9．1 汽车总线系统的基本知识
9．1．1 车载网络的基本知识
1．车载网络系统的应用背景
(1)很多汽车采用了多个电控系统，如奔驰600SEL采用了20多个电控模块。
(2)为了提高汽车综合控制的准确性，控制系统迫切需要输入、输出信号/数据共享。当电控模块共享输入信息时，就能对汽车进行更为复杂的控制。
2．车载网络系统的作用
(1)简化线路。为了简化线路，提高各电控单元之间的通信速度，汽车制造商开发设计了新的总线系统，即车载网络系统，把众多的电控单元连成网络，其信号通过数据总线的形式传输，可以达到信息资源共享的目的。
(2)提高了汽车综合控制的准确性。车载网络系统的出现同时也提高了汽车综合控制的准确性，当电控单元共享输入信息时，就能对汽车进行更为复杂的控制。例如，发动机控制单元可以利用来自安全气囊控制单元的碰撞信号来决定电动燃油泵控制电路是否需要被切断。
3．车载网络系统的发展史
(1)1986年2月Robert Bosch公司在美国汽车工程师协会(SAE)大会上介绍了一种新型的串行总线——CAN(Controller Area Network，控制器局域网。
(2)随后，美国汽车工程师协会提出了J1850;日本也提出了各种各样的网络方案。随着汽车技术的发展，欧洲又以与CAN协议不同的思路提出了控制系统的新协议TTP(Time Triggered Protocol，基于时间触发的协议)，并在X－by－Wire系统上开始应用。汽车上出现了Drive－by－Wire系统、Steering－by－Wire系统、Brake－by－Wire系统，将这些系统统称为X－by－Wire系统。
(3)当对汽车引入智能交通系统(ITS)时，由于要与车外交换数据，所以，在信息系统中将会采用更大容量的网络，例如DDB协议、MOST及IEEE1394等。
9．1．2 典型车载网络系统的结构与组成
1．典型的汽车车载网络系统的结构
1－ABS模块 2－动力系统控制模块(PCM) 3－电子自动温度控制(EATC) 4－集成控制板(ICP) 5－虚像组合仪表 6－照明控制模块(LCM) 7－驾驶员座椅模块(DSM) 8－驾驶员车门模块(DDM) 9－移动电话模块 10－汽车动态模块
图9－1 典型的汽车车载网络系统的结构
2．汽车车载网络系统结构
图9－2 汽车车载网络系统结构示意图
3．数据通信
(1)汽车内ECU之间与办公用微机之间的数据传输特征不尽相同，主要差别在于传输频率。汽车内ECU之间的数据传输频率是变化的，在一个完善的汽车电子控制系统中，许多动态信息必须与车速同步。为了满足各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。但每个ECU对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。
(2)连接到车载网络的各个ECU按需要从总线上接收最新的信息以操纵各个系统。
4．车载网络系统在汽车上的应用
车载网络系统在汽车上的应用非常多，按照应用系统加以划分的话，车用网络大致可以分为4个系统:动力传动系统、车身系统、安全系统、信息系统。
(1)动力传动系统:动力CAN数据总线连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑(动力CAN数据总线可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑)。总线可以同时传递10组数据，发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组、自动变速器电脑2组。数据总线以500kbit/s速率传递数据，每一数据组传递大约需要0．25ms，每一电控单元7ms～20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元、发动机电控单元、自动变速器电控单元。
(2)车身系统:与动力传动系统相比，汽车上的各处都配置有车身系统的部件，线束长，容易受到干扰。舒适CAN数据总线连接5个控制单元(包括中央控制单元及4个车门的控制单元)，有5个功能:中央门锁、电动窗、照明开关、后视镜加热及自诊断功能。
(3)安全系统:安全系统是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动等的控制系统。由此使用的节点数将急剧地增加。对此系统的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。
(4)信息(娱乐、ITS)系统:对信息系统通信总线的要求是容量大、通信速度非常高。
5．车载网络系统通信协议
通信协议是指通信双方控制信息交换规则的标准、约定的集合，即指数据在总线上的传输规则。简单地说，两个实体要想成功地通信，它们必须“说同样的语言”，并按既定控制法则来保证相互的配合。
通信协议的种类繁多，可分为如下几类:
①在一个简单的通信协议中，模块不分主从，根据规定的优先规则，模块间相互传递信息，并且都知道该接收什么信息。
②一个模块是主模块，其他则为从属模块，根据优先规则，主模块决定哪个从属模块发信息以及何时发送信息。
③所有的模块都像旋转木马上的骑马人，一个上面有“免费券”挂环的转圈绕着它们旋转。当一个模块有了有用的信息，它便抓住挂环挂上这条信息，任何一个需要这条信息的模块都可以从挂环上取下这条信息。
④通信协议中有个仲裁系统，通常这个系统按照每条信息的数字拼法为各数据传输设定优先规则。
6．车载网络协议标准
国际上众多知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同。
按系统的复杂程度、信息量、必要的动作响应速度、可靠性要求等将多路传输系统分为低速(A)、中速(B)、高速(C)3类。
9．1．3 车载网络系统常用术语
(1)数据总线:数据总线是模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信号被多个系统(控制单元)共享，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。如果系统可以发送和接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线。
(2)CAN:CAN(Controller Area Network，控制局域网)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。
(3)局域网:在一个有限区域内连接的计算机的网络称为局域网。一般这个区域具有特定的职能，通过这个网络实现这个系统内的资源共享和信息通信。
(4)现场总线:现场总线(Field Bus)是在工业过程控制和生产自动化领域发展起来的一种网络体系，是在过程现场安装在控制室先进自动化装置中的一种串行数字通信链路。
(5)多路传输:多路传输用SWS(SmartWiring System)表示，是指在同一通道或线路上同时传输多条信息。事实上，数据信息是依次传输的，但速度非常快，似乎就是同时传输的。
(6)模块/节点:模块就是一种电子装置。简单一点的如温度和压力传感器，复杂的如计算机(微处理器)。传感器是一个模块装置，根据温度和压力的不同产生不同的电压信号，这些电压信号在计算机的输入接口被转变成数字信号。在计算机多路传输系统中一些简单的模块被称为节点。
(7)网络:为了实现信息共享而把多条数据总线连在一起，或者把数据总线和模块当作一个系统。从物理意义上讲，汽车上许多模块和数据总线距离很近，因此被称之为LAN(局域网)。
(8)网关:因为汽车上往往不只使用一种总线和网络，所以必须用一种方法达到信息共享，而不产生协议间的冲突。例如，车门打开时，发动机控制模块也许需要被唤醒。为了使采用不同协议及速度的数据总线间实现无差错数据传输，必须要用一种特殊功能的计算机，这种计算机就叫做网关。
(9)帧: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，称为帧。
