车载网络技术概述

Telematics系统在汽车上的布置（图1-19）可分为前座 系统、后座系统与发动机系统三大子系统。
图1-19 Telematics系统在汽车上的布置
1.2 汽车网络技术的应用
图1-22 汽车上的电子控制系统越来越多
图1-23 汽车内部的电线（线束）数量 （装备3个电子控制单元）
图1-24 复杂的、多控制单元的汽车电脑控制系统
3.采用汽车网络技术的优点
① 减轻整车自重。减少电线用量，耗铜量下降，整车自重得 以降低。同时，全车线束变细，也为安装其它新的部件预留 了空间。 ② 降低生产成本。除了电线用量减少、耗铜量下降带来的成 本降低之外，网络技术所秉持的“信息共享、一线多能”也 充分发挥了每一条电线的作用，现实了“物尽其用”。
车祸或车辆出现故障，驾驶
员可通过Telematics系统的
紧急呼叫按键，自动联系紧
急服务机构（119、120等急
救机构）或汽车服务站，以
获得道路救援。 ③汽车防盗及搜寻。
图1-15 紧急呼叫按键 1-左侧免提话筒；2-活动天窗按键；
3-紧急呼叫按键；4-右侧免提话筒
通过GPS卫星定位技术确定失窃车辆的位置和行车路线， 以便搜寻与追踪，追缴车辆并缉拿盗车贼。
1.Telematics简介
Telematics是远程通信技术（Telecommunications） 与信息科学技术（Informatics）的合成词，意指通过内置在 汽车、航空器、船舶、火车等运输工具上的计算机网络技术， 借助无线通信技术、GPS卫星导航技术，实现文字、图像、 语音信息交换的综合信息服务系统。
按照电子产品和电子控制系统的技术特点，可将汽车电 子技术的发展粗略划分为四个阶段。
1.第一阶段——零部件层次的汽车电器时代 1965~1980年属于零部件层次的汽车电器时代。汽车发
电机晶体管电压调节器和晶体管点火装置等开始装备汽车， 而且电子控制装置又逐步实现了由分立元件向集成化的过渡。
这一阶段，装备汽车的其
Telematics特点在于大部分的应用系统位于网络上（如 通讯网络、卫星与广播等）而非汽车内。驾驶者可运用无线 传输的方式，连结网络传输与接收信息与服务，以及下载应 用系统或更新软件等，所耗的成本较低，主要功能仍以行车 安全与车辆保全为主，主要功能如图1-12所示。
图1-12 Telematics的主要功能
同时，也便于 实现控制器与执行 器的就近安装，甚 至采用控制器与执 行器的一体化安装， 进一步节省了安装 空间，提高了控制 的实时性和控制精 度，从而实现了良 性循环。
图1-32 大众开迪（Caddy）、迈腾 （Magotan）汽车的整体式ESP ECU
1.2.2 现场总线与汽车网络
1.现场总线 现场总线（Field bus）是一种工业数据通信总线，主
图1-28 在具有3个控制单元的系统中采用 CAN数据总线进行信息传输
图1-29 汽车内部的电线（线束）数量 （装备3个电子控制单元）
下面，以宝来（BORA） 汽车的驾驶员侧车门控 制单元为例，进一步说 明这一问题。
图1-30 采用传统的布线方式 （9个线束插接器，共45根电线）
图1-31 采用数据总线进行信息传输（只需2个线束插接器，17根电线）
学习内容
1
汽车网络技术的发展
2
汽车网络技术的应用
3
汽车网络标准与协议
一、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
图2-13 并行传输 1—发送装置；2—数据；3—接收装置；MSB—最高值数位；LSB—最低值数位
图1-34 现场总线中的控制单元
在大众速腾（SAGITAR）汽车的电源管理系统中，J519作为中央电 器控制网络系统的一个节点，可以实现电源管理、车外灯控制、车内灯控 制、仪表照明及光亮度调整、转向信号控制、接线柱控制、前/后风挡玻璃 的雨刷控制、燃油泵电源接通、发电机励磁、后风窗加热等十几种功能， 控制功能十分丰富。
图1-25 2个控制单元 之间传统的布线方式 （一对一布线）
对于复杂的控制系统，若采用传统布线方式（一对一布 线），将导致车上电线数目急剧增加，其质量将会占到整车 质量的4%左右。而且，数量庞大的线束、电线插接器也会降 低车辆电气系统的可靠性，使故障率加大。
