汽车总线控制技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
同时，现代汽车控制技术已从单变量控制发展到多变量控制，从局部的自动 调节发展到全局的最优控制。这就要求对汽车上每一系统的状态进行实时同步的 跟踪、采集、综合分析、推理、判断，从而做出最优控制决策。为了提高信号的 利用率，要求大批的数据信息能在不同的电控单元中共享，汽车综合控制系统中 大量的控制信号也需要实时交换。
拓展与提升 汽车总线控制技术
拓展与提升 汽车总线控制技术
1. 为什么要采用汽车总线控制技术
现代汽车中所使用的电控系统和通信系统越来越多，如发动机电控系统、 自动变速器控制系统、防抱死制动系统、巡航控制系统和车载多媒体系统等；这 些系统与系统之间、系统和汽车的显示仪表之间、系统和汽车故障诊断系统之间 均需要进行数据交换。
A 类是面向传感器/ 执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于20 kbit/s，主要用于后视镜调整、电动车窗、灯光照明等装置信号传输和控制。目 前首选的标准是LIN 总线。
B 类是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在10～125 kbit/s，主 要用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。B 类中的国际标准是CAN 总线。
针对上述问题，在借鉴计算机网络和现场控制技术的基础上，汽车总线控制 技术应运而生。通过总线控制技术可以实现多路控制和各模块之间的数据共享等 功能，使控制变得更加方便，并可节省大量的导线，降低成本、便于维护和提高 总体可靠性。
拓展与提升 汽车总线控制技术 2.总线系统信息传输
汽车网络系统的信息一般采用多路传输。多路传输是指在同一通道或线路上 同时传输多条信息。事实上数据信息是依次传输的，但速度非常快，几乎就是同 时传输。
从图9.16可以看出，常规线路要比多路传输线路简单得多，但是多路传输系 统ECU之间所用导线比常规线路系统所用导线少得多。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。
图9.16 常规线路与多路传输线路原理图
拓展与提升 汽车总线控制技术
3.总线系统构成
总线系统主要由控制单元、数据总线、网络、通信协议和网关等组成。 1）控制单元 控制单元（ECU）是检测信号及进行信号处理的电子装置。 2）数据总线 数据总线（BUS）是模块（如控制单元、智能传感器等）间运行数据的通道， 即所谓的信息高速公路，如图9.17 所示。如果一个控制单元可以通过数据总线 发送数据，又可以从数据总线接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总 线。汽车上的信息高速公路实际是一条导线或两条导线。
C 类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，位速率在125 kbit/s～1 Mbit/s， X-by-wire 系统传输速率可达10 Mbit/s 以上，主要用于牵引控制、 ABS 控制等系统。
拓展与提升 汽车总线控制技术
D类是网络智能数据总线IDB（ Intelligent Data Bus）协议，主要面向信 息、多媒体系统等，根据SAE分类，IDB-C 为低速、IDB-M为高速、IDB-Wireless 为无线通信，D 类网络协议的位速率在250 kbit/s～100 Mbit/s 之间。
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。 在今天的汽车中，作为一种典型应用，车体和舒适性控制模块都连接到CAN 总线上，并借助LIN 总线进行外围设备控制。而汽车高速控制系统，通常会使用 高速CAN 总线连接在一起。远程信息处理和多媒体连接需要高速互连，视频传输 又需要同步数据流格式，这些都可由DDB（Domestic Digital BUS）或MOST（ Media Oriented Systems Transport）协议来实现，无线通信则通过Bluetooth 技术加以实现。
拓展与提升 汽车总百度文库控制技术
