车载网络系统及其故障诊断方法

HVAC，Audio等
Audio 车身控制 多种场合
正被逐步淘汰
/ / 正被逐步淘汰
A类网络协议之LIN协议
提高汽车上分层、多路复用网络的性能，降低汽
车电子控制装置开发、生产以及诊断服务的成本； 2003年，全世界新生产的汽车平均每辆会有3~10 个LIN节点。 LIN 目前仍处于发展阶段，但已广泛地被世界上 的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受，有望 成为A类网络的世界标准，即A类网的主流协议。
车载网络系统的检修
概述

1、车载网络应用的目地 解决由于汽车上大量应用电子装置 带来的问题 （1）汽车电子电器数量过多 （2）系统过大 （3）冗余度高成本增加 （4）技术效益低下
图1 传统信息传输：每个信息都需要一个独立的数据线传输
图2 网络信息传输：所有信息都通过两根数据线进行交换
第一部分 车载网络的基础知识
SafetyBus
BOTE Planet DSI
Delphi
Bosch-Temic Philips Motorola/AMP
Delphi是唯一用户
/ / / 也称ISIS
SI(Byteflight) BMW/ Motorola
E类网络协议的比较
比较内容 应用场合
传输介质 数据长度 最大波特率 成本
C类网络协议及应用情况
名称 主要用户 应用场合 实时控制场合 注释 ISO11898- GM，欧洲 2 (高速CAN) TTPTM/C TTTech FlexRay BMW, Motorola, Daimler Chrysler
实时控制场合 (X-By-Wire) 实时控制场合 (X-By-Wire)
TTPTM/C(Time-Triggered Protocol)
FlexRay
D类网络协议的特点及分类
该类网络统称智能数据总线(Intelligent 主要面向信息、多媒体系统等。
Data Bus)
根据SAE分类： IDB-C(低速)、 IDB-M(高 速)和IDB-Wireless(无线通讯 )。D类网络协议的 位速率在250Kbps~400Mbps之间。
发动机控 制单元 自动变速器 控制单元 ESP控制 单元 安全气囊 控制单元 氧传感器 （美国） 转向角度 传感器
连接部件
转向柱电气 控制单元 驱动 CAN bus 舒适系统中 轮胎压力 驻车加热 空调控制 挂车识别 停车辅助 座椅调节 汽车电气 央控制单元 监控控制 控制单元 单元 控制单元 控制单元 控制单元 控制单元 单元 多功能方 向盘控制 单元
电控单元的构成
①组合式CAN控制器 CAN控制器嵌入到微控制器中；
②独立式CAN控制器 CAN控制器独立于微机控制器；
③集成式CAN控制器


