車載網絡技術概述1-車載網絡技術概述1-汽車網絡技術的發展1汽車網絡標準與協議3汽車網絡技術的應用2學習內容2-汽車網絡技術的發展1汽車網絡標準與協議3汽車網絡技術的應用23-3-一、數據傳輸方式根據發送裝置向接收裝置傳輸信息時各字節的傳輸方式不同，數據傳輸方式分為并行傳輸和串行傳輸兩種形式。1.并行傳輸

圖2-13并行傳輸1—發送裝置；2—數據；3—接收裝置；MSB—最高值數位；LSB—最低值數位4-一、數據傳輸方式根據發送裝置向接收裝置傳輸2.串行傳輸圖2-14串行傳輸1-發送裝置；2-數據；3-接收裝置數據的傳輸速率（速度）比特率比特率：每秒傳輸的數據位數（bit），單位為bit/s（bps）。波特率：每秒信號變化的次數（B/s）。在無調制的情況下，波特率精確等于比特率。采用調相技術時，波特率不等于比特率。網速：4

Mbps1Gbps=1000Mbps=1000*1000bps5-2.串行傳輸圖2-14串行傳輸數據的傳輸速率（速度）比特目前汽車上:控制單元內部線路中使用并行數據傳輸方式，控制單元外部傳輸信息則大都以串行傳輸方式進行。串行數據傳輸既可以采用同步傳輸方式，也可以采用異步傳輸方式。6-目前汽車上:串行數據傳輸既可以采用同步傳輸方3.同步數據傳輸使用一個共同的時鐘脈沖發生器可保持發送裝置和接收裝置時間管理的同步性。這種方式就是同步傳輸方式。圖2-15同步傳輸方式1—同步脈沖；2—數據；3—停止；4—起始；5—接收裝置串行數據傳輸：同步傳輸方式，異步傳輸方式。7-3.同步數據傳輸使用一個共同的時鐘脈沖發生器4.異步數據傳輸發送和接收裝置之間最常用的時間管理方式是異步傳輸方式。進行異步數據傳輸時，發送和接收裝置之間沒有共同的系統節拍。圖2-16異步數據傳輸時數據幀的結構1—接收裝置；2—起始位；3—最低值數位；4—5-8位數據；5—最高值數位；6—檢查位；7~8—停止位；9—發送裝置8-4.異步數據傳輸發送和接收裝置之間最常用的時5.數據總線上的信息流方向①單工通信。②雙工通信。圖2-18雙工通信圖2-17單工通信9-5.數據總線上的信息流方向①單工通信。②雙工通信。圖2-1.1汽車網絡技術的發展1.1.1汽車網絡技術的發展歷程汽車電子技術在經歷了零部件層次的汽車電器時代、子系統層次的單片機（汽車電腦）控制時代之后，已經開始進入汽車網絡化時代，并向汽車信息化時代邁進。按照電子產品和電子控制系統的技術特點，可將汽車電子技術的發展粗略劃分為四個階段。1.第一階段——零部件層次的汽車電器時代

1965~1980年屬于零部件層次的汽車電器時代。汽車發電機晶體管電壓調節器和晶體管點火裝置等開始裝備汽車，而且電子控制裝置又逐步實現了由分立元件向集成化的過渡。10-1.1汽車網絡技術的發展1.1.1汽車網絡技術的發展歷程這一階段，裝備汽車的其他電子裝置還有轉向系統電子式閃光器、電子控制式喇叭、電子式間歇刮水控制器、數字時鐘及高能點火（HEI）線圈和集成電路點火系統等。11-這一階段，裝備汽車的其他電子裝置還有轉向系統電2.第二階段——子系統層次的汽車電腦控制時代

1980~1995年屬于子系統層次的汽車單片機（汽車電腦）控制時代，以單片機為控制核心，以實現特定控制內容或功能為基本目的的各種電子控制系統得到了迅速發展。圖1-4電子點火系統組成示意圖12-2.第二階段——子系統層次的汽車電腦控制時代進入20世紀90年代，出現全面、綜合的電子控制系統。13-進入20世紀90年代，出現全面、綜合的電子控制系3.第三階段——整車聯網層次的汽車網絡化時代

1995~2010年屬于整車聯網層次的汽車網絡化時代。采用先進的單片機技術和車載網絡技術，形成了車上的分布式、網絡化的電子控制系統。整車電氣系統被連成一個多ECU、多節點的有機的整體，使得其性能也更加完善。目前，世界主要汽車制造商生產的的多數汽車上均采用了以CAN、LIN、MOST、DDB等為代表的網絡控制技術，將車輛控制系統簡化為節點模塊化。在基于現場總線的分布式控制中，任何傳統意義上的傳感器和執行器都可以與同一現場的節點相組合，構成節點模塊，汽車網絡技術進一步優化了汽車的控制系統，極大地提升了汽車的整體控制水平。14-3.第三階段——整車聯網層次的汽車網絡化時代1圖1-6BMWE60的汽車網絡系統