5）网关 因为汽车上有这么多总线和网络，所以必须用一种有特殊功能的计算机达到 信息共享和不产生协议间的冲突，实现无差错数据传输，这种计算机就称为网关 ，如图9.19 所示。 网关是连接异型网络的接口装置，它综合了桥接器和路由器的功能，汽车网 关主要对双方不同的协议进行翻译和解释，具备从一个网络协议到另一个协议转 换信息的能力。 网关主要有三方面的作用：接收、转换、发送。具体来说就是接收第一个网 络送来的信息，将其转换翻译后，向第二个网络传送信息。
控制单元A
控制单元B
控制单元C
控制单元D
控制单元E
图9.17 多个计算机之间利用数据总线进行通信
拓展与提升 汽车总线控制技术
3）网络 为了实现信息共享而把多条数据总线连在一起，或者把数据总线和模块当作 一个系统，称为网络。从物理意义上讲，汽车上许多模块和数据总线距离很近， 因此被称为LAN（局域网）。 局域网是在一个有限区域内连接的计算机网络。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。连接到网络上的节点可以 是计算机、基于微处理器的应用系统或职能装置。 例如凌志LS430 的几条数据总线间共有29 块相互交换信息的模块，如图 9.18 所示，几条数据总线连接29 个模块，总线又连接到局域网上，其中还有3 个接线盒ECU，2 个作为前端模块，1 个作为后端模块。
拓展与提升 汽车总线控制技术
图9.19 网关与其他计算机的连接示意图
拓展与提升 汽车总线控制技术
4.汽车总线协议标准
为方便研究和设计应用，美国汽车工程师学会 SAE（ Society of Automotive Engineers）车辆网络委员会按系统的复杂程度、信息量、必要的动 作响应速度、可靠性要求等，将汽车数据多路传输网络划分为A、B、C、D、E 五 类。
拓展与提升 汽车总线控制技术
图9.18 凌志LS430轿车的多路传输系统
拓展与提升 汽车总线控制技术
4）通信协议 两个实体要想成功地通信，它们必须使用相同的语言，并按既定控制法则来 保证相互的配合。具体来说，在通信内容、怎样通信以及何时通信等方面，两个 实体要遵从相互可以接受的一组约定和规则。这些约定和规则的集合称为协议。 因此协议可定义为在两实体间控制信息交换的规则集合。 通信协议犹如交通规则，包括“交通标志”的制定方法。作为汽车维修人员 ，并不关心通信协议本身，而真正关心的是它对汽车维修诊断的影响。通信协议 本身取决于车辆要传输多少数据，要用多少模块，数据总线的传输速度要多快。 大多数通信协议（以及使用它们的数据总线和网络）都是专用的。因此，维修诊 断时需要专门的软件。
拓展与提升 汽车总线控制技术
拓展与提升 汽车总线控制技术
1. 为什么要采用汽车总线控制技术
现代汽车中所使用的电控系统和通信系统越来越多，如发动机电控系统、 自动变速器控制系统、防抱死制动系统、巡航控制系统和车载多媒体系统等；这 些系统与系统之间、系统和汽车的显示仪表之间、系统和汽车故障诊断系统之间 均需要进行数据交换。
A 类是面向传感器/ 执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于20 kbit/s，主要用于后视镜调整、电动车窗、灯光照明等装置信号传输和控制。目 前首选的标准是LIN 总线。
B 类是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在10～125 kbit/s，主 要用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。B 类中的国际标准是CAN 总线。
针对上述问题，在借鉴计算机网络和现场控制技术的基础上，汽车总线控制 技术应运而生。通过总线控制技术可以实现多路控制和各模块之间的数据共享等 功能，使控制变得更加方便，并可节省大量的导线，降低成本、便于维护和提高 总体可靠性。
拓展与提升 汽车总线控制技术 2.总线系统信息传输
汽车网络系统的信息一般采用多路传输。多路传输是指在同一通道或线路上 同时传输多条信息。事实上数据信息是依次传输的，但速度非常快，几乎就是同 时传输。
从图9.16可以看出，常规线路要比多路传输线路简单得多，但是多路传输系 统ECU之间所用导线比常规线路系统所用导线少得多。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。
图9.16 常规线路与多路传输线路原理图
拓展与提升 汽车总线控制技术
3.总线系统构成
