【文章內(nèi)容簡介】 安裝與維護中的布線。 網(wǎng)絡節(jié)點的增加與軟硬件更新 (可擴展性 )。 汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)要求可靠、廉價、與應用系統(tǒng)一體化、線路簡單和實時性好等，其特點是范圍小、節(jié)點少，多數(shù)應用要求的傳輸速度不高。 圖 21 汽車網(wǎng)絡技術的作用 汽車網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu) 汽車網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)常見有星型、總線型和環(huán)型網(wǎng)絡如圖 22 所示。 星型拓撲 星型拓撲中，每個站點通過點一一點連接到中央節(jié)點，任何兩站之間的通信都通過中央節(jié)點進行。星型拓撲采用電路交換，一個站點的故障只會影響本站，而不天津職業(yè)技術師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)論文 7 會影響到全網(wǎng)。但是在這種結(jié)構(gòu)中，通信極大地依賴中央節(jié)點，對中央節(jié)點的可靠性和容量要求很高 。另外每個站點都要同中央節(jié)點連接，耗費大量電纜。 圖 22 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) 總線型拓撲 總線型拓 撲采用單一信道作為傳輸介質(zhì)，所有站點通過相應硬件接口接至這個公共信道 (總線 )上，任何一個站點發(fā)送的信息，所有其他站都能接收。因此，總線型拓撲稱為多點式或廣播式。信息也是按組發(fā)送，達到各站點后，經(jīng)過地址識別 (濾波 )，符合的站點將信息復制下來。由于所有節(jié)點共享一條公共信道，當多點同時發(fā)送信號時，信號會相互碰撞而造成傳輸失敗，這種現(xiàn)象稱為沖突。為了避免沖突，每次只能由一個站點發(fā)送信號，因此，必須有一種仲裁機制來決定每次由哪個站點使用信道，這是屬于數(shù)據(jù)鏈路層的任務。總線網(wǎng)中通常采用分布式的控制策略，如CSMA/ CD 協(xié)議就是常用的規(guī)范。 總線拓撲的優(yōu)點是，所需電纜長度短，布線容易。缺點是系統(tǒng)范圍受到限制 (由于數(shù)據(jù)速率和傳輸距離的相互制約關系 )。一個站點的故障可能影響整個網(wǎng)絡，故障的檢測需要在各站點上進行。 環(huán)型拓撲 在環(huán)型拓撲中，站點和連接站點的點對點鏈路組成一個閉合環(huán)路，每個站點從一條鏈路上接收數(shù)據(jù)，然后以同樣的速率從另一條鏈路發(fā)送出去。鏈路大多數(shù)是單方向的，即數(shù)據(jù)沿一個方向在網(wǎng)上環(huán)行。 環(huán)型拓撲也同總線拓撲一樣，存在沖突問題，必須采用某種控制機制來決定每個站點在什么時候可以將數(shù) 據(jù)送到環(huán)上。環(huán)型網(wǎng)絡通常也采用分布式控制策略，這里主要包含一種特殊信息幀一一“令牌”。 環(huán)型拓撲的優(yōu)點是，所需介質(zhì)長度較短；它的鏈路都是單方向性的，因而可以用光纖作為傳輸介質(zhì)。環(huán)型拓撲的缺點是，一個站點的故障會引起全網(wǎng)的故障。 汽車網(wǎng)絡的類型 汽車網(wǎng)絡技術從二十世紀八十年代提出以來，至今存在許多側(cè)重功能不同的汽天津職業(yè)技術師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)論文 8 車網(wǎng)絡標準，為方便研究和設計應用，二十世紀九十年代中期 SAE(Society of Automotive Engineer)把車用網(wǎng)絡分為 A， B， C， D， E 等類型，其中， A 類網(wǎng)為面向執(zhí)行器、傳 感器的低速網(wǎng)絡， LIN， TTP/A 為其主流協(xié)議； B 類網(wǎng)為面向數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡，其主流協(xié)議將是 CAN (ISO 118983)， SAE J1850， VAN 等協(xié)議。 