圖1-7AUDIA4的汽車網絡系統15-圖1-6BMWE60的汽車網絡系統圖1-74.第四階段——以Telematics技術為代表的汽車信息化時代以國際Telematics產業聯盟（ITIF）正式成立為標志，2010年成為汽車信息化時代的發軔之年。16-4.第四階段——以Telematics技術為代表的汽車信息化圖1-10汽車將進入信息化時代（由動力傳動、車身控制、行駛安全性、多媒體傳輸到Telematics）17-圖1-10汽車將進入信息化時代（由動力傳動、車身控制、1.Telematics簡介

Telematics是遠程通信技術（Telecommunications）與信息科學技術（Informatics）的合成詞，意指通過內置在汽車、航空器、船舶、火車等運輸工具上的計算機網絡技術，借助無線通信技術、GPS衛星導航技術，實現文字、圖像、語音信息交換的綜合信息服務系統。也就是說，Telematics技術整合了汽車網絡技術（也包括其他移動運輸工具內部的網絡技術）、無線通信技術、GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系統）衛星導航技術，通過無線網絡，隨時給行車中的人們提供駕駛、生活、娛樂所必需的各種信息。18-1.Telematics簡介Telemati圖1-11Telematics信息交換過程示意圖19-圖1-11Telematics信息交換過程示意圖19-

Telematics特點在于大部分的應用系統位于網絡上（如通訊網絡、衛星與廣播等）而非汽車內。駕駛者可運用無線傳輸的方式，連結網絡傳輸與接收信息與服務，以及下載應用系統或更新軟件等，所耗的成本較低，主要功能仍以行車安全與車輛保全為主，主要功能如圖1-12所示。圖1-12Telematics的主要功能20-Telematics特點在于大部分的應用系統位通過GPS全球衛星定位系統（圖1-13），結合行車路線，作電子地圖與語音導航相結合的路況報導、路線指引（圖1-14），并能提前預報前方路口的車速限制及交通違法攝像頭的安裝情況，以確保安全行車。圖1-13GPS全球衛星定位系統21-通過GPS全球衛星定位系統（圖1-13），圖1-14電子地圖與語音導航22-圖1-14電子地圖與語音導航22-②道路救援。行車過程中，如果發生車禍或車輛出現故障，駕駛員可通過Telematics系統的緊急呼叫按鍵，自動聯系緊急服務機構（119、120等急救機構）或汽車服務站，以獲得道路救援。圖1-15緊急呼叫按鍵1-左側免提話筒；2-活動天窗按鍵；3-緊急呼叫按鍵；4-右側免提話筒③汽車防盜及搜尋。通過GPS衛星定位技術確定失竊車輛的位置和行車路線，以便搜尋與追蹤，追繳車輛并緝拿盜車賊。④車輛調度管理。通過無線信息傳輸，實現運營車輛的調度管理。23-②道路救援。行車過程中，如果發生車禍或車輛出圖1-16運營車輛的調度管理24-圖1-16運營車輛的調度管理24-⑤自動防撞系統。通過測距傳感器或雷達，監測前、后車輛之間的車距，自動調用車載自適應巡航系統，使前、后車輛之間保持必要的安全距離。圖1-17自適應巡航系統監測前、后車輛之間的車距⑥車況掌握。車輛性能與車況的自動監測、傳輸，進行多地、遠程“專家會診”，指導車輛維修等。⑦個人化信息接收與發布。收發電子郵件與個人化信息等。25-⑤自動防撞系統。通過測距傳感器或雷達，監測前⑧多媒體影音娛樂信息接收。高畫質與高音質的視聽設備、游戲機、上網機、個人行動信息中心、隨選視頻資訊等（圖1-18）。⑨車輛應急預警系統。當行駛中的車輛遇到緊急情況是，可以借助Telematics系統向外界（其他車輛或道路交通管理部門）發出應急申請，亦可接收來自道路交通管理部門發布的緊急情況警告及應急響應預案，確保行車安全和道路暢通。圖1-18后座多媒體影音娛樂系統26-⑧多媒體影音娛樂信息接收。高畫質與高音質的視

