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汽车车载多路通信系统

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汽车车载多路通信系统. 汽车车载多路通信系统发展史. 随着汽车燃油电喷、电动门窗、电动座椅等电控系统的增加,如果仍采用常规的布线方式,即电线一端与开关相接,另一端与用电设备相通,将导致汽车上电线数目急剧增加 。这样会造成布线困难、限制功能扩展,车身重量增加,增加维修难度。. 汽车导线质量每增加 50KG ,油耗会增加 0.2L/KM. 电控单元与负载设备之间不仅仅是简单地连接,更多的是与外围设备及其他电控单元进行信息交流,并经过复杂的控制运算,发出控制指令,这些是不能通过简单的连接所能完成的。. 解决方法. 汽车制造商开始考虑其他获取信息的方式(传感器共享的概念)

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汽车车载多路通信系统发展史

随着汽车燃油电喷、电动门窗、电动座椅等电控系统的增加,如果仍采用常规的布线方式,即电线一端与开关相接,另一端与用电设备相通,将导致汽车上电线数目急剧增加 。这样会造成布线困难、限制功能扩展,车身重量增加,增加维修难度。

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汽车导线质量每增加50KG,油耗会增加0.2L/KM.
  • 电控单元与负载设备之间不仅仅是简单地连接,更多的是与外围设备及其他电控单元进行信息交流,并经过复杂的控制运算,发出控制指令,这些是不能通过简单的连接所能完成的。
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解决方法
  • 汽车制造商开始考虑其他获取信息的方式(传感器共享的概念)
  • 新的执行器控制系统(资源共享概念)
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解决方法一
  • 将计算机的功能更加集成化
  • 解决方法二
  • 使用早已应用于日常电话通信和电视中的多路传输技术,把众多的电控单元连成网络,其信号通过总线的形式传输,可以达到信息资源共享的目的。
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多路传输的定义
  • 所谓多路传输,即指在计算机局域网中,将多种信息混合或交叉通过一个通信信道传送的方式。一个具有多路传输功能的网络允许多个计算机同时对它进行访问。
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采用多路传输的优点
  • 布线简单,降低成本
  • 电控单元之间交流更加简单和快捷
  • 传感器数目减少,实现信息资源共享
  • 提高汽车总体运行可靠性
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多路传输通信网络是对多模块操作系统的命名。模块由普通双绞线相互连接,并使用数据链接插口作为诊断接口。信息交换以类似于电话合用线的方式进行,模块之间使用信息及专用的企业标准协议进行通信。信息内容涉及控制、状态或诊断信息以及运行参数等。双绞线具有能提供冗余备份的优点,即当一条线路中断时,可由另外一条线路保证系统运行。而且,双绞线降低了外界对多路通信网络的电子干扰,也降低了多路通信网络产生的电子干扰。多路传输通信网络是对多模块操作系统的命名。模块由普通双绞线相互连接,并使用数据链接插口作为诊断接口。信息交换以类似于电话合用线的方式进行,模块之间使用信息及专用的企业标准协议进行通信。信息内容涉及控制、状态或诊断信息以及运行参数等。双绞线具有能提供冗余备份的优点,即当一条线路中断时,可由另外一条线路保证系统运行。而且,双绞线降低了外界对多路通信网络的电子干扰,也降低了多路通信网络产生的电子干扰。
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物理形式

双向传递

数字信号

方波检测

CAN BUS 基础

数据总线特点:

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CAN BUS 基础

数据总线传递什么:

CAN-HIGH

CAN-LOW

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CAN BUS 基础

数据线的维修

在损坏处分割螺旋线,用VAS1978进行正常维修。

为了尽可能地防止磁干扰,分割点尽量要短,两处维修分割点尽量要长。

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CAN标准

控制器局域网CAN(Controller Area Network)是由德国BOSCH公司于1986年提出并推广应用的,按照ISO的有关部门规定,CAN拓扑结构为总线式,所以也称CAN总线。最初为CAN总线1.0版,1990年推出CAN总线1.2修订版,1991年推出CAN总线2.0版。目前,CAN总线不但已经成为汽车总线的主要互连规范,而且被公认为最有前途的几种工业现场总线之一,已由ISO TC22技术委员会批准为国际标准,是唯一被批准为国基表准的现场总线。1993年国际CAN用户及制造商组织(简称CIA)在欧洲成立,主要作用是解决CAN总线实际应用中的问题,提供CAN产品及其开发工具,推广CAN总线的应用。CAN总线的典型结构如图所示 。

