车载网络系统及其故障诊断方法.ppt
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1、车载网络系统的检修概述概述n1、车载网络应用的目地 解决由于汽车上大量应用电子装置带来的问题 (1)汽车电子电器数量过多 (2)系统过大 (3)冗余度高成本增加 (4)技术效益低下图图1 1 传统信息传输:每个信息都需要一个独立的数据线传输传统信息传输:每个信息都需要一个独立的数据线传输图图2 2 网络信息传输:所有信息都通过两根数据线进行交换网络信息传输:所有信息都通过两根数据线进行交换一一、车载网络系统的组成车载网络系统的组成 网络节点(模块)、通信线路、软件及协议解释:各种控制模块、网关、智能传感器 通信线路、不同子网(拓扑结构)支持各节点工作的软件、通信协议 第一部分第一部分 车载网络
2、的基础知识车载网络的基础知识 一种电子装置。简单:智能传感器;复杂:微处理器。电控单元:微处理器,实现某种自动控制功能;网关:微处理器,实现不同子网之间的数据传输、数据管理;智能传感器:具备上网功能;1.节点(模块)电控单元的构成 组合式CAN控制器 独立式CAN控制器CAN控制器嵌入到微控制器中;CAN控制器独立于微机控制器;n目前,发展趋势是CAN接口、收/发器、微控制器集成到一个芯片上。n成本低;微控制器对CAN控制器的读写时间比独立CAN控制器要小;速度快;系统可靠性高;集成式CAN控制器n节点之间传递数据的通道。(串行传递)单线制:光缆 双线制:两条数据总线绞在一起的。2、通信线路(
3、数据总线)3 3、网、网 络络n为了实现信息共享,用通信线路把多个节点连在一起,形成一个有规则的网。总线结构 环状结构 星形结构等通信实体双方控制信息交换规则的集合。要实现车内ECU之间的通信,必须制定规则保证通信双方能相互配合,即通信方法、通信时间、通信内容双方同时遵守的一组规定和规则。4 4.通信协议通信协议5.5.总线速度总线速度1、波特率(每秒传输的码元数)2、比特率(每秒传输的二进制位数)如果一个码元只携带一个比特的信息,则波特率和比特率在数值上相等。在总线上某一时刻若有两个节点同时发送数据,则这两个数据将会在总线上发生“冲突”,为了避免冲突产生,就要有一个解决“争用”总线的方法,以
4、使各节点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据而不发生冲突,这正是介质访问控制方式的管理机制。CSMA/CD是“载波侦听多路访问/冲突检测”(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect)的缩写,是一种总线常见的访问控制方式。6.总线介质访问控制方式 SAE SAE将车载网络划分为将车载网络划分为A A、B B、C C三个级别三个级别nA A级速率:级速率:110 kb/s110 kb/s,主要应于电动门窗、座椅,主要应于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。调节、灯光照明等控制。nB B级速率:级速率:10100 kb/s10100 k
5、b/s,主要应用于电子车辆信,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。息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统。nC C级速率:最高可达级速率:最高可达1M kb/s1M kb/s,主要用于悬架控制、,主要用于悬架控制、先进发动机控制、牵引控制、先进发动机控制、牵引控制、ABSABS等系统。等系统。二二、车载网络的分类(车载网络的分类(1 1)SAE:美国机动车工程师学会A A类:面向执行器、传感器的低速网络类:面向执行器、传感器的低速网络B B类:面向模块间数据共享的中速网络类:面向模块间数据共享的中速网络C C类:面向多路、实时闭环的高速网络类:面向多路、实时闭环
6、的高速网络D D类:面向信息、多媒体系统的网络类:面向信息、多媒体系统的网络E E类:面向乘员的安全系统类:面向乘员的安全系统分类依据:功能和速率分类依据:功能和速率二二、车载网络的分类(车载网络的分类(2 2)n车载网络传输速度:典型的现代汽车车载网络典型的现代汽车车载网络nVehicle LAN(车载局域网)A 类网络的特点适适用用于于对对实实时时性性要要求求不不高高的的场场合合,主主要要应应用用于于电电动动门门窗窗、座座椅椅调调节节、灯灯光光照明等控制。照明等控制。位速率一般小于位速率一般小于10Kbps10Kbps;“bit”(比特)为网络数据计量单位;“bps”是“bit per s
7、econd”(每秒传输数据)的简写,为网络数据流量单位;“512Kbps”也就代表“512Kbit/秒”的数据流量;“byte”为文件字节单位,1 个byte=8 个bit;名称名称主要用户主要用户主要应用场合主要应用场合注释注释UARTUARTGMGM多种场合多种场合正被逐步淘汰正被逐步淘汰SinebusSinebusGMGMAudioAudio/LINLIN许多厂商许多厂商智能连接器和传感器智能连接器和传感器由由LINLIN协会开发协会开发I I2 2C CRenaultRenaultHVACHVAC极少使用极少使用CCDCCDChryslerChryslerHVACHVAC,AudioA