Telematics系統在汽車上的布置（圖1-19）可分為前座系統、后座系統與發動機系統三大子系統。圖1-19Telematics系統在汽車上的布置27-Telematics系統在汽車上的布置（圖11.2汽車網絡技術的應用28-1.2汽車網絡技術的應用28-圖1-22汽車上的電子控制系統越來越多29-圖1-22汽車上的電子控制系統越來越多29-隨著汽車電子化程度逐年提高，從發動機控制到傳動系控制，從行駛、制動、轉向系控制到安全保障系統及儀表報警系統，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽車電子系統形成了一個復雜的大系統（圖1-24）。這些系統除需要互相通信，且信息傳輸量急劇加大。如果依然采用傳統的布線方式（圖1-25），那么，對于復雜控制系統，其連接電線（線束）的數量將急劇增加，甚至難以承受。圖1-24復雜的、多控制單元的汽車電腦控制系統

圖1-23汽車內部的電線（線束）數量（裝備3個電子控制單元）

30-隨著汽車電子化程度逐年提高，從發動機控制到傳動對于復雜的控制系統，若采用傳統布線方式（一對一布線），將導致車上電線數目急劇增加，其質量將會占到整車質量的4%左右。而且，數量龐大的線束、電線插接器也會降低車輛電氣系統的可靠性，使故障率加大。為解決這一制約汽車電子技術進一步發展的信息傳輸瓶頸問題，一種新的信息傳輸技術——汽車網絡技術應運而生。圖1-252個控制單元之間傳統的布線方式（一對一布線）31-對于復雜的控制系統，若采用傳統布線方式（一對圖1-26鍵盤與計算機主機之間采用數據總線技術進行信息傳輸32-圖1-26鍵盤與計算機主機之間采用數據總線技術進行信息數據總線數據總線是模塊間運行數據的通道，即所謂的信息高速公路。數據總線可以實現在一條數據線上傳遞的信號可以被多個系統（控制單元）共享，從而最大限度地提高系統整體效率，充分利用有限的資源。如果系統可以發送和接收數據，則這樣的數據總線就稱之為雙向數據總線33-數據總線數據總線是模塊間運行數據的通道，即所謂的信息高速公將計算機領域的數據總線技術引入到汽車電氣系統中，同樣可以在大大簡化汽車電路的同時，傳遞豐富的信息。圖1-27采用數據總線技術在兩個控制單元之間進行信息傳輸如圖1-27所示，采用數據總線技術在兩個控制單元之間進行信息傳輸，可以有效較少數據傳輸線的數量。34-將計算機領域的數據總線技術引入到汽車電氣系統圖1-28為在具有3個控制單元的系統中采用CAN數據總線進行信息傳輸的示意圖，相應地，汽車內部的線束連接也變得簡潔、清晰（圖1-29），不再是一團亂麻。圖1-28在具有3個控制單元的系統中采用CAN數據總線進行信息傳輸圖1-29汽車內部的電線（線束）數量（裝備3個電子控制單元）35-圖1-28為在具有3個控制單元的系統中采用C下面，以寶來（BORA）汽車的駕駛員側車門控制單元為例，進一步說明這一問題。圖1-30采用傳統的布線方式（9個線束插接器，共45根電線）36-下面，以寶來（BORA）汽車的駕駛員側車門控制單元為例，進一圖1-31采用數據總線進行信息傳輸（只需2個線束插接器，17根電線）37-圖1-31采用數據總線進行信息傳輸（只需2個線束插接器，3.采用汽車網絡技術的優點①減輕整車自重。減少電線用量，耗銅量下降，整車自重得以降低。同時，全車線束變細，也為安裝其它新的部件預留了空間。②降低生產成本。除了電線用量減少、耗銅量下降帶來的成本降低之外，網絡技術所秉持的“信息共享、一線多能”也充分發揮了每一條電線的作用，現實了“物盡其用”。③提高工作可靠性。電線數量的減少，也使汽車電氣系統的線束插接器數量大大減少，由線束和插接器引發的斷路、短路、接觸不良等故障的發生率也大大降低，整車電氣系統的工作可靠性得以提高。④便于后續開發。采用開放式的汽車網絡技術，為后續技術的開發留有充分的余地。以后，隨著技術的不斷進步，新的電子控制系統可以很方便地融入到已有的系統之中，而不必對現有系統作太大的改動。38-3.采用汽車網絡技術的優點①減輕整車自重。減少電線用量，耗同時，也便于實現控制器與執行器的就近安裝，甚至采用控制器與執行器的一體化安裝，進一步節省了安裝空間，提高了控制的實時性和控制精度，從而實現了良性循環。圖1-32大眾開迪（Caddy）、邁騰（Magotan）汽車的整體式ESPECU39-同時，也便于實現控制器與執行器的就近安裝，甚1.2.2現場總線與汽車網絡

