第1章 车载网络系统概述..

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2004年，美国GM、Ford、DC三大汽车公 司对乘用车采用基于CAN的J2480诊断系统 通信标准。在欧洲， 从2000年开始，欧洲 汽车厂商就已经能够开始使用一种基于 CAN总线的诊断系统通信标准ISO15765。 目前，除了CAN网络，LIN协议也已经成为 汽车诊断的总线标准。
第1章 车载网络系统概述
本章重点： （1）了解车载网络技术的分类，并且知道 每一类的1到2种代表性协议； （2）调查某一车系（一汽Audi）的车载网 络技术并进行总结； （3）车载网络技术的优点； （4）目前车载网络技术应用趋势
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第1章考考你
1-1.请举出用于汽车的A、B、C类网络各2个？ 1-2.请简单说明Audi应用车载网络技术情况？ 1-3.目前车载网络技术应用趋势？(查找近期分析 文章) 1-4.车载网络技术的优点？ 1-5.请查资料说明宝马E65汽车网关通讯中各种颜 色的线分别代表什么车载总线？ 1-6：请说明宝马E60所包括的总线类型？
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(2)FlexRay

FlexRay是BMW、Daimler Chrysler、 Motorola和Philips等公司制定的功能强大的 通信网络协议。它是基于FTDMA的确定性 访问方式，具有容错功能及确定的通信消息 传输时间，同时支持事件触发与时间触发通 信。具备高速率通信能力。FlexRay采用冗 余备份的办法，对高速设备可以采用点对点 方式与FlexRay总线控制器连接，构成星型 结构，对低速网络可以采用类似CAN总线的 方式连接。

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(1)TTP/A协议最初由维也纳工业大学制定，为时间触发类 型的网络协议，主要应用于集成了智能变换器的实时现场 总线。它具有标准的UARTUART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发 器) ，能自动识别加入总线的主节点与从节点，节点在某段已 知的时间内触发通信但不具备内部容错功能。 (2)LIN是在1999年由欧洲汽车制造商Audi、BMW、 DaimlerChrysler、Volvo、Volkswagen和VCT 公司以及 Motorola公司组成的LIN协会，共同推出的用于汽车分布 式电控系统的开放式的低成本串行通信标准，从2003年开 始使用。
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(3)高速CAN

欧洲的汽车制造商基本上采用高速CAN总线标准 ISO11898。总线传输速率通常在125kbps1Mbps 之间。据Strategy Analytics公司统计， 2001年用在汽车上的CAN节点数目超过1亿个。 然而，作为一种事件驱动型总线，CAN无法为下 一代线控系统提供所需的容错功能或带宽，因为 X-by-Wire系统实时性和可靠性要求都很高，必须 采用时间触发的通信协议，如TTP/C或FlexRay等。
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图1 所示奥迪A4 轿车车用网络系统包含了 上述五类网络中的A类网络LIN、B 类网络 低速 CAN、C类网络高速 CAN、D类网络 MOST及蓝牙 bluetooth 等技术.下面分别介 绍.
思考1-1.请举出用于汽车的A、 B、C类网络各2个？
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4.数据传输方法的变革
发动机转速 燃油消耗量 发动机 控制单元
节气门位置
自动变速箱 控制单元
变速箱干预信号 换挡信息
并行数据传输方式：高速、高效，通信距离短
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4.数据传输方法的变革(续)
发动机转速 燃油消耗量 节气门位置 发动机 控制单元 变速箱干预信号 换挡信息 自动变速箱 控制单元
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LIN是一种基于UART的数据格式、主从结 构的单线12V的总线通信系统，主要用于智 能传感器和执行器的串行通信。从硬件、 软件以及电磁兼容性方面来看，LIN保证了 网络节点的互换性，极大地提高了开发速 度，同时保证了网络的可靠性。
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补充解释：

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本章结构
1.1 为什么会出现车载总线系统 1.2 汽车网络的分类及发展趋向 1.3 车载总线技术的优势点 与市场前景
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1.1 为什么会出现车载总线系统

一.系统的必要性 1.电控系统的引入显然提高了车辆综合性能 2.线束和元件的不断增加与有限的车内空间产生 了矛盾 在传统的汽车中，电气信号的连接是通过线束实 现的。随着汽车中电子部件数量的增加，线束与 配套接插件的数量也在成倍上升。在1955年平均 一辆汽车所用线束的总长度为45米，而到了2002 年，平均一辆汽车所用线束的总长度却达到了4千 米。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 妨碍整车可靠性的提高。
串行数据总线传输方式：速度慢，接口简单、通信距离远
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第四类节点
蓝牙节点
第三类节点 第二类节点
MOST网络
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Lin总线
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迄今为止 ,已有多种网络标准.为方便研究和 设计使用 ,美国汽车工程师协会 (SAE :Society of Automotive Engineer)将 汽车网络根据速率划分为 A,B,C,D,E五类 , 各类网络的特点见表1.
2.B类网络标准 （VAN和CAN）
从目前B类网络的使用情况来看主要有两种： 低速CAN和VAN。 (1)VAN标准是ISO于1994年6月推出的。它 基于ISO11519-3，主要为法国汽车公司所 用。但目前就动力与传动系统而言，甚至 在法国也集中在CAN总线上。

