智能网联汽车网络系统
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2020/4/18
4.1.1 网络的类型—车载网络类型
2020/4/18
4.1.1 网络的类型—车载自组织网络
➢ 车载自组织网络是基于短距离无线通信技术自主构建的V2V 、V2I、V2P之间的无线通信网络，实现V2V、V2I、V2P之 间的信息传输，使车辆具有行驶环境感知、危险辨识、智能 控制等功能，并能够实现V2V、V2I之间的协同控制
2020/4/18
4.2.4 MOST总线网络——特点
➢ （1）保证低成本条件下，最高可以达到147.5Mbit/s的速率 ➢ （2）无论是否有主控计算机都可以工作 ➢ （3）支持声音和压缩图像的实时处理 ➢ （4）支持数据的同步和异步传输 ➢ （5）发送/接收器嵌有虚拟网络管理系统 ➢ （6）支持多种网络连接方式，提供MOST设备标准 ➢ （7）通过采用MOST，可以减轻线束的质量 ➢ （8）光纤网络不会受到电磁辐射干扰与搭铁环的影响
➢ （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
2020/4/18
4.2.1 CAN总线网络——特点
➢ （6）错误检测功能、错误通知功能、错误恢复功能 ➢ （7）故障封闭：CAN 总线可以判断出错误的类型是总线上暂
时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元 内部故障、驱动器故障、断线等）；当总线上发生持续的数据 错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去 ➢ （8）连接：CAN 总线可以同时连接多个单元，可连接的单元 总数理论上是没有限制的；但实际上可连接的单元数受总线上 的时间延迟及电气负载的限制；降低传输速率，可连接的单元 数增加；提高传输速率，则可连接的单元数减少
2020/4/18
4.2.4 MOST总线网络——应用
➢ 主要用于车载电视、车载电话、车载CD、车载互联网、 DVD导航等系统的控制；用在车载摄像头等行车系统
2020/4/18
四种常用总线网络传输速率与成本的比较
2020/4/18
4.2.5 以太网——定义
➢ 以太网（Ethernet）是由美国施乐（Xerox）公司创建，并 由施乐、英特尔（Intel）和数字装备（DEC）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
第4章 智能网联汽车网络系统
➢4.1 网络的类型与特点 ➢4.2 车载网络 ➢4.3 车载自组织网络 ➢4.4 车载移动互联网
第1页
第2页
第3页
4.1 网络的类型与特点—类型
➢ 以车内总线通信为基础的车载网络 ➢ 以短距离无线通信为基础的车载自组织网络 ➢ 以远距离无线通信为基础的车载移动互联网络
➢ （3）网关互连的层次化架构：智能网联汽车电控系统和先进 驾驶辅助系统的网络体系结构具有层次化特点，它同时包括同 一网络子系统内不同ECU之间的通信和两个或多个网络子系 统所包含的ECU之间的跨网关通信等多种情况。如防碰撞系 统功能的实现依赖于安全子系统、底盘控制子系统、车身子系 统以及V2V、V2I、V2P之间的交互和协同控制
➢ （4）用于高安全性要求的系统：FlexRay本身不能确保系 统安全，但它具备大量功能以支持面向安全的系统设计
2020/4/18
4.2.3 FlexRay总线网络——应用
2020/4/18
4.2.4 MOST总线网络——定义
➢ MOST（多媒体定向系统传输）总线是使用光纤或双绞线 作为传输介质的环形网络，可以同时传输音/视频流数据、 异步数据和控制数据，支持高达150Mbit/s的传输速率。
➢ 汽车中的控制器件、传感器和执行器之间的数据交换主要 是通过CAN网络进行的。然而新的线控技术（X-by-wire） 系统设计思想的出现，导致车辆系统对信息传送速度尤其 是故障容错与时间确定性的需求不断增加；FlexRay通过在 确定的时间槽中传送信息，以及在两个通道上的故障容错 和冗余信息的传送，可以满足这些新增加的要求
➢ CAN是控制器局域网络（Controller Area Network）的简称， 是德国博世公司在1985年时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。目前，CAN总线已经是国际上应用最广泛的 网络总线之一，它的数据信息传输速率最大为1Mbit/s，属于 中速网络，通信距离（无须中继）最远可达10km。
