汽车总线技术综述.docx

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1、汽车总线技术综述0引言21汽车网络总线分类32 CAN总线介绍及其在汽车的应用52.1 2CAN总线技术特点62.3 CAN总线技术在汽车中的应用的优势72.4 CAN原理及汽车上的应用72.4.1 原理72.4.2 汽车上CAN总线的网络结构、应用方案与实例83 LIN总线介绍及其在汽车的应用103.1原理103.1.1 LIN拓扑结构3.1.2 LIN数据传输1()113.1.3 总线睡眠和唤醒123.1.4 错误检测和处理123.2LIN在汽车上的应用124 FlexRay总线介绍及其在汽车的应用144. 1FlexRay/总线发展历史145. 2FlexRay总线原理156. 3Fle

2、xRay在汽车上的应用155 MOST总线介绍及其在汽车的应用175.1 MOST总线光纤传输的特点175.2 MOST总线的网络结构185.3 MOST在汽车上的应用196 其他207 结语2323参考文献:汽车总线技术综述0引言随着汽车各系统的控制逐步向自动化和智能化转变，汽车电气系统变得日益复杂。传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然会形成庞大的布线系统。据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2000米，电气节点可达1500个，而且该数字大约每10年就将增加1倍。这进一步加剧了粗大的线束与汽车上有限的可用空间之间的矛盾。无论从材料成本还是

3、工作效率看，传统布线方法都不能适应现代汽车的发展。另外,为了满足各电子系统的实时性要求，须对汽车公共数据(如发动机转速、车轮转速、节气门踏板位置等信息)实行共享，而每个控制单元对实时性的要求又各不相同。因此，传统的电气网络已无法适应现代汽车电子系统的发展，于是新型汽车总线技术便应运而生。汽车总线为汽车内部各种复杂的电子设备、控制器、测量仪器等提供了一个统一的数据交换渠道。就像在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，汽车总线术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。1多数工程师认为，汽车工业将慢慢改变它的电子架构，最有可能的是采用一种混合的协议方案。他们认为:FlexRay最

4、终将在车身和底盘上被采用，L1N将应用在门锁和窗口马达等低带宽领域，在气囊和其它保险装置中采用线控安全(Safty-by-Wire),而CAN总线将继续控制它的动力传输系统。2下文将介绍各类汽车总线及其在汽车的应用。图0T传统的点对点通讯方式拓扑图3人速度(Kb/s)1(XX)O1(X)()20012520座椅位置控制等车窗、反光镜、车门锁、雨刮器等图0-2未来汽车数据总线层次结构1汽车网络总线分类自总线通讯技术20世纪80年代开始应用在汽车上之后，目前已形成了适用于不同场合的多种汽车总线标准，如MOST、CAN、TTP、LIN、FLEXRAY等。SAE(美国汽车工程师协会)按传输速度的不同，

5、将汽车网络总线分为ABCD四类。如下表所示:4表1/汽车网络总线分类分类速度主要应用A10Kbps智能传感器B10Kbps125Kbps电动车窗、座椅调节、灯光照明C125Kbps1Mbps车辆信息中心、故障诊断、仪表显示D1Mbps10Mbps悬架控制、牵引控制、发动机控制A类面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有1一lOkbPso主要应用于电动门窗,、座椅调节、灯光照明等控制。B类面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10125kbPso主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其它电子部件。C类面向高速、实时闭环控制的多

6、路传输网，最高位速率可达1Mbps,主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。三类网络功能均向下涵盖，即B类支持A类网的功能，C类网能同时实现B类和A类网功能。目前B类汽车局域网应用最为广泛，A类网已经趋于淘汰，C、D类网应用日益广泛。5表12部分A类网络协议名称主要用户主要使用场合注释UARTGM多种场合正被逐步淘汰SinebusGMAudio应用于无线操纵车轮控制LIN-许多厂商智能连接器、智能传感器由LIN协会开发rcRenaultHVAC极少使用CCDChryslerHVAC,Audio正被逐步淘汰ACPFordAudio/BEAN

7、Toyota车身控制/J1708/J1587/J1922T&B多种场合正被逐步淘汰TTP/ATTTech智能传感器维也纳技术大学开发在A类网络中，LIN协议将会成为主流协议。表13部分B类网络协议名称主要用户主要使用场合注释GMLAN(SWC)GM多种场合GM是唯一的用户IS011898-3欧洲多种场合速率47.6率5Kbps(CAN)IS011519-2欧洲多种场合也称容错CAN(Fault-TolCAN)J2284加,Ford,DC多种场合基于IS0U898,500KbpsVANRenault&PSA控制应用基于IS011519-3开发J1850GM,Ford,Chrysler多种场合有V