8、udio等等正被逐步淘汰正被逐步淘汰ACPACPFordFordAudioAudio/BEANBEANToyotaToyota车身控制车身控制/J1708/J1587J1708/J1587/J1922/J1922 T&B T&B 多种场合多种场合 正被逐步淘汰正被逐步淘汰 现有现有A A类网络协议类网络协议A类网络协议之LIN协议提提高高汽汽车车上上分分层层、多多路路复复用用网网络络的的性性能能,降降低低汽汽车电子控制装置开发、生产以及诊断服务的成本;车电子控制装置开发、生产以及诊断服务的成本;20032003年年,全全世世界界新新生生产产的的汽汽车车平平均均每每辆辆会会有有310310个个L
9、INLIN节点。节点。LINLIN目目前前仍仍处处于于发发展展阶阶段段,但但已已广广泛泛地地被被世世界界上上的的大大多多数数汽汽车车公公司司以以及及零零配配件件厂厂商商所所接接受受,有有望望成为成为A A类网络的世界标准,即类网络的世界标准,即A A类网的主流协议。类网的主流协议。车身控制A A类网络总线结构图图B B类网络的特点主主要要面面向向独独立立模模块块间间的的数数据据共共享享,适适用用于于对对实实时时性性要要求求不不高高的的场场合合,以减少冗余的电子部件;以减少冗余的电子部件;主主要要应应用用于于车车辆辆信信息息中中心心、故故障障诊诊断、仪表显示等方面的控制。断、仪表显示等方面的控制
10、。位速率一般在位速率一般在1010 125Kbps125Kbps;现有B B类网络协议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(Fault-Tol CAN)欧洲多种场合也称容错CANJ2248GM,Ford,DC 多种场合基于ISO 11898VANRenault&PSA 控制应用基于ISO11519-3 J1850GM,Ford,Chrysler 多种场合有VPM,PWM两种调制方式 ISO 11898-3、VAN、J1850性能比较比较内容比较内容ISO 11898-3VANSAE J1850应用场合应用场合控制、诊断控制、诊断控制、诊断控
11、制、诊断通用、诊断通用、诊断传输介质传输介质双绞线双绞线双绞线、扁双绞线、扁平线平线单线单线双绞线双绞线位编码方式位编码方式NRZManchester VPWPWM介质访问方式介质访问方式竞争竞争竞争竞争竞争竞争位速率位速率10K1Mbps125Kbps10.4Kbps41.6Kbps数据长度数据长度08个字节个字节28个字节个字节08个字节个字节节点成本节点成本中中低低低低B B类网络的主流协议 过过去去十十年年间间,CAN(ISO11898-3);CAN(ISO11898-3);SAE SAE J1850J1850以以及及VAN(Vehicle VAN(Vehicle Area Area
12、Network)Network)在在车车身身网络中得到了广泛的应用。网络中得到了广泛的应用。随着汽车网络技术的发展,目前及未来的随着汽车网络技术的发展,目前及未来的B B类网络主流协议将是:类网络主流协议将是:CAN(ISO11898-3)CAN(ISO11898-3)中国中国C C类网络协议的特点主主要要面面向向高高速速、实实时时闭闭环环控控制制的多路控制多路传输网;的多路控制多路传输网;主主要要用用于于动动力力系系统统等等对对实实时时控控制及可靠性要求较高的场合。制及可靠性要求较高的场合。位位速速率率可可达达1Mbps1Mbps,X-By-Wire X-By-Wire 系统传输速率可达系统
13、传输速率可达10Mbps10Mbps以上;以上;C C类网络协议及应用情况名称主要用户应用场合注释ISO11898-2(高速CAN)GM,欧洲实时控制场合TTPTM/CTTTech实时控制场合(X-By-Wire)最初由Vienna技术大学制定FlexRayBMW,Motorola,Daimler Chrysler实时控制场合(X-By-Wire)ISO11898-2ISO11898-2、TTPTTPTMTM/C/C、FlexRayFlexRay性能比较比较内容ISO 11898-2FlexRayTTPTM/C应用场合汽车,自动化领域,航空 x-by-wire对实时性要求严格的系统(x-by-
14、wire)消息传输异步异步或同步同步位编码方式NRZNRZ频率调制介质访问方式CSMA/CR TDMA和FTDMA TDMA最大波特率1Mbps10Mbps25Mbps每帧的数据字节0 802460236X-by-WireX-by-Wire系统系统C类网络协议的主流协议 目前,目前,C C类网络中广泛应用于动力与传动系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:统控制与通讯的协议标准为:ISO 11898-2,ISO 11898-2,未未来应用于来应用于X-By-WireX-By-Wire系统的主要协议为:系统的主要协议为:TTPTTPTMTM/C(Time-Triggered P