目前，发展趋势是CAN接口、收/发器、微控制器 集成到一个芯片上。 成本低；微控制器对CAN控制器的读写时间比独立 CAN控制器要小；速度快；系统可靠性高；
5 . 总线速度
1、波特率（每秒传输的码元数）
2、比特率（每秒传输的二进制位数）
如果一个码元只携带一个比特的信 息，则波特率和比特率在数值上相等。
6. 总线介质访问控制方式
在总线上某一时刻若有两个节点同时发送数 据，则这两个数据将会在总线上发生“冲突”， 为了避免冲突产生，就要有一个解决“争用”总 线的方法，以使各节点充分利用总线的信道空间 和时间来传送数据而不发生冲突，这正是介质访 问控制方式的管理机制。 CSMA/CD是“载波侦听多路访问/冲突检测” （Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）的缩写，是一种总线常见的访问控制方 式。
随着汽车网络技术的发展，目前及未来的 B类网络主流协议将是：CAN (ISO11898-3) 中国
C类网络协议的特点
主要面向高速、实时闭环控制
的多路控制多路传输网； 主要用于动力系统等对实时控 制及可靠性要求较高的场合。 位速率可达1Mbps， X-By-Wire 系统传输速率可达10Mbps以上；
IDB-C：SAE J2366
IDB-M：D2B、MOST、IDB1394等
IDB-Wireless： Bluetooth(蓝牙)
பைடு நூலகம்
D类网络协议的比较
比较内容 应用场合 IDB-C D 2B Copper 通讯娱乐 数据流 控制 Optical 数据流 控制 数据流 控制 PC设备 MOST IDB-1394
车身控制A类网络总线结构图
CAN总线 车身总线 左前门控制 器ECU 玻璃升降机 电动执行器 电动门锁执 行器 后视镜电动 执行器 操作命令输 入装置ECU
LIN
图
B类网络的特点
主要面向独立模块间的数据共享， 适用于对实时性要求不高的场合， 以减少冗余的电子部件； 主要应用于车辆信息中心、故障诊 断、仪表显示等方面的控制。
ISO 11898-3、 VAN、 J1850性能比较
比较内容 应用场合 传输介质 位编码方式 介质访问方式 位速率 数据长度 节点成本
ISO 11898-3 控制、诊断 双绞线 NRZ 竞争 10K~1Mbps 0~8个字节 中
VAN 双绞线、扁 单线 平线 Manchester VPW 竞争 125Kbps 28个字节 低
现有A类网络协议
名称
UART Sinebus LIN I2C
主要用户
GM GM 许多厂商 Renault
主要应用场合
多种场合 Audio 智能连接器和传感器 HVAC /
注释
正被逐步淘汰 由LIN协会开发 极少使用
CCD
ACP BEAN J1708/J15 87/J1922
Chrysler
Ford Toyota T&B
•传输速度快 • 相关控制单元可共用传感器 • 更少的线束、更小的控制单 元，节省了空间
两根数据线缠绕可防止电磁干扰
CAN总线
（ 举例Audi A4 2001 >）
三条数据总线
CAN –驱动 CAN – 舒适 500 kBaud 100 kBaud
CAN – 信息娱乐
100 kBaud
CAN 数据总线网络
was developed by the Robert BOSCH company in 1983 as a bus system for cars.
网络控制单元数据交换
SSP 41
CAN data bus network (CAN – Controller Area Network)
CAN
总线的特点
第二部分 典型总线系统分析
一、CAN总线
CAN(Control Area Network)总线是德国Bosch公司从80 年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间 的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，是一种
有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
CAN 总线
Controller Area Network
SAE J1850 双绞线 PWM 41.6Kbps
控制、诊断 通用、诊断
竞争 10.4Kbp s 低
0~8个字节
B类网络的主流协议
过 去 十 年 间 ， CAN(ISO11898-3); SAE J1850 以及 VAN(Vehicle Area Network) 在车 身网络中得到了广泛的应用。
消息传输 位编码方式 介质访问方式 最大波特率 每帧的数据字 节
异步或同步 NRZ TDMA和 FTDMA 10Mbps 0~246
X-by-Wire系统
C类网络协议的主流协议
目前，C类网络中广泛应用于动力与传动系 统控制与通讯的协议标准为：ISO 11898-2,未 来应用于X-By-Wire系统的主要协议为：
一、车载网络系统的组成
网络节点（模块）、通信线路、软件及协议
解释：
①各种控制模块、网关、智能传感器
②通信线路、不同子网(拓扑结构)
③支持各节点工作的软件、通信协议
1.节点（模块）
一种电子装置。 简单：智能传感器；复杂：微处理器。
电控单元：微处理器，实现某种自动控制功 能； 网关：微处理器，实现不同子网之间的数据 传输、数据管理； 智能传感器：具备上网功能；
SAE：美国机动车工程师学会
二、车载网络的分类（2）
分类依据：功能和速率 A类：面向执行器、传感器的低速网络 B类：面向模块间数据共享的中速网络 C类：面向多路、实时闭环的高速网络 D类：面向信息、多媒体系统的网络 E类：面向乘员的安全系统