8、PM,PWM两种调制方式B类网络中的主流协议将是CAN(15011898-3,SAEJ1850和VAN等协议，其中CAN最为突出。表14部分C类网络协议名称主要用户主要使用场合注释CANGM,Europe实时控制场合应用非常广泛TTP77cTTTech实时控制场合最初由维也纳大学制订FlexRayBWM,Motorola,DaimlerChrysler实时控制场合/目前C类网络最高位速率能够达到1OMbPs,主流协议有：高速CAN(15011898-2)正在发展中的TTCAN和FlexRay。52CAN总线介绍及其在汽车的应用2.1 历史与现状CAN是控制局域网络(ControlAreaNet

9、)的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信，目前广泛应用于离散控制领域。CAN协议也是建立在OSI模型基础上的，其模型结构为三层，即只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用。其信号传输介质为双绞线。通信速率最高可达lMbps/40mo直接传输距离最远可10Km/5Kps，可挂接设备数量为110个。CAN总线的突出优点使其在各个领域得到了广泛应用，这使得许多器件厂商竞相推出CAN总线器件产品。下表列出了一些国内常用的CAN总线芯片，供参考。|6|表2-1主要CAN总线器件产品制造商产品型号器件功能及特点INTEL82526CAN通信控制器，符合CAN2

10、.0A82527CAN通信控制器,符合2.0B8XC196CA/CB扩展的8XC196+CAN通信控制器,符合CAN2.0BPHILIPS82C2OOCAN通信控制器，符合CAN2.0A8X(15928XC552+CAN通信控制器，去掠了l2C,符介CAN2.0A8XCE598提高了电磁兼容性的8XC59282C15O带数字及模拟I/O的CAN总一扩展器件,符合CANZ0A82C250高性能CAN总线收发器P51XA-C316位微控制器+CAN通信控制器.符合CAN2.0BMOTOROLA68HC05X4系列68HC05微控制器+CAN通信控制器，符合CAN2.0ASINENS81C90/91

11、CAN通信控制器,符合CAN2.0AC167C微控制器+CAN通信控制棒.符合CAN2.0A/BNEC72005CAN通信控制器，符介CAN2.0A/BSILIONISI9200CAN总线收发器目前，汽车电子设备中应用的CAN总线共有3个版本。其中成本最低、速度也最慢的是单线CAN(SW-CAN),另外2种分别是容错CAN(FT-CAN)和高速CAN(HS-CAN)o低速CAN总线有自动休眠功能，总线可以让没有操作的节点进入节电模式，在需要的时候再由总线唤醒。高速总线的速度可以达到500千比特/秒，甚至1兆比特/秒，主要用于关键的实时系统，如发动机集中控制系统、制动防抱死系统(ABS)、巡航系

12、统、底盘系统等。近几年来，CAN总线发展迅速，一些汽车制造商也在开发自己的CAN版本。比如通用汽车公司在标准CAN的基础上，应用自己的通信协议，并修改了其他部分软件，开发出了GMCAN,使之更容易采用第3方开发工具。一些芯片制造商也在对标准CAN进行改进，如在汽车熄火时降低CAN模块的功耗，以延长电池寿命。当然，这种对CAN标准的改进而形成的新的专利技术，必然会提高CAN芯片供应商们的成本，因为他们需要提供同时满足GMCAN和标准CAN的芯片。12.2CAN总线技术特点CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光纤，其主要特点是：(1) CAN总线为多主站总线，

13、各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，不分主从，通信灵活。(2) CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点优先传送数据，可满足实时性要求。(3) CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能。(4) CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短。并有CRC及其他校验措施，数据出错率极低保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境中使用。(5) CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响。(6) CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型

14、灵活。(7) CAN总线最大传输速率可达IMb/s(此时通信距离最长为40m),直接通信距离最远可达10k（m速率5kbps以下）。(8) CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）可达110个，而在扩展帧（29位报文标识符）其个数几乎不受限制。(9) CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据。（10）采用不归零码（NRZ-Non-Return-to-Zero）编码/解码方式，并采用位填充（插入）技术。2.3 CAN总线技术在汽车中的应用的优势（1）信息共享采用CAN总线技术可以实现各ECU之间的信息共享，减少不必要的线束和传感器。例如具有CAN总线接口的电喷发动机，其它电器可共享其提供的转速、水温、机油压力、机油温度、油量瞬时流速等，这样一方面可省去额外的水温、油压、油温传感器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，便于司机检查发动机运行工况，从而便于发动机的保养维护。（2）减少线束新型电子通讯产品的出现对汽车的综合布线