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汽车总线技术分析
编辑:admin   时间:2018-07-24 16:10

LIN(局部互联协议)和CAN(控制器局域网)是当前汽车上普遍采用的汽车总线,还有用于汽车多媒体和导航的MOST 总线和另外还有新型专用总线是处于发展中的汽车总线。LIN 总线是成本较低的串行通讯网络协议,用于实现分布的电子系统控制。串行通讯网络协议是采用一个主控制器控制和多个传感器采集信息、最终是控制执行器的模式,1 根电压为12 伏的信号线连接各模块。LIN 总线最高传输速率可达20Kbit/s,LIN 总线是面向传感器、执行器的低速网络,LIN 网络的节点数可以有12 个。我们汽车上应用比较广泛的LIN 总线,在汽车车门上有安装车窗玻璃开关、车窗升降电机、门锁、闭锁按钮等,只需1 个LIN 网络就可以把它们互相关联为一体。目前LIN 总线主要应用于电动座椅、电动门窗、灯光照明等控制。
1 LIN 总线的通讯系统
在汽车网络中,主控制发送任务给LIN 网络上的通讯。主控制器发送一个起始报文,该起始报文由同步断点和同步字节消息标志符所组成。相应的,在接受并且滤除消息标志符后,一个LIN 网络由一个主节点一个或多个从节点组成,所有节点都有一个从通讯任务。该通讯任务分为发送任务和接收任务,主节点还有一个主发送任务。
一个从任务被激活并且开始本消息的应答传输。该应答由2/4/8 个数据字节和一个校验码所组成。起始报文和应答部分构成一个完整的报文帧。这种通讯规则可以用多种方式来交换数据:由主节点到一个或多个从节点;由一个从节点到主节点或其他的从节点,通讯信号可以在从节点之间传播而不经过主节点或者主节点广播消息到网络中的所有节点。报文帧的时序由主控制器控制。
2 LIN 总线特点
①可靠传输。
信号传输时间可靠;LIN 总线传输速率很高,最高速率可以达到20Kbit/s;一个主控器和多个从设备模式不需要仲裁机制;
②低成本:
LIN 总线的信号线在较少的情况下就可符合国际标准的相关规定;
在节点处无需陶瓷震荡器或晶振就可以实现自同步,使用的成本大大降低;
③在网络上增加新的节点的时候不需要在LIN 从节点的硬件和软件更改就可以。
3 LIN 总线的应用
LIN 总线在汽车上得到广泛应用,汽车上的方向盘相关部件、汽车座椅控制、车门控制系统和车载传感器等。
LIN 可以很容易地连接到汽车网络中的智能传感器、制动器或光敏器件等得到广泛的使用,并且得到十分方便的维护和服务。LIN 总线的系统中是用数字信号量所将模拟信号量替换,使得LIN 总线性能提升很大。在当前的汽车总线网络中CAN 总线占据主导地位。
20 世纪80 年代初德国BOSCH 公司在为解决现代汽车中众多的控制与设备之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通讯协议因而产生CAN 总线。CAN 总线分为高速CAN 和低速CAN,低速CAN 是舒适型总线,速度为125kbps,主要连接着仪表、防盗等;高速CAN 系统是动力型总线,采用硬线,速度为500kbps,主要连接着ABS、ECU等。CAN 总线的通讯介质一般为双绞线,另外还有同轴电缆和光导纤维。
4 CAN 总线的通讯
4.1 在各节点的CAN 总线均可以实现互相自由通信多主竞争式总线结构是CAN 总线的通讯特点,CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次并且可在各个通讯节点之间自由通信。国际标准化组织已经把CAN 总线认证,CAN 总线在应用上性价比高且技术比较成熟,对分布式测控系统之间的数据通讯特别适用,而且CAN 总线的应用非常广。
4.2 CAN 总线的节点个数理论上在网络内没有个数限制
传统的站地址编码被CAN 总线协议废除了,并通过对通信数据模块进行编码。这种方法的优点是可以使CAN 总线的节点个数理论上在网络内没有个数限制,数据块编码的标识符可以由29 或11 位二进制数组成,因而有2 或2 个以上不同的数据块可以被定义,这种数据块编码的方式,还可以使相同的数据被不同的节点同时接收到,这一方式在分布式控制系统中普遍使用。为了保证通信的实时性,使得数据段长度最多为8 个字节,并且8 个字节不会占用总线时间过长。为了保证数据通信的可靠性,因而CAN 协议采用了CRC 检验并可提供相应的错误处理功能。因为CAN 总线的功能强大,所以越来越受到工业行业的重视。
4.3 CAN 总线对通信数据的成帧处理的完成
CAN 总线通信可完成对通信数据的成帧处理,包括数据块编码、信息传输、位填充、循环冗余检验、优先级判别等工作。在接口中集成了CAN 协议的物理层的功能。
5 CAN 总线的特点
①CAN 总线在数据通信传输时没有主从之分,对于任意一个节点都可以向其他任何节点(一个或多个)发起数据通信,靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序;
②对于CAN 总线上的通讯,在多个节点同时发起通信时,优先级高的先通信,优先级低的及时避让,因而通信线路不会拥堵;
③CAN 总线是两根导线铰接链接,可以避免信号干扰,使得信号传输更加可靠;
④如果某个节点在通信时发生了严重错误的时候,节点通信能够自动离开总线的功能;
⑤CAN 总线是双绞线,也是CAN 总线的传输介质。CAN 总线的实时性要求比较高,因而CAN 总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量通信。
6 CAN 总线在设备的应用
CAN 总线可以分为高速CAN 和低速CAN,高速CAN系统传输速率为500kbps,主要控制ECU、ABS 等模块的信号传输;为动力型也称为动力CAN,低速CAN 系统传输速率为125kbps,主要控制仪表、防盗等。另外舒适型也称为舒适CAN。
在MOST 系统中,光导纤维是作为MOST 系统的信息传导媒介,进行数字信号的传输。是将控制系统的电磁脉冲信号转化为光脉冲信号,然后传输到光导纤维上,相应的电脑将接收的光脉冲信号转换为电磁脉冲信号,因而实现相应的控制功能。
7 网络通讯
MOST 网络以光纤为载体,通常是环型拓扑,布线只需单根光纤。MOST 可提供高达50Mbit/s 的传输速率,远远超过传统车载网络。常见的MOST 网络有3-10 个节点。
一个时序主控者负责驱动系统时钟、生成帧数据即64 字节序列数据。可以同时满足15 个不同音频流的播放,环中的每一个节点都代表着多媒体设备。剩下的节点都充当从控者,有一个节点充当着用户控制界面或MMI。一般来说,这个节点也是时序主控者。
8 MOST 总线特点
①传输速度快;
②声音、图像的实时处理;
③可以多种网络连接;
④在物理层上,传输介质本身是有塑料保护套、内芯为1mm 的聚甲基丙烯酸甲酯光纤,允许采用多种拓扑结构,包括星形和环形,汽车基本都采用环形拓扑结构。一个MOST 网络中最多可以有64 个结点。
9 MOST 总线的应用
MOST 总线由于传输数据量大,损耗小,速度快、抗干扰性强,故多应用于汽车多媒体娱乐系统、汽车GPS 导航系统,车载电话等。
10 新型专用总线
在汽车网络化进程中,许多汽车总线被研发,有一部分车用总线因为刚被研发,由于理论尚未成熟或者缺乏实战经验,所以尚未被SAE(美国汽车工程师协会)归类,这部分总线称为新型总线。如:故障诊断总线、安全总线、Xby-wire 总线。


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