C類網(wǎng)為面向?qū)崟r控制的高速網(wǎng)絡，其主流協(xié)議為高速 CAN (IS0118982)， TTP/C (TimeTriggered Protocol)， Flex Ray 等協(xié)議； D 類網(wǎng)主要面向多媒體、導航系統(tǒng)等。目前該類網(wǎng)絡的主流協(xié)議為： D2B(Domestic Digital Bus)、 MOST(Media Oriented Systems Transport)； E 類網(wǎng)是面向乘員安全系統(tǒng)的網(wǎng)絡，主要應用于車輛被動安全性領域，該類網(wǎng)絡的協(xié)議有 Byteflighttlol 等。如表 21 所示。 表 21 SAE的汽車網(wǎng)絡分類 網(wǎng) 絡 分 類 位傳輸速率 應用場合 A 低速，小于 10kbps 應用于只需傳輸少量數(shù)據(jù)的場合，如控制行李箱的開啟和關閉 B 中速 , 10125kbps 應用于一般的信息傳輸場合，如儀表 C 高速， 1251Mbps 應用于實時控制的場合，如動力系統(tǒng) D 高速，大于 1Mbps 應用于更嚴格的實時控制場合和多媒體控制 E 高速，大于 5Mbps 應用于車輛被動安全性領域，如乘員的安全系統(tǒng) 汽車網(wǎng)絡技術的發(fā)展趨勢 在汽車中應用迅速普及 短短幾年內(nèi)，汽車網(wǎng)絡技術的發(fā)展速度令人瞳目結(jié)舌。從目前情況看，世界各大汽車公司的車身網(wǎng)絡控制和動力系統(tǒng)網(wǎng)絡控制技術平臺均己基本建立，在新推出的車型中，全面采用網(wǎng)絡控制技術己成為可能?？梢詳嘌?，近幾年內(nèi)網(wǎng)絡技術在汽車中的應用將會迅速普及。 高速、實時、容錯的網(wǎng)絡控制技術 線控概念 (xbywire)是一種新的汽車工程概念，目前已有使用線控系統(tǒng)的概念車出現(xiàn)。 xbywire 技術在未來將是十分重要的技術，該技術極大改善了汽車的可操縱性、安全性、設計的靈活度及總體結(jié)構(gòu)。駕駛員和方向盤之間將沒有任何機械部分的連接，使用這種技術使汽車的操縱系統(tǒng)、制動系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)能夠通過電子方式進行控制，這就是說，象汽車內(nèi)的剛性傳動件將會被基于網(wǎng)絡控制的各種傳感器、控制器和電液式電動執(zhí)行器所組成的線控系統(tǒng)取而代之。 xbywire 技術必將促進高速、實時、容錯網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展。 天津職業(yè)技術師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)論文 9 豐富的軟件設計 未 來汽車將成為軟件產(chǎn)品，此斷言可能是一種幻想，因為現(xiàn)在無法想象除了機械之外，還有什么能使汽車運動、關閉車窗和天窗、打開氣門或電動機。然而，這說明在未來的汽車中軟件主導硬件的趨勢是不可避免的，軟件在汽車設計中已無處不見，可以說未來汽車市場競爭的熱點之一就是軟件的競爭。 統(tǒng)一網(wǎng)絡協(xié)議 目前在汽車行業(yè)中存在許多網(wǎng)絡通信協(xié)議，由于缺乏全世界統(tǒng)一的標準，實際上提高了汽車的制造成本。雖然建立一個統(tǒng)一的汽車網(wǎng)絡協(xié)議體系是一件十分復雜和困難的工作，但在汽車制造商和供應商之間已逐漸對這一問題達成一致： A 類網(wǎng)絡使用 LIN； B 類網(wǎng)絡使用低速 CAN； C 類網(wǎng)絡使用高速 CAN 已作為事實上的統(tǒng)一標準；在采用 xbywire 技術的下一代汽車中， TTP 或者 FIexRay 協(xié)議將是一種必然的選擇?？