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4.2.1 CAN总线网络——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
2020/4/18
ห้องสมุดไป่ตู้ 4.2.1 CAN总线网络——特点
➢ （1）多主控制：在总线空闲时，所有单元都可开始发送消息 ；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
4.2.1 CAN总线网络——特点
➢ （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。
➢ （4）高速度和远距离：当通信距离小于40 m时，CAN 总线的 传输速率可以达到1Mbit/s；通信速度与其通信距离成反比， 当其通信距离达到10 km时，其传输速率仍可以达到约5kbit/s
2020/4/18
4.2.2 LIN总线网络——特点
➢ （1）LIN总线的通信是基于SCI数据格式，媒体访问采用单主 节点、多从节点的方式，数据优先级由主节点决定，灵活性好
➢ （2）一条LIN总线最多可以连接16个节点，共有64个标识符 ➢ （3）LIN总线采用低成本的单线连接，传输速率最高可达
20kbit/s ➢ （4）不需要进行仲裁，同时在从节点中无须石英或陶瓷振荡
器，只采用片内振荡器就可以实现自同步，从而降低硬件成本
2020/4/18
4.2.2 LIN总线网络——特点
➢ （5）几乎所有的MCU（微控制单元）均具备LIN所需硬件， 且实现费用较低
➢ （6）网络通信具有可预期性，信号传播时间可预先计算 ➢ （7）通过主机节点可将LIN与上层网络（CAN）相连接，实
➢ （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，对各消息ID的 每个位进行逐个仲裁比较；仲裁获胜（被判定为优先级最高） 的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进 行接收工作
2020/4/18
现LIN的子总线辅助通信功能，从而优化网络结构，提高网络 效率和可靠性 ➢ （8）LIN总线通信距离最大不超过40m
2020/4/18
4.2.2 LIN总线网络——应用
➢ LIN网络主要应用于车窗、门锁、开关面板、后视 镜等
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4.2.3 FlexRay总线网络——定义
➢ FlexRay是一种用于汽车的高速可确定性的、具备故障容错 的总线系统。
第4页
4.1.1 网络的类型—车载网络类型
➢ （1）A类低速网络:传输速率一般小于10kbit/s（千比 特每秒)，主流协议是LIN（局域互联网络），主要用 于电动门窗、电动座椅、照明系统等
➢ （2）B类中速网络：传输速率在10~125kbit/s之间， 对实时性要求不太高，主要面向独立模块之间数据共 享的中速网络；主流协议是低速CAN（控制器局域网 络），主要用于故障诊断、空调、仪表显示
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4.2.1 CAN总线网络——应用
2020/4/18
4.2.2 LIN总线网络——定义
➢ LIN是局部连接网络（Local Interconnect Network） 的简称，也被称为局域网子系统，是专门为汽车开发 的一种低成本串行通信网络，用于实现汽车中的分布 式电子系统控制。LIN网络的数据传输速率为20kbit/s ，属于低速网络，媒体访问方式为单主多从，是一种 辅助总线，辅助CAN总线工作；使用LIN总线可大大 降低成本
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4.1.1 网络的类型—车载网络类型
➢（3）C类高速网络：传输速率在125~1000kbit/s之间，对实 时性要求高，主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网；主 流协议是高速CAN、FlexRay（服乐克思睿）等，主要用于发 动机控制、ABS、ASR、ESP、悬架控制等 ➢（4）D类多媒体网络：传输速率在250kbit/s~100Mbit/s之间， 网络协议主要有MOST、以太网、蓝牙、ZigBee技术等，主要 用于要求传输效率较高的多媒体系统、导航系统等 ➢（5）E类安全网络：传输速率为10Mbit/s，主要面向汽车安 全系统的网络