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信号前置及驱动电路

单片计算机

CAN接口控制器

信号前置及驱动电路

单片计算机

CAN接口控制器

数据传输终端

数据传输终端

CAN接口控制器

中央监控计算机

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CAN采用多主工作方式,节点之间不分主从,节点之间有优先级之分。通信方式灵活,可实现点对点、一点对多点及广播式传输数据,无须调度。CAN采用多主工作方式,节点之间不分主从,节点之间有优先级之分。通信方式灵活,可实现点对点、一点对多点及广播式传输数据,无须调度。
  • CAN采用非破坏性总线仲裁技术,优先级发送,可大大节省总线冲突仲裁时间,在重负荷下表现出良好的性能
  • CAN采用短帧结构传输,每帧有效字节为8个,传输时间短,受干扰的概率低,并且每帧信息都有CRC校验和其他校验措施,数据出错率极低。当节点发生严重错误时,具有自动关闭功能,但总线上的其他节点不受影响。
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J1850标准J1850是美国汽车的车内联网标准,包含了两个不兼容的规程。通用汽车公司(GM)和克莱斯勒汽车公司(Chryler)采用10.4kbps可变 规程的类似版本,在单根线的总线上通信;福特汽车公司(FORD)采用46.1kbps的PWM行,在双线的差分总线上通信。

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J1850也是采用载波传感、多路存取/碰撞分辨的仲裁规程。当多个节点同时发送数据时,优先级低的节点重新发送,优先级高的节点信息则连续传送至其目的地。J1850的速率远低于CAN,目前部分北美的发动机和变速器系统使用了速率更高的CAN进行通讯,但美国大量的检测工具都是按照美国加州空气资源委员会和环境保护局(EPA)规定基于J1850的,这就需要有一个网关将J1850的检测工具接入CAN。因此,SAE正在调研将测试工具改为CAN的可能性。J1850也是采用载波传感、多路存取/碰撞分辨的仲裁规程。当多个节点同时发送数据时,优先级低的节点重新发送,优先级高的节点信息则连续传送至其目的地。J1850的速率远低于CAN,目前部分北美的发动机和变速器系统使用了速率更高的CAN进行通讯,但美国大量的检测工具都是按照美国加州空气资源委员会和环境保护局(EPA)规定基于J1850的,这就需要有一个网关将J1850的检测工具接入CAN。因此,SAE正在调研将测试工具改为CAN的可能性。
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IDB(ITS Data Bus)标准智能交通系统ITS(Intelligent Transportation System)使汽车运行更加安全、便利,汽车上的电子装备越来越多,包括传输、计算、导航、定位、娱乐和办公设备等。但由于汽车网络的不同,设备制造商不得不制造不同网络标准的产品,以适应不同网络标准的汽车。

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车载

系统

网关

(放火墙)

IDB设备1

IDB设备2

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其它网络互连标准
  • VAN:法国标致-雪铁龙汽车集团公司与雷诺汽车公司和JAEGER公司联合开发,主要应用于车身系统,在通信速率要求方面以进一步优化。
  • A-BUS:由德国大众汽车公司开发,应用于低速率和高速率信息网络传输。
  • I-BUS:低速率信息网络传输,,由德国宝马汽车公司开发。
  • ST-FIAT:由法国SGS-THOMSON公司和意大利菲压特汽车公司联合开发,应用于低速率信息网络传输。
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其它网络互连标准
  • MI-BUS:由美国摩托罗拉公司开发,低速率信息网络传输,应用于汽车车身和空调系统。
  • 在德国:宝马公司已经设计并采用K-BUS。
  • 大众公司已经设计并采用A-BUS。
  • 在日本:

丰田公司已经设计并采用BEAN(车身电子局域网)

最新的采用的是:

—V Bus:动力,底盘和车身电器是高速(500kps)

—MS Bus:车身电器系统是中速(250kbps)