为解决这一制约汽车电子技术进一步发展的信息传输瓶 颈问题，一种新的信息传输技术——汽车网络技术应运而生。
图1-4 电子点火系统组成示意图
进入20世纪90年代，出现全面、综合的电子控制系统。
3.第三阶段——整车联网层次的汽车网络化时代
1995~2010年属于整车联网层次的汽车网络化时代。采用 先进的单片机技术和车载网络技术，形成了车上的分布式、网 络化的电子控制系统。整车电气系统被连成一个多ECU、多 节点的有机的整体，使得其性能也更加完善。
他电子装置还有转向系统电子 式闪光器、电子控制式喇叭、 电子式间歇刮水控制器、数字 时钟及高能点火（HEI）线圈 和集成电路点火系统等。
2.第二阶段——子系统层次的汽车电脑控制时代
1980~1995年属于子系统层次的汽车单片机（汽车电脑）控制时代， 以单片机为控制核心，以实现特定控制内容或功能为基本目的的各种电子 控制系统得到了迅速发展。
要用于自动化控制（如钢铁冶金、啤酒酿造，以解决工业现 场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数 字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传 递问题。
目前汽车上广泛使用的控制局域网络（Controller Area Network，CAN）就可以归为现场总线类网络，但同时又有 自身的一些特点。
图1-6 BMW E60的汽车网络系统 图1-7 AUDI A4的汽车网络系统
4.第四阶段——以Telematics技术为代表的汽车信息化时代
以国际Telematics产业联盟（ITIF）正式成立为标志， 2010年成为汽车信息化时代的发轫之年。
图1-10 汽车将进入信息化时代（由动力传动、车身控制、 行驶安全性、多媒体传输到Telematics）
⑦个人化信息接收与发布。收发电子邮件与个人化信息等。
⑧多媒体影音娱乐信息接收。
高画质与高音质的视听设备、游戏机、上网机、个人行 动信息中心、随选视频资讯等（图1-18）。
⑨车辆应急预警系统。
Fra Baidu bibliotek
图1-18 后座多媒体影音娱乐系统
当行驶中的车辆遇到紧急情况是，可以借助Telematics系统向外界 （其他车辆或道路交通管理部门）发出应急申请，亦可接收来自道路交通 管理部门发布的紧急情况警告及应急响应预案，确保行车安全和道路畅通。
③ 提高工作可靠性。电线数量的减少，也使汽车电气系统的 线束插接器数量大大减少，由线束和插接器引发的断路、短 路、接触不良等故障的发生率也大大降低，整车电气系统的 工作可靠性得以提高。
④ 便于后续开发。采用开放式的汽车网络技术，为后续技术 的开发留有充分的余地。以后，随着技术的不断进步，新的 电子控制系统可以很方便地融入到已有的系统之中，而不必 对现有系统作太大的改动。
通过GPS全球卫星定位系统（图1-13） ，结合行车路 线，作电子地图与语音导航相结合的路况报导、路线指引 （图1-14） ，并能提前预报前方路口的车速限制及交通违 法摄像头的安装情况，以确保安全行车。
图1-13 GPS全球卫星定位系统
图1-14 电子地图与语音导航
②道路救援。
行车过程中，如果发生
目前，世界主要汽车制造商生产的的多数汽车上均采用 了以CAN、LIN、MOST、DDB等为代表的网络控制技术， 将车辆控制系统简化为节点模块化。
在基于现场总线的分布式控制中，任何传统意义上的传 感器和执行器都可以与同一现场的节点相组合，构成节点模 块，汽车网络技术进一步优化了汽车的控制系统，极大地提 升了汽车的整体控制水平。
图1-26 键盘与计算机主机之间采用数据总线技术进行信息传输
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。 数据总线可以实现在一条数据线上传递的 信号可以被多个系统（控制单元）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。 如果系统可以发送和接收数据，则这样的 数据总线就称之为双向数据总线