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4.2.3 FlexRay总线网络——特点
➢ （3）确定性：确定性数据传输用于确保时间触发区域内的 每条信息都能实现实时传输
➢ （4）灵活性：灵活性是FlexRay总线的突出特点，体现在以 下方面：支持多种方式的网络拓扑结构，点对点连接、串级 连接、主动星形连接、混合型连接等；信息长度可配置，可 根据实际控制应用需求，为其设定相应的数据载荷长度；双 通道拓扑既可用于增加带宽，也可用于传输冗余的信息；周 期内静态、动态信息传输部分的时间都可随具体应用而改变
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4.1.1 网络的类型—车载移动互联网
➢ 车载移动互联网是基于远距离通信技术构建的车辆与互联网之 间连接的网络，实现车辆信息与各种服务信息在车载移动互联 网上的传输，使智能网联汽车用户能够开展商务办公、信息娱 乐服务等
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4.1.2 网络的特点
➢ （1）复杂化：智能网联汽车电控系统的网络体系结构复杂， 它包含多达数百个ECU通信节点，ECU被划分到十几个不同 的网络子系统之中，由ECU产生的需要进行通信的信号个数 多达数千个
➢ （4）通信节点组成和拓扑结构是变化的：智能网联汽车需要 实现V2V、V2I、V2P之间的通信，它的网络体系结构中包含 的通信节点和体系结构的拓扑结构是变化的
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4.2 车载网络
➢ 车载网络类型主要有CAN、LIN、FlexRay、MOST 、以太网等
2020/4/18
4.2.1 CAN总线网络——定义
2020/4/18
4.2.3 FlexRay总线网络——特点
➢ （1）数据传输速率高：最大传输速率可达到10Mbit/s，双 通道总数据传输速率可达到20Mbit/s，因此，应用在车载网 络上，FlexRay的网络带宽可以是CAN网络的20倍
➢ （2）可靠性好：具有冗余数据传输能力的总线系统使用两 个相互独立的信道，每个信道都由一组双线导线组成；一 个信道失灵时，该信道应传输的信息可在另一条没有发生 故障的信道上传输；此外，总线监护器的存在进一步提高 了通信的可靠性
2020/4/18
4.2.3 FlexRay总线网络——应用
➢ （1）替代CAN总线：数据传输速率要求超过CAN的应用 ，FlexRay替代多条CAN总线
➢ （2）用做“数据主干网”：数据传输速率高，且支持多种 拓扑结构，非常适合于车辆主干网络，连接多个独立网络
➢ （3）用于分布式测控系统：分布式测控系统用户要求确切 知道消息到达时间，且消息周期偏差非常小，如动力系统 、底盘系统的一体化控制中。
➢ MOST25是第1代总线标准，最高可支持24.6Mbit/s的传输 速率，以塑料光纤作为传输介质；第2代标准MOST50的传 输速率是MOST25的2倍，采用塑料光纤、非屏蔽双绞线作 为 传 输 介 质 ； 第 3 代 标 准 MOST150 ， 不 仅 最 高 可 支 持 147.5Mbit/s 的传输速率，还解决了与以太网的连接等问题 ，MOST150将成为MOST总线技术发展的趋势。
➢ （2）异构化：为满足各个功能子系统在网络带宽、实时性、 可靠性和安全性的不同需求，CAN、LIN、FlexRay、MOST 、以太网、自组织网络、移动互联网等多种网络技术都将在智 能网联汽车上得到应用，因此，不同网络子系统中所采用的网 络技术之间存在很大程度的异构性
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4.1.2 网络的特点
➢ 以 太 网 包 括 标 准 以 太 网 （ 10Mbit/s ） 、 快 速 以 太 网 （ 100Mbit/s）、千兆以太网（1000Mbit/s）和万兆以太网（ 10Gbit/s）
4.1.1 网络的类型—车载网络类型
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4.1.1 网络的类型—车载自组织网络