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开关

ECU

ECU

ON ON

电机

M

蓄电池

加热器

OFF

电磁阀

串行通信

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开关

ON

ECU

ECU

OFF

电机

M

蓄电池

ON

加热器

OFF

电磁阀

并行通信

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M

以电动窗控制为例(串行通信)

网关

ECU

乘客侧车门 ECU

电动窗控制开关

(前右)

驾驶侧

J/B ECU

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M

以电动窗控制为例(并行通信)

电动窗主开关

电动窗控制开关

(前右)

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星型

ECU

ECU

ECU

ECU

ECU

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总线型

ECU

ECU

ECU

ECU

ECU

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网关
  • 网关的作用是在不同的通信协议和不同的传输速度的计算机或是模块之间进行通信时,建立连接和信息解码,重新编译,并将数据传输给其他系统。
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  • 为了可靠地传输数据,通常将原始数据分割成一定长度的数据单元,这就是数据传输的单元,称其为帧。
  • 一帧内应包括同步信号(例如帧的开始与终止)、错误控制(各类检错码或纠错码,大多数采用检错重发的控制方式)、流量控制(协调发送方与接收方的速率)、控制信息、数据信息、寻址(在信道共享的情况下,保证每一帧都能正确地到达目的地站,接收方也能知道信息来自何站)等。
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CAN网的互补数据对干扰的消除
  • CAN网物理层是由互补数据对组成(通信媒介是导线形式),其两条线分别叫做CAN-H和CAN-L。在CAN-H和CAN-L上同时传送信息,CAN-H和CAN-L上传送的信息正好是相反的互补数据对。由于线路中一条线路和另外一条线路比较靠近(就像双螺旋绞线型那种情况),电磁半径较小,电磁力互相抵消,并且它受干扰较少,因为CAN网物理层入口的差逻辑计算器可以将干扰消除。
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DLC3

偏移率传感器

减速度传感器

丰田 MPX (多路通讯)系统

驾驶员侧 J/B ECU

车身

ECU

后 J/B ECU

倾斜与伸缩

ECU

前空调

ECU

气囊传感器

总成

仪表 ECU

BEAN (转向柱总线)

驾驶侧车门 ECU

钥匙发射应答器 ECU

电动窗

主开关

BEAN (仪表板总线)

BEAN (车门总线)

网关

ECU

AVC-LAN

多功能

显示

CAN

转向角

传感器

防滑控制 ECU

电视摄像

ECU

J/C No. 1

J/C No. 2

EPS ECU

音响机构

发动机 ECU

*: 选装ECU也包括在内

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: CAN 主总线 (高)

: CAN 分总线 (高)

: 串行通讯线 (ISO9141)

: CAN 主总线 (低)

: CAN 分总线 (低)

网关

ECU

视频摄像

ECU

偏移率传感器

减速度传感器

发动机 ECU

SIL

CAN-L

DLC3

CAN-H

MPX 系统

1号连接器

2号连接器

转向角度

传感器

防滑控制 ECU

EPS ECU

终端回路 (120 )

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音响及

后空调板

前空调

ECU

后空调

ECU

仪表 ECU

MPX 系统(仪表板总线)

CAN

  • BEAN

空气囊传感器

总成

乘客侧连接器盒 ECU

BEAN (仪表板总线)

网关 ECU

BEAN (转向柱总线)

BEAN (车门总线)

AVC-LAN

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MPX 系统(转向柱总线)

CAN

  • BEAN

BEAN (仪表板总线)

车身ECU

组合

开关

驾驶侧

J/B ECU

BEAN (转向柱总线)

网关 ECU

倾斜及伸缩

ECU

J/B ECU

转向盘

衬垫开关

BEAN (车门总线)

AVC-LAN

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车门ECUs

MPX 系统(车门总线)

CAN

BEAN (仪表板总线)

BEAN (转向柱总线)

驾驶座 ECU

电源控制

ECU

智能 ECU

网关 ECU

BEAN (车门总线)

滑动天窗控制 ECU

收发器钥匙

ECU

电动窗

主开关

AVC-LAN

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多功能

显示器

音响设备

MPX 系统(视听通信局域网)

CAN

  • AVC-LAN

BEAN (仪表板总线)

