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分享车载网络系统的知识点(一)

高工
2025-08-17 10:38:26     打赏

 众多国际知名汽车公司积极致力于汽车网络技术的研究及应用。早期的汽车网络只不过是两个处理器之间的 UART连接。这种串行连接使两个控制器之间能容易地共享信息,但这样的网络却无法简单地增加节点。北美汽车制造商和汽车工程师协会(SAE)开发了 J1850,这是一个汽车网络的专用协议。J1850 很快就成了车内联网的标准,并取代了 UART 串行通信。通用汽车公司和克莱斯勒汽车公司使用 10.4kb/s 可变脉宽协议的相似版本,在单根线的总线上通信。福特汽车公司采用速率更高的 41.6kb/sPWM 型,在 2 条线的差分总线上通信。欧洲的汽车制造商支持控制器局域网络(Controller AreaNetwork,CAN)。CAN 最早是德国博世公司开发的,是一种最高数据速率可达到 1Mb/s的实时控制总线。与J1850 一样,CAN 也是采用载波传感、多路存取/碰撞分辨的仲裁协议。当多个节点同时发送数据时,优先级低的节点重新再发,优先级最高的信息则继续传送至其目的地。其他的标准还有德国大众的 ABUS、ISO 的 VAN、马自达的 PALMNET等。

 汽车工程师协会(SAE)定义了三类车辆数据连接网络:

 A类,允许节点间的同一总线进行多路信号的发送或接收,适用于低数据率汽车车身布线。

 B类 这是数据在节点间传输的多主总线系统,可取消多余的系统组件。当需要将许多功能集成在一个模块时,最适于利用B类连接方式。

 C类与B类的定义相同,但面向高数据率信号传输时,典型用途是发动机控制、ABS控制等实时控制系统。

 目前,J1850 实际上已作为美国的国家标准,为福特和通用两大汽车公司所采用,而CAN 在欧洲得到了广泛的认可和支持。汽车总线技术在国外已成功地运用到一些名牌高档汽车上,如奔驰、宝马、保时捷、劳斯-菜斯、美洲豹等。一些公司也对汽车总线传输制定了进一步的标准,如美国的 SAEJ1708、J1787、J1792 及最新的J1939,各大公司还在不断地推出新的总线形式及相关标准。

一:CAN总线

  CAN 总线要求与之相连的每个端口都要有独立的通信处理能力,这在汽车电气系统一直很难办到。由于集成电路技术和电子器件制造技术的迅速发展,用廉价的单片机实现总线的接口电路,使得采用总线技术布线的价格逐渐降低,CAN 也逐渐进入了实用化阶段。当前各种针对汽车总线的专用接口芯片不断出现,如飞利浦半导体公司根据 CAN 规范已开发出 P8XC590 系列微控制系统,SGM 托马森公司也开发出一种以 ST9 单片机为基础的传输率为 41.6kb/s 的总线系统等。

  CAN 总线采用双线串行通信方式,具有优先权和仲裁功能,多个控制块通过CAN接口挂到总线上,其典型的接口如图下所示。不同的电子系统各自形成总线段,各总线段之间通过网关进行连接,最终形成汽车的网络,其典型的接口如图下所示。

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二:汽车动力与传动系统的总线结构

  汽车的动力和传动系统主要包括 EFI控制器、ABS/ASR 控制器、SAB 控制器、ATM控制器、组合仪表板等,所控制的对象是与汽车行驶直接相关的系统,要求与汽车的转速同步,将这些控制器连接到 CAN 总线上,采用℃ 类高速的 CAN 总线,传输的速率达到500kb/s,易于连续和高速地传输数据,实现高速的实时控制。其结构如图下所示。

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三:汽车本身系统的总线结构

  早期的汽车车身电子控制系统采用低速的B类总线,主要用于包括蓄电池、仪表盘的控制,通常用基于 J1850 标准的总线连接。CAN 总线也可用于车身系统的连接,但采用的是一种容错式总线,即总线内置容错功能,当两条总线中有一条出现短接至搭铁或开路时,网络可以切换至一线方式继续工作。规范要求从两线切换至一线期间不能丢失数据位,为此其物理层芯片比动力与传动系统更复杂,运行在较低的速率下,通常采用的传输速率为125 kb/s。此类总线目前已逐渐为 LI 总线所取代,只是作为各 II 次级总线的连接总线使用。为了降低汽车总线接口的成本,汽车制造商又开发出了局部互联网络(LocalInterconnect Network),即 LIN。LIN 的传输速率较 CAN 总线慢,是一种成本较低的串行通信总线,设计用于汽车车身的分布式电子单元之间的连接。车身电子系统大量采用电子技术,其目的是提高驾驶时的舒适程度并能为驾驶员提供车况信息。这些系统包括仪表板管理、空调系统、座椅位置调节、自动天窗、车门控制装置等。这些应用系统通常是以低数据率进行数据传输的,但要求有大电流驱动模块来驱动相关的电动机和执行机构。这也涉及采用有效的封装形式,使电子设备利于散热。

  根据车内设备分布情况组成一个个独立的 LIN 分总线,作为CAN 的次级总线用于汽车中,然后通过与 CAN 总线的接口接入汽车网络,其接口成本较CAN低,能够作为汽车现有的总线传输协议的补充。这种开放式标准属于A类通信标准。其特点包括:

  (1)基于改进的 ISO 9141 的低成本单线结构:

  (2)传输速率为 20kb/s,属于A类总线标准:

  (3)一主/多从的体系结构,无须仲裁机构;

  (4)增加接点时无须对现有接点的软硬件做出较多的改动。为此,在原有容错式总线的基础上,用IIN 总线标准给出一种汽车车身系统的总线网络结构,如图下所示。其特点是先通过LIN 总线将各控制单元和设备连接起来,再连接至 CAN-B 总线上,进一步降低了系统的接口成本。

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关键词: 汽车电子     网络系统    

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