➢ 车载自组织网络是基于短距离无线通信技术自主构建的V2V 、V2I、V2P之间的无线通信网络，实现V2V、V2I、V2P之 间的信息传输，使车辆具有行驶环境感知、危险辨识、智能 控制等功能，并能够实现V2V、V2I之间的协同控制
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4.2.4 MOST总线网络——特点
➢ （1）保证低成本条件下，最高可以达到147.5Mbit/s的速率 ➢ （2）无论是否有主控计算机都可以工作 ➢ （3）支持声音和压缩图像的实时处理 ➢ （4）支持数据的同步和异步传输 ➢ （5）发送/接收器嵌有虚拟网络管理系统 ➢ （6）支持多种网络连接方式，提供MOST设备标准 ➢ （7）通过采用MOST，可以减轻线束的质量 ➢ （8）光纤网络不会受到电磁辐射干扰与搭铁环的影响
➢ （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
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4.2.1 CAN总线网络——特点
➢ （6）错误检测功能、错误通知功能、错误恢复功能 ➢ （7）故障封闭：CAN 总线可以判断出错误的类型是总线上暂
时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元 内部故障、驱动器故障、断线等）；当总线上发生持续的数据 错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去 ➢ （8）连接：CAN 总线可以同时连接多个单元，可连接的单元 总数理论上是没有限制的；但实际上可连接的单元数受总线上 的时间延迟及电气负载的限制；降低传输速率，可连接的单元 数增加；提高传输速率，则可连接的单元数减少
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4.2.4 MOST总线网络——应用
➢ 主要用于车载电视、车载电话、车载CD、车载互联网、 DVD导航等系统的控制；用在车载摄像头等行车系统
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四种常用总线网络传输速率与成本的比较
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4.2.5 以太网——定义
➢ 以太网（Ethernet）是由美国施乐（Xerox）公司创建，并 由施乐、英特尔（Intel）和数字装备（DEC）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
第4章 智能网联汽车网络系统
➢4.1 网络的类型与特点 ➢4.2 车载网络 ➢4.3 车载自组织网络 ➢4.4 车载移动互联网
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4.1 网络的类型与特点—类型
➢ 以车内总线通信为基础的车载网络 ➢ 以短距离无线通信为基础的车载自组织网络 ➢ 以远距离无线通信为基础的车载移动互联网络
➢ （3）网关互连的层次化架构：智能网联汽车电控系统和先进 驾驶辅助系统的网络体系结构具有层次化特点，它同时包括同 一网络子系统内不同ECU之间的通信和两个或多个网络子系 统所包含的ECU之间的跨网关通信等多种情况。如防碰撞系 统功能的实现依赖于安全子系统、底盘控制子系统、车身子系 统以及V2V、V2I、V2P之间的交互和协同控制
➢ （4）用于高安全性要求的系统：FlexRay本身不能确保系 统安全，但它具备大量功能以支持面向安全的系统设计
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4.2.3 FlexRay总线网络——应用
2020/4/18
4.2.4 MOST总线网络——定义
➢ MOST（多媒体定向系统传输）总线是使用光纤或双绞线 作为传输介质的环形网络，可以同时传输音/视频流数据、 异步数据和控制数据，支持高达150Mbit/s的传输速率。
➢ 汽车中的控制器件、传感器和执行器之间的数据交换主要 是通过CAN网络进行的。然而新的线控技术（X-by-wire） 系统设计思想的出现，导致车辆系统对信息传送速度尤其 是故障容错与时间确定性的需求不断增加；FlexRay通过在 确定的时间槽中传送信息，以及在两个通道上的故障容错 和冗余信息的传送，可以满足这些新增加的要求