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CAN
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由于LIN价格低廉，因此它可将MCU嵌入到 车身零部件中，使其成为具备网络功能智 能零部件（Smart Parts）从而进一步减少 线束、降低成本。LIN网络已经广泛地被世 界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所 接受，有望成为事实上的A类网络标准。
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一.系统的必要性（续）

3.电控单元（ECU）的增多使网络通信的发展成为必然 基于数据通讯的车载网络，这为提高汽车性能和减少线束数量提供了 有效的解决途径。
电控单元 电控单元，又称为ECU（Electrical Control Unit）。一般是汽车内部 系统控制模块的代名词。ECU的主要部分是微机，而核心件是CPU。 ECU将输入信号转化为数字形式，根据存储的参考数据进行对比加工， 计算出输出值，输出信号再经功率放大去控制若干个调节伺服元件， 例如继电器和开关等。因此，ECU实际上是一个“电子控制单元” （Electronic Control Unit），它是由输入电路、微机和输出电路等三 部分组成。电控单元(ECU)是电控系统的核心，安装在轿车右前轮罩 后板处。
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CAN协议仍为C类网络协议的主流，但
随着汽车中引进X-by-Wire系统， TTP/C 和FlexRay将显示出优势。它们 之间的竞争还要持续一段时间，在未 来的线控系统中，到底哪一种标准更 具有生命力尚难定论。
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4.诊断系统总线标准


故障诊断是现代汽车必不可少的一项功能、使用 诊断系统的目的主要是为满足OBDII(On Board Diagnose)、OBD-III或EOBD(European-On Board Diagnose)标准。 OBD-II第二代随车电脑诊断系统，由美国汽车工 程学会1994年提出。1994年以来，美、日、欧一 些主要汽车生产厂为了维修方便逐渐使用OBD-II 随车诊断系统。这一系统集故障自诊断系统软硬 件结构、故障代码、通信方式系统、自检测试模 式为一体， 具有监视发动机微机和排放系统部件 25 的能 力。

(2)CAN是德国Bosch公司从20世纪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 据交换问题而开发的一种串行数据通信协议。它 是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴 电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps。1991年 首次在奔驰S系列汽车中实现。同年，Bosch公司 正式颁布了CAN技术规范，版本2.0。1993年11 月，ISO正式颁布了国际标准ISO11898，为CAN 的标准化、规范化铺平了道路。此后，越来越多 的北美和日本汽车公司也开始采用CAN网络。 1994年，美国汽车工程师协会卡车和巴士控制与 通信子协会选择CAN作为SAE j1939标准的基础。 低速CAN具有许多容错功能，一般用在车身电子 控制中；而高速CAN则大多用在汽车底盘和发动 机的电子控制中。


SPI、UART三种串行总线协议的区别 第一个区别当然是名字： SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口); UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器) 第二，区别在电气信号线上： SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总 线可以实现 多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其 他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以 增加一条从设备选择线。 如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现 的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若 只实现从设备，则只需输入口即可。 UART总线是异步串口，因此一般比同步串口SPI的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的 波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发 送，一根用于接收。 显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。 第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工； SPI接口和上面UART相比，多了一条同步时钟线，上面UART的缺点也就是它的优点了，对通信双 方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合，而且通信速度非常快。

对于D和E类网络标准,综合考虑功能和位传 输速率等因数，现有的汽车总线可分为多 媒体信息系统总线、安全总线和诊断系统 总线。
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二． 汽车网络标准的具体分类
1.A类网络标准 从目前的发展和使用情况来看，A类网的主 要总线是TTP/A(Time Triggered Protocol/A) 和LIN(Local Interconnect Network)。

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(1)TTP/C协议

(1)TTP/C协议由维也纳工业大学研究，基于 TDMA的访问方式。TTP/C是一个应用于分布式 实时控制系统的完整的通信协议。 它能够支持多 种容错策略， 提供容错的时间同步以及广泛的错 误检测机制，同时还提供节点的恢复和再整合功 能。其采用光纤传输的工程化样品速度将达到 25Mbps。TTP /C 支持时间和事件触发的数据传 输。TTP管理组织TTAGroup成员包括奥迪、SA、 Renault、NEC、TTChip、Delphi等。
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CAN总线凭借其突出的可靠性、实时性和 灵活性已从众多总线中突显出来，成为世 界接受的B类总线的主流协议。
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3.C类网络标准
C类标准主要用于与汽车安全相关及实时性 要求比较高的地方，如动力系统， 所以其 传输速率比较高，通常在125kbps - 1Mbps 之间，必须支持实时的周期性参数传输。 目前，C类网络中的主要协议包括高速 CAN(ISO11898-2)、正在发展中的TTP/C 和FlexRay等协议。