线，如下图所示。
（3)环型网拓扑结构 环型网通过一个转发器将每台入网计算机接入网络，每个转发器与相邻两台转发 器用物理链路相连，所有转发器组成一个拓扑为环的网络系统，如下图所示。
此外，汽车电子控制装置的大量使用，有些数据信息需要在不同的控制系 统中共享，大量的控制信号也需要实时交换，以提高系统资源的利用率和系统 的工作可靠性。采用传统的点到点的布线方式，信号传输的可靠性、信息传送 速度均具有不适应性，信息传输材料成本较高。
为了简化线路，提高信息传输的速度和可靠性，降低故障率，车载网络技 术应运而生，如控制器局域网(CAN)、局部连接网络(LIN)和局域网(LAN)等。 一辆汽车不管有多少个电控单元，每个电控单元都只需引出两条线共同接在两 个节点上，这两条导线就称为数据总线，也称为网线。采用车载网络可减小线 束尺寸、降低成本、减少插接器的数量，同一款车同等配置下，可以大大简化 汽车线束；可以进行设备之间的通信，增加功能；通过信息共享，减少传感器 信号的重复数量。常规方法布线与采用总线方式布线。如下图所示。
课题一 车载网络系统简介
一、车载网络的使用背景
1．线束变化
汽车技术的快速发展，汽车性能不断提高，汽车电器与电子控制装置在汽 车上的应用越来越多，例如电子燃油喷射系统(EFI)、汽车防滑控制系统(ABS／ ASR)、电控自动变速器、安全气囊(SRS)、电子悬架、电控动力转向系统等。由 于集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上电控单元的数量越来越多， 线路越来越复杂，传统的点到点布线方式使汽车上的导线数量成倍增加，汽车 的线束越来越庞大。而复杂和凌乱的线束使电气线路的故障率增加，降低了汽 车电器与电子控制装置的工作可靠性；占用空间更大，使得在有限的汽车空间 内布线越来越困难，限制了功能的扩展；当线路发生故障时，不仅故障查找麻 烦，而且维修也很困难，在一定程度上影响了电子控制技术在汽车上的应用。 装有车载网络系统车辆线束对比如下图所示。
6．数据帧
为了可靠的传输数据，通常将原始数据分割成一定长度的数据单元，数据单元 即称为数据帧。
7．网关
网关实际上就是一种模块，它工作的好坏决定了不同的总线、模块和网络相互 间通信的好坏。网关可以单独由一个模块充当(如奥迪A8轿车就有一个网关模块)， 也可以由别的模块兼顾(如帕萨特轿车就由仪表电脑充当网关)。
（3）协议的功能
协议的功能是控制并指导两个对话实体的对话过程，发现对话过程中出现的 差错并确定处理策略。
① 差错检测和纠正 ② 分块和重装 ③ 排序 ④ 流量控制
（4）协议的类型
协议可根据其不同特性进行分类，可分为直接型／间接型、单体型／结构化型、 对称型月不对称型、标准型／非标准型等协议的不同类型见下表。
2．车载网络系统的发展
3．汽车传输总线简介
数据传输总线，就是指在一条数据线上传递的信号可以被多个系统共享，从而最 大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。
汽车上传统的信息传递方式采用并行数据传输方式，每项信息需独立的数据线完 成，即有几个信号就要有几条信号传输线。而采用车载网络作为信号传输系统后可有 效地减少汽车通信线路的数量，不管电脑之间有多少信号需要互相传送，都只需要一 根或两根总线就可完成，而且实现更好地在各控制系统之间高速通信、交流信息、协 调控制、共享资源，完成对汽车性能的精确控制如下图所示。
汽车车载网络系统的数据传输是怎样的？车载网络系统如何分类？车载 网络系统的常用术语有哪些，分别代表什么意义？本模块将重点介绍这些问 题。
知识链接
汽车网络信息传输的方式是利用数据总线将汽车上的各个功能模块连接 起来，形成汽车信息传输网络系统。发送数据和控制信号的功能模块将数据 和控制信号以编码的方式发送在同一根总线上，接收数据或控制信号的功能 模块通过解码获得相应的数据和控制命令。总线每次只传递一个信息，多个 信息分时逐个传输。