④车辆调度管理。 通过无线信息传输，实现运营车辆的调度管理。
图1-16 运营车辆的调度管理
⑤自动防撞系统。
通过测距传 感器或雷达，监 测前、后车辆之 间的车距，自动 调用车载自适应 巡航系统，使前、 后车辆之间保持 必要的安全距离。
⑥车况掌握。
图1-17 自适应巡航系统监测前、后车辆之间的车距
车辆性能与车况的自动监测、传输，进行多地、远程 “专家会诊”，指导车辆维修等。
汽车网络系统不仅有CAN总线和LIN总线这样的控制网 络，还有多媒体影音娱乐信息网络，如MOST、DDB等。
目前，汽车电子系统控制中应用最广泛的是CAN总线。
2.现场总线的组成 现场总线由两大部分组成，即数据传输线和节点。
在总线系统中节点包括控制单元 和总线辅助设备，控制单元由控制器、 滤波器、收发器、两个数据传输终端 组成。控制单元在硬件上多了专门的 总线接口装置（如CAN总线接口）， 并有相应的软件即通信标准的支持。
将计算机领域的数据总线技术引入到汽车电气系统中， 同样可以在大大简化汽车电路的同时，传递丰富的信息。
如图1-27所示，采用数据总线技术在两个控制单元之间 进行信息传输，可以有效较少数据传输线的数量。
图1-27 采用数据总线技术在两个控制单元之间进行信息传输
图1-28为在具有3个控制单元的系统中采用CAN数据总 线进行信息传输的示意图，相应地，汽车内部的线束连接也 变得简洁、清晰（图1-29），不再是一团乱麻。
2.串行传输
图2-14 串行传输 1-发送装置；2-数据；3-接收装置
数据的传输速率（速度）比特率 比特率：每秒传输的数据位数（bit），单位为bit/s（bps）。 波特率：每秒信号变化的次数（B/s）。 在无调制的情况下，波特率精确等于比特率。采用调相技术 时，波特率不等于比特率。 网速：4 Mbps 1Gbps=1000Mbps=1000*1000bps
目前汽车上: 控制单元内部线路中使用并行数据传输方式， 控制单元外部传输信息则大都以串行传输方式进行。
串行数据传输既可以采用同步传输方式，也可以采用异 步传输方式。
串行数据传输：同步传输方式，异步传输方式。 3.同步数据传输
使用一个共同的时钟脉冲发生器可保持发送装置和接收 装置时间管理的同步性。这种方式就是同步传输方式。
也就是说，Telematics技术整合了汽车网络技术（也包括 其他移动运输工具内部的网络技术）、无线通信技术、GPS （Global Positioning System，全球定位系统）卫星导航技 术，通过无线网络，随时给行车中的人们提供驾驶、生活、娱 乐所必需的各种信息。
图1-11 Telematics信息交换过程示意图
5—最高值数位；6—检查位；7~8—停止位； 9—发送装置
5.数据总线上的信息流方向 ①单工通信。
②双工通信。
图2-17 单工通信
图2-18 双工通信
1.1 汽车网络技术的发展
1.1.1 汽车网络技术的发展历程
汽车电子技术在经历了零部件层次的汽车电器时代、子 系统层次的单片机（汽车电脑）控制时代之后，已经开始进 入汽车网络化时代，并向汽车信息化时代迈进。
随着汽车电子化程度逐年提高，从发动机控制到传动系控 制，从行驶、制动、转向系控制到安全保障系统及仪表报警系 统，从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽车电子 系统形成了一个复杂的大系统（图1-24）。
这些系统除需要互相通信，且信息传输量急剧加大。如果 依然采用传统的布线方式（图1-25），那么，对于复杂控制系 统，其连接电线（线束）的数量将急剧增加，甚至难以承受。
图2-15 同步传输方式 1—同步脉冲；2—数据；3—停止；4—起始；5—接收装置
4.异步数据传输
发送和接收装置之间最常用的时间管理方式是异步传输 方式。进行异步数据传输时，发送和接收装置之间没有共同 的系统节拍。
图2-16 异步数据传输时数据帧的结构 1—接收装置；2—起始位；3—最低值数位；4—5-8 位数据；