车载网络传输速度：
典型的现代汽车车载网络
SafetyBus Planet 气囊 气囊
双线 24 ~39位 主/从 低 500Kbps 低 双线
Byteflight 气囊
双线 0~200字节 FTDMA 中
介质访问方式 主/从
20K~250Kbps 10Mbps
4、不同版本通信协议的互联 不同版本的CAN可以通过网关取得互连。 而网关就是具备不同网络协议之间信息 转换能力的单片机。 网关：车上用了很多的总线和网络，所以 必须用一种有特殊功能的计算机达到信 息共享和不产生协议间的冲突，实现无 差错数据传输，这种计算机就叫做网关。
传输介质
位编码方式 位速率 成本
双绞线
NRZ
250Kbps
双绞线
PWM
29.8Kbps
光纤
光纤
屏蔽双绞线
NRZ
98~393Mbps
BiPhase BiPhase
12Mbps 25Mbps
低
中
高
高
中
E类网络协议及使用情况
E类网络主要面向乘员的安全系统，应用于车辆被动安 全性领域。
名称 主要开发商 注释

Vehicle LAN（ 车载局域网）
A 类网络的特点
适用于对实时性要求不高的场合， 主要应用于电动门窗、座椅调节、 灯光照明等控制。 位速率一般小于10Kbps；

“bit”（比特）为网络数据计量单位； “bps”是“bit per second”（每秒传输数据）的简写，为网络数据流量 单位；“512Kbps”也就代表“512Kbit/秒”的数据流量； “byte”为文件字节单位，1 个byte = 8 个bit；


位速率一般在10~125Kbps；
现有B类网络协议
名称 GMLAN(SWC) ISO11898-3 (Fault-Tol CAN) J2248 VAN J1850 主要用户 GM 欧洲 GM, Ford, DC Renault & PSA GM, Ford, Chrysler 应用场合 多种场合 多种场合 多种场合 控制应用 多种场合 注释 GM是唯一用户 也称容错CAN 基于ISO 11898 基于ISO11519-3 有VPM，PWM两种 调制方式
2、通信线路（数据总线） 节点之间传递数据的通道。（串行 传递）
单线制：光缆 双线制：两条数据总线绞在一起的。

3、网 络

为了实现信息共享，用通信线路 把多个节点连在一起，形成一个 有规则的网。
总线结构 环状结构 星形结构等
4.通信协议
通信实体双方控制信息交换规则的集合。
要实现车内ECU之间的通信，必须制 定规则保证通信双方能相互配合，即通信 方法、通信时间、通信内容双方同时遵守 的一组规定和规则。
二、车载网络的分类（1）
SAE将车载网络划分为A、B、C三个级别



A级速率：1~10 kb/s，主要应于电动门窗、座 椅调节、灯光照明等控制。 B级速率：10~100 kb/s，主要应用于电子车辆 信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系 统。 C级速率：最高可达1M kb/s，主要用于悬架控 制、先进发动机控制、牵引控制、ABS等系统。
最初由Vienna技 术大学制定
ISO11898-2、TTPTM/C、FlexRay性能比较
比较内容 应用场合 ISO 11898-2 汽车，自动化 领域，航空 异步 NRZ CSMA/CR 1Mbps 0 ~8 FlexRay x-by-wire TTPTM/C 对实时性要求严 格的系统(x-bywire) 同步 频率调制 TDMA 25Mbps 0~236
CAN 数据总线网络
网关
仪表内的 Gateway
自动变速箱控制单元 J217 舒适系统中央控制单元 J393
Control unit for 4LV J537
仪表内的诊断接口 J285
空调控制单元 E87
Data telegram
Gateway 的作用是使所有连接在CAN总线 上的控制单元实现数据交换 驱动总线 舒适总线和 显示总线 (信息娱乐总线). 因为这几种总线的传输速度是不同的，所 以不能直接进行数据交换。