二、车载网络系统常用术语
1．数据总线
数据总线是模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路如下图所示。
2．局域网
局域网(Local Area Network，简称LAN)是在一个有限区域内连接的计算机网 络，简称局域网。一般这个区域具有特定的职能，通过网络实现这个系统内的资源 共享和信息通信。
3．多路传输
环型网的主要特点是：由于一次通信信息在网中传输最大时间是固定的，因此实 时性较高，每个网上结点只与其他两个结点有物理链路直接互连，因此传输控制机制 较为简单；一个结点出故障可能会终止全网运行，因此可靠性较差；网络扩充需对全 网进行拓扑和对访问控制机制进行调整，因此较为复杂。
3．通信协议
通信协议是指通信双方控制信息交换规则的标准、约定的集合，即指数据在总 线上的传输协议。
需要较高的传输速度时，通常使用这种传输方式。但是由于插接装置和电缆方 面的费用较高，因此只能在传输路径较短时采用并行传输方式。
4．模块/节点
模块就是一种电子装置。简单一点的如温度和压力传感器，复杂的如计算机( 微处理器)如下图所示。传感器是一个模块装置，根据温度和压力的不同产生不同 的电压信号，这些电压信号在计算机的输入接口被转变成数字信号。在计算机多路 传输系统中一些简单的模块被称为节点。
5．比特率
比特率是指每秒传送的比特(bit)数。单位为bps(bit per second)也可表示为 b/s，比特率越高，单位时间传送的数据量(位数)越大。计算机中的信息都用二进制 的0和1来表示。
模块一 汽车网络控制系 统基础知识
知识目标
1. 熟悉车载网的使用背景及发展历程 2. 掌握车载网络中的常用术语 3. 掌握车载网络的组成 4. 掌握车载网络的分类及协议标准
技能目标
1. 能够对车载网络常用术语进行正确的描述 2. 能够描述车载网络的数据传输方式
情景导入
为了简化线路，提高信息传输的速度和可靠性，降低故障频率，汽车网 络信息技术应运而生。一辆汽车不管有多少块控制单元，每块控制单元都只 需引出两条线共同接在两个节点上，这两条导线就称作数据总线。
（1）协议的内容
① 在一个简单的通信协议中，模块不分主从，根据规定的优先规则，模块间相 互传递信息，并且都知道该接收什么信息。
② 一个模块是主模块，其他则为从属模块，根据优先规则，主模块决定哪个从 属模块发信息以及何时发送信息。
③ 所有的模块都像旋转木马上的骑马人，一个上面有“免费券”挂环的转圈绕 着他们 需要这条信息的模块都可以从挂环上取下这条信息。
二、数据传输方式
根据发送装置向接收装置传输信息时各字节的传输方式不同，数据传输方式分 为并行传输和串行传输两种形式。
1．并行传输
进行并行传输时（如图），发送装置向接收装置同时(并行)传输7～8位数据。以 并行形式传输数据时，两个设备之间的电缆必须包括7或8根平行排列的导线(如接地 导线)。
由下图可以看出，采用并行传输方式时，其数据传输如同在具有8条车道(车道 相当于数据导线)的公路上行车(每辆车的载运量相当于一位数据，8辆车的载运量之 和相当于一个字节)，在同一时间内，可以通过8辆车。虽然其通行效率高，但是要 构筑8条车道，建设成本高昂。
（1）双绞线
双绞线是局域网中最普通的传输媒体，一般用于低速传输，最大数据传输率可 达几Mbit／s；双绞线成本较低，传输距离较近，非常适合汽车网络的情况，也是汽 车网络使用最多的传输媒体。双绞线的结构如图(1)所示，双绞线的数据传输原理如 图(2)所示。
（1）
（2）
（2）同轴电缆
同轴电缆的基本结构如下图所示。像双绞线一样，同轴电缆也是由两个导体组 成，但其结构不同。