➢ CAN是控制器局域网络（Controller Area Network）的简称， 是德国博世公司在1985年时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。目前，CAN总线已经是国际上应用最广泛的 网络总线之一，它的数据信息传输速率最大为1Mbit/s，属于 中速网络，通信距离（无须中继）最远可达10km。
2020/4/18
4.2.1 CAN总线网络——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
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ห้องสมุดไป่ตู้ 4.2.1 CAN总线网络——特点
➢ （1）多主控制：在总线空闲时，所有单元都可开始发送消息 ；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
4.2.1 CAN总线网络——特点
➢ （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。
➢ （4）高速度和远距离：当通信距离小于40 m时，CAN 总线的 传输速率可以达到1Mbit/s；通信速度与其通信距离成反比， 当其通信距离达到10 km时，其传输速率仍可以达到约5kbit/s
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4.2.2 LIN总线网络——特点
➢ （1）LIN总线的通信是基于SCI数据格式，媒体访问采用单主 节点、多从节点的方式，数据优先级由主节点决定，灵活性好
➢ （2）一条LIN总线最多可以连接16个节点，共有64个标识符 ➢ （3）LIN总线采用低成本的单线连接，传输速率最高可达
20kbit/s ➢ （4）不需要进行仲裁，同时在从节点中无须石英或陶瓷振荡
器，只采用片内振荡器就可以实现自同步，从而降低硬件成本
2020/4/18
4.2.2 LIN总线网络——特点
➢ （5）几乎所有的MCU（微控制单元）均具备LIN所需硬件， 且实现费用较低
➢ （6）网络通信具有可预期性，信号传播时间可预先计算 ➢ （7）通过主机节点可将LIN与上层网络（CAN）相连接，实
➢ （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，对各消息ID的 每个位进行逐个仲裁比较；仲裁获胜（被判定为优先级最高） 的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进 行接收工作
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现LIN的子总线辅助通信功能，从而优化网络结构，提高网络 效率和可靠性 ➢ （8）LIN总线通信距离最大不超过40m
2020/4/18
4.2.2 LIN总线网络——应用
➢ LIN网络主要应用于车窗、门锁、开关面板、后视 镜等
2020/4/18
4.2.3 FlexRay总线网络——定义
➢ FlexRay是一种用于汽车的高速可确定性的、具备故障容错 的总线系统。
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4.1.1 网络的类型—车载网络类型
➢ （1）A类低速网络:传输速率一般小于10kbit/s（千比 特每秒)，主流协议是LIN（局域互联网络），主要用 于电动门窗、电动座椅、照明系统等
➢ （2）B类中速网络：传输速率在10~125kbit/s之间， 对实时性要求不太高，主要面向独立模块之间数据共 享的中速网络；主流协议是低速CAN（控制器局域网 络），主要用于故障诊断、空调、仪表显示
2020/4/18
4.2.1 CAN总线网络——应用
2020/4/18
4.2.2 LIN总线网络——定义
➢ LIN是局部连接网络（Local Interconnect Network） 的简称，也被称为局域网子系统，是专门为汽车开发 的一种低成本串行通信网络，用于实现汽车中的分布 式电子系统控制。LIN网络的数据传输速率为20kbit/s ，属于低速网络，媒体访问方式为单主多从，是一种 辅助总线，辅助CAN总线工作；使用LIN总线可大大 降低成本
2020/4/18
4.1.1 网络的类型—车载网络类型