总线系统主要由控制单元、数据总线、网络、通信协议和网关等组成。 1）控制单元 控制单元（ECU）是检测信号及进行信号处理的电子装置。 2）数据总线 数据总线（BUS）是模块（如控制单元、智能传感器等）间运行数据的通道， 即所谓的信息高速公路，如图9.17 所示。如果一个控制单元可以通过数据总线 发送数据，又可以从数据总线接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总 线。汽车上的信息高速公路实际是一条导线或两条导线。
C 类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，位速率在125 kbit/s～1 Mbit/s， X-by-wire 系统传输速率可达10 Mbit/s 以上，主要用于牵引控制、 ABS 控制等系统。
拓展与提升 汽车总线控制技术
D类是网络智能数据总线IDB（ Intelligent Data Bus）协议，主要面向信 息、多媒体系统等，根据SAE分类，IDB-C 为低速、IDB-M为高速、IDB-Wireless 为无线通信，D 类网络协议的位速率在250 kbit/s～100 Mbit/s 之间。
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。 在今天的汽车中，作为一种典型应用，车体和舒适性控制模块都连接到CAN 总线上，并借助LIN 总线进行外围设备控制。而汽车高速控制系统，通常会使用 高速CAN 总线连接在一起。远程信息处理和多媒体连接需要高速互连，视频传输 又需要同步数据流格式，这些都可由DDB（Domestic Digital BUS）或MOST（ Media Oriented Systems Transport）协议来实现，无线通信则通过Bluetooth 技术加以实现。
拓展与提升 汽车总百度文库控制技术
5）网关 因为汽车上有这么多总线和网络，所以必须用一种有特殊功能的计算机达到 信息共享和不产生协议间的冲突，实现无差错数据传输，这种计算机就称为网关 ，如图9.19 所示。 网关是连接异型网络的接口装置，它综合了桥接器和路由器的功能，汽车网 关主要对双方不同的协议进行翻译和解释，具备从一个网络协议到另一个协议转 换信息的能力。 网关主要有三方面的作用：接收、转换、发送。具体来说就是接收第一个网 络送来的信息，将其转换翻译后，向第二个网络传送信息。
控制单元A
控制单元B
控制单元C
控制单元D
控制单元E
图9.17 多个计算机之间利用数据总线进行通信
拓展与提升 汽车总线控制技术
3）网络 为了实现信息共享而把多条数据总线连在一起，或者把数据总线和模块当作 一个系统，称为网络。从物理意义上讲，汽车上许多模块和数据总线距离很近， 因此被称为LAN（局域网）。 局域网是在一个有限区域内连接的计算机网络。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。连接到网络上的节点可以 是计算机、基于微处理器的应用系统或职能装置。 例如凌志LS430 的几条数据总线间共有29 块相互交换信息的模块，如图 9.18 所示，几条数据总线连接29 个模块，总线又连接到局域网上，其中还有3 个接线盒ECU，2 个作为前端模块，1 个作为后端模块。
拓展与提升 汽车总线控制技术
图9.19 网关与其他计算机的连接示意图
拓展与提升 汽车总线控制技术
4.汽车总线协议标准
为方便研究和设计应用，美国汽车工程师学会 SAE（ Society of Automotive Engineers）车辆网络委员会按系统的复杂程度、信息量、必要的动 作响应速度、可靠性要求等，将汽车数据多路传输网络划分为A、B、C、D、E 五 类。
拓展与提升 汽车总线控制技术
图9.18 凌志LS430轿车的多路传输系统
拓展与提升 汽车总线控制技术
4）通信协议 两个实体要想成功地通信，它们必须使用相同的语言，并按既定控制法则来 保证相互的配合。具体来说，在通信内容、怎样通信以及何时通信等方面，两个 实体要遵从相互可以接受的一组约定和规则。这些约定和规则的集合称为协议。 因此协议可定义为在两实体间控制信息交换的规则集合。 通信协议犹如交通规则，包括“交通标志”的制定方法。作为汽车维修人员 ，并不关心通信协议本身，而真正关心的是它对汽车维修诊断的影响。通信协议 本身取决于车辆要传输多少数据，要用多少模块，数据总线的传输速度要多快。 大多数通信协议（以及使用它们的数据总线和网络）都是专用的。因此，维修诊 断时需要专门的软件。