15、rotocol)/C(Time-Triggered Protocol)FlexRayFlexRay D D类网络协议的特点类网络协议的特点及分类该类网络统称智能数据总线该类网络统称智能数据总线(Intelligent Data Bus)(Intelligent Data Bus)主要面向信息、多媒体系统等。主要面向信息、多媒体系统等。根根据据SAESAE分分类类:IDB-C(IDB-C(低低速速)、IDB-M(IDB-M(高高速速)和和IDB-Wireless(IDB-Wireless(无无线线通通讯讯)。D D类类网网络络协协议议的的位位速率在速率在250Kbps400Mbps250Kbps
16、400Mbps之间。之间。IDB-CIDB-C:SAE J2366SAE J2366IDB-MIDB-M:D D2 2B B、MOSTMOST、IDB1394IDB1394等等IDB-WirelessIDB-Wireless:Bluetooth(Bluetooth(蓝牙蓝牙)D D类网络协议的比较比较内容IDB-CD2BMOSTIDB-1394CopperOptical应用场合通讯娱乐数据流控制数据流控制数据流控制PC设备传输介质双绞线双绞线光纤光纤屏蔽双绞线位编码方式NRZPWMBiPhaseBiPhaseNRZ位速率250Kbps29.8Kbps12Mbps25Mbps98393Mbps成
17、本低中高高中E E类网络协议及使用情况E E类网络主要面向乘员的安全系统,应用于车辆被动安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。全性领域。名称主要开发商注释SafetyBusDelphiDelphi是唯一用户BOTE Bosch-Temic/Planet Philips/DSIMotorola/AMP/SI(Byteflight)BMW/Motorola也称ISISE E类网络协议的比较比较内容SafetyBusPlanetByteflight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0200字节介质访问方式 主/从主/从FTDMA最大波特率500Kbps2
18、0K250Kbps 10Mbps成本低低中不同版本的不同版本的CANCAN可以通过网关取得互连。可以通过网关取得互连。而网关就是具备不同网络协议之间信息而网关就是具备不同网络协议之间信息转换能力的单片机。转换能力的单片机。网关:车上用了很多的总线和网络,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,这种计算机就叫做网关。4 4、不同版本通信协议的互联不同版本通信协议的互联 仪表内的 Gateway自动变速箱控制单元 J217舒适系统中央控制单元 J393Control unit for 4LV J537仪表内的诊断接口 J285空调控制单元 E87Dat
19、a telegramGateway 的作用是使所有连接在CAN总线上的控制单元实现数据交换驱动总线舒适总线和显示总线(信息娱乐总线).因为这几种总线的传输速度是不同的,所以不能直接进行数据交换。CAN 数据总线网络 网关网关第二部分第二部分 典型总线系统分析典型总线系统分析一一、CANCAN总线总线 CAN(Control Area Network)总线是德国Bosch公司从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而开发的一种串行数据通信协议,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。C Controlleontroller rA AreareaN Networke
20、tworkwas developed by the Robert BOSCH company in 1983 as a bus system for cars.CAN CAN 总线网络控制单元数据交换网络控制单元数据交换41SSPCAN CAN 总线的特点总线的特点传输速度快 相关控制单元可共用传感器 更少的线束、更小的控制单元,节省了空间CAN data bus network(CAN Controller Area Network)两根数据线缠绕可防止电磁干扰CANCAN总线总线 (举例举例Audi A4 2001 Audi A4 2001)CAN CAN 驱动驱动500 500 kBau
21、dkBaudCAN CAN 舒适舒适100 100 kBaudkBaudCAN CAN 信息娱乐信息娱乐 100 kBaud100 kBaud三条数据总线三条数据总线CAN 数据总线网络 连接部件驱动 CAN bus舒适 CAN bus显示(信息娱乐)CAN bus发动机控制单元自动变速器控制单元ESP控制单元安全气囊控制单元氧传感器(美国)转向角度传感器转向柱电气控制单元多功能方向盘控制单元汽车电气控制单元座椅调节控制单元停车辅助控制单元挂车识别控制单元空调控制单元驻车加热控制单元轮胎压力监控控制单元舒适系统中央控制单元语音输入控制单元卡片阅读器远程通讯、电话控制单元车载电话控制单元收音机导
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