➢（3）C类高速网络：传输速率在125~1000kbit/s之间，对实 时性要求高，主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网；主 流协议是高速CAN、FlexRay（服乐克思睿）等，主要用于发 动机控制、ABS、ASR、ESP、悬架控制等 ➢（4）D类多媒体网络：传输速率在250kbit/s~100Mbit/s之间， 网络协议主要有MOST、以太网、蓝牙、ZigBee技术等，主要 用于要求传输效率较高的多媒体系统、导航系统等 ➢（5）E类安全网络：传输速率为10Mbit/s，主要面向汽车安 全系统的网络
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4.2.3 FlexRay总线网络——特点
➢ （3）确定性：确定性数据传输用于确保时间触发区域内的 每条信息都能实现实时传输
➢ （4）灵活性：灵活性是FlexRay总线的突出特点，体现在以 下方面：支持多种方式的网络拓扑结构，点对点连接、串级 连接、主动星形连接、混合型连接等；信息长度可配置，可 根据实际控制应用需求，为其设定相应的数据载荷长度；双 通道拓扑既可用于增加带宽，也可用于传输冗余的信息；周 期内静态、动态信息传输部分的时间都可随具体应用而改变
2020/4/18
4.1.1 网络的类型—车载移动互联网
➢ 车载移动互联网是基于远距离通信技术构建的车辆与互联网之 间连接的网络，实现车辆信息与各种服务信息在车载移动互联 网上的传输，使智能网联汽车用户能够开展商务办公、信息娱 乐服务等
2020/4/18
4.1.2 网络的特点
➢ （1）复杂化：智能网联汽车电控系统的网络体系结构复杂， 它包含多达数百个ECU通信节点，ECU被划分到十几个不同 的网络子系统之中，由ECU产生的需要进行通信的信号个数 多达数千个
➢ （4）通信节点组成和拓扑结构是变化的：智能网联汽车需要 实现V2V、V2I、V2P之间的通信，它的网络体系结构中包含 的通信节点和体系结构的拓扑结构是变化的
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4.2 车载网络
➢ 车载网络类型主要有CAN、LIN、FlexRay、MOST 、以太网等
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4.2.1 CAN总线网络——定义
2020/4/18
4.2.3 FlexRay总线网络——特点
➢ （1）数据传输速率高：最大传输速率可达到10Mbit/s，双 通道总数据传输速率可达到20Mbit/s，因此，应用在车载网 络上，FlexRay的网络带宽可以是CAN网络的20倍
➢ （2）可靠性好：具有冗余数据传输能力的总线系统使用两 个相互独立的信道，每个信道都由一组双线导线组成；一 个信道失灵时，该信道应传输的信息可在另一条没有发生 故障的信道上传输；此外，总线监护器的存在进一步提高 了通信的可靠性
2020/4/18
4.2.3 FlexRay总线网络——应用
➢ （1）替代CAN总线：数据传输速率要求超过CAN的应用 ，FlexRay替代多条CAN总线
➢ （2）用做“数据主干网”：数据传输速率高，且支持多种 拓扑结构，非常适合于车辆主干网络，连接多个独立网络
➢ （3）用于分布式测控系统：分布式测控系统用户要求确切 知道消息到达时间，且消息周期偏差非常小，如动力系统 、底盘系统的一体化控制中。
➢ MOST25是第1代总线标准，最高可支持24.6Mbit/s的传输 速率，以塑料光纤作为传输介质；第2代标准MOST50的传 输速率是MOST25的2倍，采用塑料光纤、非屏蔽双绞线作 为 传 输 介 质 ； 第 3 代 标 准 MOST150 ， 不 仅 最 高 可 支 持 147.5Mbit/s 的传输速率，还解决了与以太网的连接等问题 ，MOST150将成为MOST总线技术发展的趋势。
➢ （2）异构化：为满足各个功能子系统在网络带宽、实时性、 可靠性和安全性的不同需求，CAN、LIN、FlexRay、MOST 、以太网、自组织网络、移动互联网等多种网络技术都将在智 能网联汽车上得到应用，因此，不同网络子系统中所采用的网 络技术之间存在很大程度的异构性
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4.1.2 网络的特点
➢ 以 太 网 包 括 标 准 以 太 网 （ 10Mbit/s ） 、 快 速 以 太 网 （ 100Mbit/s）、千兆以太网（1000Mbit/s）和万兆以太网（ 10Gbit/s）