车载网络技术与应用

C类网络协议及应用情况
名称 主要用户
ISO11898-2 GM，欧洲
(高速CAN)
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 /
• 目前，在汽车上应用的数据传 输形式有两种：
• 形式1
• （传统方式—不是网络传递）
• 每项信息均通过各自独立的数 据线进行交换
传统式信息传递
发动机 ECU
变速器 ECU
ABS-ECU
SRS— ECU
• 图1 传统式信息传递
•在该例中，共需要5条数据线进行数 据传递 •也就是说，每项信息都需要一个独立 的数据线
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
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
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
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
28个字节 低
SAE J1850
通用、诊断
单线
双绞线
VPW PWM 竞争 10.4Kbps 41.6Kbps 0~8个字节 低
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。
with CAN
•显然二十一世纪的汽车电
子技术将是网络技术的世纪。
3 汽车车载网络技术简介
• 常见汽车车载网络的开发年份、采用厂 家与发表年份：
• 主要汽车车载局域网的基本情况：
• 几种车载网络的成本比例及通信速度比较
汽车车载网络的分类
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
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
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； ➢位速率可达1Mbps， X-By-Wire 系统传输速率可达10Mbps以上； ➢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。
LIN协议的软硬件支持
目 前 ， Motorola 是 全 球 最
主 要 的 LIN 协 议 芯 片 及 其 相 关 驱 动程序提供商，提供硬件开发工 具 及 相 应 的 软 件 包 、 LIN 物 理 层 接口等。
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
汽车车载网络 技术与应用
第一章《概 述》
1 汽车电子技术发展历程
(1)七十年代引入集成电路. (2)八十年代引入微处理器. (3)九十年代引入网络技术. • 三个阶段是汽车电子技术发展的三个里
程碑;
2 汽车上为什么需要发展网络技术
直接原因:汽车产业竞争带来的技术竞争和技 术需求。
间接原因:技术发展达到一定高度提供可能性。
0~246
TTPTM/C
对实时性要求严 格的系统(x-bywire)
同步 频率调制 TDMA
25Mbps 0~236
X-by-Wire系统
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-By-Wire系统的主要协 议为：
• 图2 传统式信息传递
无CAN 总线：
车门控制单元 完成其全部控制功能需 要：45根线和9个插头
without CAN
• 随着汽车控制系统越来越复杂，所
需传输的信息量也越来越大
• 因此数据线数量、控制单元数和控
制单元的端口也会相应增加
• 所以传统式数据传递形式只适用于
有限信息量的数据交换和传输
形式2—网络传输
各控制单元之间的所有信息都通过两 根数据线进行交换——CAN数据总线
• 图4 网络信息传递2
• 图5 网络信息传递3
利用CAN 总线：
Data exchange with CAN data bus (low speed CAN) (2 data wires)
车门控制单元
完成其全部控制功能只 需：最多17 根线，2个 插头即可
➢IDB-C：SAE J2366
➢IDB-M：D2B、MOST、IDB1394等
➢IDB-Wireless： Bluetooth(蓝牙)
D类网络协议的比较
比较内容 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
数据流 控制 光纤
主要用户 主要应用场合
GM
多种场合
GM
Audio
许多厂商 智能连接器和传感器
Renault HVAC
Chrysler HVAC，Audio等
Ford
Audio
Toyota
车身控制
T&B
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
A类网络协议之LIN协议
器ECU
电动执行器
行器
执行器 入装置ECU
LIN
图
B类网络协议的特点
➢B类网络协议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；
➢位速率一般在10~125Kbps；
➢主要应用于电子车辆信息中心、故 障诊断、仪表显示等方面的控制。
现有B类网络协议及其应用情况
➢TTPTM/C(Time-Triggered Protocol)
➢FlexRay
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。
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。
SafetyBus Delphi
BOTE
Bosch-Temic
Planet
Philips
DSI
Motorola/AMP
SI(Byteflight) BMW/ Motorola
注释 Delphi是唯一用户 / / / 也称ISIS
E类网络协议的比较
比较内容 SafetyBus Planet
Byteflight
IDB-1394 PC设备 屏蔽双绞线
位编码方式 位速率 成本
NRZ
250Kbps
低
PWM BiPhase BiPhase NRZ
29.8Kbps 12Mbps 25Mbps 98~393Mbps
中
高
高
中
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
• 集成电路:只改变产品的体积,工作速度,性能可靠 性;
• 微处理器:使产品体现出智能特征; • 网络技术:解决由于汽车上大量应用电子装置带
来的问题------------------汽车电子电器数量过多，系统过大、冗余度 高、成本增加、技术效益低下。 具体说明:（1）（2）（3）（4）
线束的长度
➢能提高汽车上分层、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； ➢预计到2003年，全世界新生产的汽车平均 每辆会有3~10个LIN节点。
A类网络的主流协议
➢根据这些网络协议目前发展和使用的状况，
不难得出结论，将来A类网的主流协议将是
LIN。
➢尽管LIN目前正处于发展阶段，但是它已经 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，它有望成为A类网络的世界标 准。
ISO 11898-3、 VAN、 J1850性能比较
比较内容 应用场合 传输介质
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 控制、诊断 双绞线
NRZ 竞争 10K~1Mbps 0~8个字节 中
VAN 控制、诊断 双绞线、扁 平线 Manchester 竞争 125Kbps
（1）Volvo汽车线束长度的增加
(米) 1400 1200 1000 800 600 400 200
0 (年)
1915 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 线束的增加
（3）线束重量变化：
• 2003年6月在南京菲亚特下线的“派 力奥·周末风”，车载网络将前照 灯照明、前/后窗自动玻璃清洗控制、 转向灯控制、后风窗雨刮器、内部 照明系统、单点触电动窗自动升降、 电子防盗系统通过网络连为一体。
• 由于采用了汽车整体车载网络技术， 从而减少了23%的线束。
（4）数据传递的形式
23.10% 23.9% 26.2% 27.5% 全球每辆新车平均汽车电子应用比例的增长速度
3.5%
9.6%
5.0%
中国平均每辆新车汽车电子支出（美元）
754
790
885
1024
中国每辆新车平均汽车电子应用比例
3.40% 4.2%
4.8%
5.8%
中国每辆新车平均汽车电子应用比例的增长速度
23.5% 14.3% 20.8%
线束的增加不但占据了车内的有效空间，增加了装配和维 修的难度，提高了整车成本，而且妨碍了整车可靠性的提高。
（2）2001-2004年中国汽车电子应 用比例与全球平均水平情况对比
wk.baidu.com
2001年 2002年 2003年 2004 全球平均每辆新车汽车电子支出（美元）
1800
1854
2025
2123
全球每辆新车平均汽车电子应用比例
ISO 11898-2、 TTPTM/C、 FlexRay性能比较
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
• 车载网络传输速度：
典型的现代汽车车载网络
• Vehicle LAN（ 车载局域网）
A类网络协议的特点
➢A类网络主要面向传感器、执行 器控制；
➢位速率一般小于10Kbps； ➢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。
现有A类网络协议及其应用情况
名称
UART Sinebus LIN I2C CCD ACP BEAN J1708/J1587/ J1922