梢灶A見，在不久的將來，各類網(wǎng)絡標準將被合并成為一個。若真的形成這種天下一統(tǒng)的局面，那么汽車及其相關工業(yè)將受益匪淺，從而大大加快汽車技術的發(fā)展。 天津職業(yè)技術師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)論文 10 第三章 汽車總線技術標準研究 據(jù)我們統(tǒng)計，可獲得的文獻中涉及的汽車總線技術標準有 42 種，其中分布式網(wǎng)絡部分列 出的為汽車總線技術標準，表 31 中對這些技術標準的細節(jié)進行了比較。 LIN 總線 LIN 的技術特點 LIN(Local Interconnect Network)是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡，用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。 LIN 的目標是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡提供一種低速總線技術標準，它能滿足 CAN 總線所不要求的帶寬和功能，比如傳感器和執(zhí)行器的通訊，使用 LIN 總線可大大節(jié)省成本。在使用 LIN 總線的網(wǎng)絡中，電控單元的集成是將汽車上分布的智能 ECU 連成一個局部網(wǎng)絡，如將門上的電動窗、集控門鎖、電動后 視鏡連成一個局部網(wǎng)絡，然后再通過網(wǎng)關將這個網(wǎng)絡掛接到車輛的主體網(wǎng)絡中去。 LIN 的標準簡化了現(xiàn)有的基于多路解決方案的低端 SCI，同時降低了汽車電子裝置的開發(fā)、生產(chǎn)和服務費用。 LIN 的開發(fā)應用速度很快，這是因為其開發(fā)環(huán)境簡單，可以利用 C 或者 C++進行編程，系統(tǒng)連接也不繁瑣，且網(wǎng)絡性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好。 LIN 技術規(guī)范中，除定義了基本協(xié)議和物理層外，還定義了開發(fā)工具和應用軟件接口。因此，從硬件、軟件以及電磁兼容性方面來看， LIN 保證了網(wǎng)絡節(jié)點的互換性。這極大地提高了開發(fā)速度，同時保證了網(wǎng)絡的可靠性。 LIN 采用低 成本的單線連接，傳輸速度最高可達 20Kb/s，對于低端的大多數(shù)應用對象來說，這個速度是可以接受的。 LIN 通訊是基于 SCI(UART)數(shù)據(jù)格式，它的媒體訪問采用單主控制器 /多從設備的模式，不需要進行仲裁，同時在從節(jié)點中不需要晶體振蕩器而能進行自同步，這極大地降低了硬件平臺的成本。 LIN 的參考模型 LIN 僅包括 OSI 參考模型中的最低兩層，即數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。數(shù)據(jù)鏈路層又分為兩個子層：邏輯鏈路子層和介質(zhì)訪問子層。 LIN 在邏輯鏈路子層中完成接收濾波、通訊恢復管理、時基同步、信息有效性管理的任務；在介 質(zhì)訪問子層中完成對數(shù)據(jù)的封裝和拆裝、錯誤的監(jiān)測和標記、串并行轉(zhuǎn)換的功能。物理層完成通過、位定時以及總線驅(qū)動的功能。 根據(jù) OSI 參考模型的 LIN 分層結(jié)構(gòu)在圖 31 中顯示。 物理層定義了信號如何在總線媒體上傳輸，并且定義了物理層的驅(qū)動器接收器特性。 