BEAN (转向柱总线)

BEAN (车门总线)

网关 ECU

AVC-LAN

导航

ECU

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CAN网络物理层的特征
  • CAN网络协议的基本知识
  • 目前CAN网络协议是在汽车局域网中采用比较广泛的一种通讯协议。在CAN协议中有三个部分占有主导部位:高速CAN网物理层(CAN HS),低速容错CAN网物理层(CAN LS FT)和协议层。
  • 高速CAN网容错物理层适用于速率为250kbit/s到1Mbit/s,而低速CAN网容错物理层适用于速率不超过125kbit/s。第一种是自CAN网协议诞生之日起就存在的,第二种则起步较晚,主要是为了CAN网物理层的容错。
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高速CAN网物理层,由于其内部结构的限制,不能提供任何容错方法。因为高速CAN网的比较电路很简单,如果出现故障,比较器不会发送信号,也没有办法实现通信。以下七种情况中,只有两种情况在物理层容错范围内,其他几种情况,网络是不能运行的,并且各个电控单元之间也不可以实现通信。高速CAN网物理层,由于其内部结构的限制,不能提供任何容错方法。因为高速CAN网的比较电路很简单,如果出现故障,比较器不会发送信号,也没有办法实现通信。以下七种情况中,只有两种情况在物理层容错范围内,其他几种情况,网络是不能运行的,并且各个电控单元之间也不可以实现通信。
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CAN-H地线短路 = > 无法运行
  • CAN-H正极短路 = > 在CAN-L上进行降级运行(在物理层容错范围内)
  • CAN-L地线短路 = > 在CAN-H上进行降级运行(在物理层容错范围内)
  • CAN-L正极短路 = > 无法运行
  • CAN-H上开路 = > 无法运行
  • CAN-L上开路 = > 无法运行
  • CAN-H和CAN-L相互短路 = > 无法运行
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低速CAN网物理层的电压水平也是标准化的。但其电压振幅比高速CAN网物理层的要强,这是因为速率对应更慢。低速CAN网物理层的电压水平也是标准化的。但其电压振幅比高速CAN网物理层的要强,这是因为速率对应更慢。
  • 低速容错CAN网物理层为故障提供一个容错功能,因为其差分电路是由3个共用模式的比较器组成的,而这3个比较器用来将CAN-H和CAN-L与参照电压进行比较。在这种情况下,3个比较器中间至少有一个总是能保持运转的,故障形式如以下6条所示:
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CAN-H地线短路 = > 在CAN-L上进行降级运行。
  • CAN-H正极短路 = > 在CAN-L上进行降级运行。
  • CAN-L地线短路 = > 在CAN-H上进行降级运行。
  • CAN-L正极短路 = > 在CAN-H上进行降级运行。
  • CAN-H上呈开路 = > 在CAN-L上进行降级运行。
  • CAN-H和CAN-L相互短路 = > CAN-L自动切断,在CAN-H上运行降级运行。
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由于车内局域网采用的是串行通信的方式进行数据的传输,所以在针对车内局域网的维修检查时,和正常车辆的导线检测是存在很大不同之处的,除了利用汽车生产厂家提供的检测仪器对系统进行检查外,很重要的一项检测手段,就是利用示波器来进行检测。当然对于高速网络来言,需要采样频率更高的示波器才能作到正确的观测到传输的数字信息。由于车内局域网采用的是串行通信的方式进行数据的传输,所以在针对车内局域网的维修检查时,和正常车辆的导线检测是存在很大不同之处的,除了利用汽车生产厂家提供的检测仪器对系统进行检查外,很重要的一项检测手段,就是利用示波器来进行检测。当然对于高速网络来言,需要采样频率更高的示波器才能作到正确的观测到传输的数字信息。
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多路传输系统诊断简介
  • 要想进行诊断,就必须先要了解出现故障的系统的逻辑模式。每个车载电子系统都有它自身的运行逻辑。因此需要花时间耐心地根据故障系统的逻辑模式进行相应的故障诊断。针对汽车故障诊断,需要配备与之相应的专用工具。对每个计算机传输的数据帧信息仔细阅读,对故障诊断有着很大的帮助。需要辨别信息的来源,即数据为何种网络的信息。
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