天津職業(yè)技術師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)論文 11 表 31 主要汽車總線技術標準的比較 協(xié)議 制定者 應用 傳輸 介質(zhì) 介質(zhì)訪問方式 錯誤檢測方法 數(shù)據(jù)段長度 最高傳輸速率 ABUS 大眾 控制 單根線 爭用 比特校驗 16 位 500kb/s ACP 福特 音頻 雙絞線 CSMA/CA 校驗和 64 位 AUTOLIN 控制 雙絞線 主 /從 循環(huán)冗余校驗 064 4Mb/s BEAN 豐田 控制 單根線 帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問 循環(huán)冗余校驗 888 10kb/s CAN 博世 控制 雙絞線 爭用 循環(huán)冗余校驗 064 4Mb/s CCD 克 萊 斯 勒 傳感器多路復用 雙絞線 CSMA/CR 循環(huán)冗余校驗 不限 CSC 克 萊 斯 勒 傳感器多路復用 雙絞線 查詢 /尋址 循環(huán)冗余校驗 1 位 1kb/s D2B 光芯片協(xié)會 音頻 /視頻 光纖 爭用 不祥 不祥 12Mb/s DAN 阿爾法羅密歐 儀表盤 雙絞線 主 /從 循環(huán)冗余校驗 8 位 DSI 摩托羅 拉 傳感器多路復用 雙根線 主 /從 循環(huán)冗余校驗 16 位 5kb/s IVMS 日產(chǎn) 控制 雙絞線 查詢 奇偶校驗 16 位 J1850PWM SAE 控制 雙根線 CSMA/CR 循環(huán)冗余校驗 864 J1850VPW SAE 控制 單根線 CSMA/CD 循環(huán)冗余校驗 864 J1939 SAE 控制 雙絞線 爭用 循環(huán)冗余校驗 064 1Mb/s MML 德福爾 多媒體 光纖 主 /從 不祥 2048 110Mb/s MOST Oasis 多媒體 光纖 不祥 不祥 不祥 25Mb/s PALMNET 馬自達 控制 雙絞線 爭用 循環(huán)冗余校驗 32/64 1Mb/s TTP TT 技術 實時控制 雙通線 時分多路訪問 循環(huán)冗余校驗 128 2/4 LIN LIN 協(xié)會 傳感器 單根線 主從 校驗和 8 20kb/s VAN 雷諾 amp。 標致 控制 雙絞線 爭用 循環(huán)冗余校驗 064 250kb/s MAC 媒體訪問控制子層是 LIN 協(xié)議的核心，它管理從 LLC 子層接收到的消息也管理發(fā)送到 LLC 子層的消息， MAC 子層由故障界定這個管理實體監(jiān)控。 天津職業(yè)技術師范大學 2021 屆本科生畢業(yè)論文 12 LLC 邏輯鏈路控制子層涉及消息濾波和恢復管理的功能。 圖 31 LIN 的 OSI 參照模型 LIN 的主要特點 單主多從，配置靈活的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) LIN 網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)為總線型，網(wǎng)絡中只有一個主節(jié)點，其余均為從節(jié)點。主節(jié)點控制整個網(wǎng)絡的通信，網(wǎng)絡中不存在沖突，不需要仲裁。整個網(wǎng)絡的配置信息只保護在主節(jié)點中，從節(jié)點可以自由的接入或脫離網(wǎng)絡而不會對網(wǎng)絡中的其他節(jié)點產(chǎn)生任何影響。網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)不僅受標 識符場長度的限制，而且還受總線物理特性的限制。實際應用中 LIN 網(wǎng)絡中掛接的節(jié)點數(shù)不高于 12 個。 單線傳輸，速率最高達 20kbps LIN 單線傳輸最大距離不超過 40m，最大波特率受 EMI 的限制最高達 20kbit/s，受網(wǎng)絡傳輸?shù)某瑫r限制，最小為 1 kbit/s。這一速度能滿足多數(shù)智能傳感器和執(zhí)行器的通信要求。 可保證的信號傳輸最大延遲 通訊時不會產(chǎn)生沖突，無需仲裁，故網(wǎng)絡的最大傳輸延時能通過計算準確得出，從而為可靠通訊提供保障。 從節(jié)點的時鐘同步不需要內(nèi)部石英或陶