現場總線（Fieldbus）是一種工業數據通信總線，主要用于自動化控制（如鋼鐵冶金、啤酒釀造，以解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。目前汽車上廣泛使用的控制局域網絡（ControllerAreaNetwork，CAN）就可以歸為現場總線類網絡，但同時又有自身的一些特點。汽車網絡系統不僅有CAN總線和LIN總線這樣的控制網絡，還有多媒體影音娛樂信息網絡，如MOST、DDB等。目前，汽車電子系統控制中應用最廣泛的是CAN總線。1.現場總線40-1.2.2現場總線與汽車網絡現場總線（F2.現場總線的組成現場總線由兩大部分組成，即數據傳輸線和節點。在總線系統中節點包括控制單元和總線輔助設備，控制單元由控制器、濾波器、收發器、兩個數據傳輸終端組成。控制單元在硬件上多了專門的總線接口裝置（如CAN總線接口），并有相應的軟件即通信標準的支持。圖1-34現場總線中的控制單元41-2.現場總線的組成現場總線由兩大部分組成，即數據

在大眾速騰（SAGITAR）汽車的電源管理系統中，J519作為中央電器控制網絡系統的一個節點，可以實現電源管理、車外燈控制、車內燈控制、儀表照明及光亮度調整、轉向信號控制、接線柱控制、前/后風擋玻璃的雨刷控制、燃油泵電源接通、發電機勵磁、后風窗加熱等十幾種功能，控制功能十分豐富。

圖1-36中央電器控制單元J519作為中央電器控制網絡系統的一個節點存在J519—中央電器控制單元；J527—轉向柱控制單元42-在大眾速騰（SAGITAR）汽車的電源管理系統5.現場總線的優點①經濟性；②可靠性；③可控性；④綜合性；⑤互換性；⑥開放性。43-5.現場總線的優點①經濟性；②可靠性；③可控性；431.2.2車載網絡系統在汽車上的應用車載網絡系統在汽車上的應用非常多，按照應用系統加以劃分的話，車用網絡大致可以分為4個系統：動力傳動系統車身系統安全系統信息系統。44-1.2.2車載網絡系統在汽車上的應用動力傳動系統44-1．動力傳動系統動力CAN數據總線連接3塊電腦，它們是發動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數據總線可以連接安全氣囊、四輪驅動與組合儀表等電腦）。總線可以同時傳遞10組數據，發動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組、自動變速器電腦2組。數據總線以500kbit/s速率傳遞數據，每一數據組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7ms～20ms發送一次數據。優先權順序為ABS/EDL電控單元、發動機電控單元、自動變速器電控單元。45-1．動力傳動系統動力CAN數據總線連接3塊電腦，它們是發動2．車身系統與動力傳動系統相比，汽車上的各處都配置有車身系統的部件，線束長，容易受到干擾。舒適CAN數據總線連接5個控制單元（包括中央控制單元及4個車門的控制單元），有5個功能：中央門鎖、電動窗、照明開關、后視鏡加熱及自診斷功能。3．安全系統安全系統是指根據多個傳感器的信息使安全氣囊啟動等的控制系統。由此使用的節點數將急劇地增加。對此系統的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。4．信息（娛樂、ITS）系統對信息系統通信總線的要求是容量大、通信速度非常高。46-2．車身系統46-1.2.3汽車網絡的分類1.按網絡拓撲結構分類網絡的拓撲結構（TopologicalStructure）是指網上計算機或設備與信息傳輸介質形成的節點與數據傳輸線的物理構成模式。汽車網絡的拓撲結構主要有線形結構、星形結構、環形結構等幾種。1）線形拓撲結構線形拓撲結構是一種信道共享的物理結構。這種結構中總線具有信息的雙向傳輸功能，普遍用于控制器局域網的連接，總線一般采用同軸電纜或雙絞線。47-1.2.3汽車網絡的分類1.按網絡拓撲結構分類1）總線形拓撲結構總線形拓撲結構是一種信道共享的物理結構。這種結構中總線具有信息的雙向傳輸功能，普遍用于控制器局域網的連接，總線一般采用同軸電纜或雙絞線。圖1-38線形拓撲結構CAN總線、FlexRay總線48-1）總線形拓撲結構總線形拓撲結構是一種信道共享2）星形拓撲結構星形拓撲結構是一種以中央節點為中心，把若干外圍節點連接起來的輻射式互聯結構。這種結構適用于局域網。圖1-39星形拓撲結構BMWX5的懸架系統采用FlexRay49-2）星形拓撲結構星形拓撲結構是一種以中央節點為3）環形拓撲結構環形拓撲結構由各節點首尾相連形成一個閉合環形線路。環形網絡中的信息傳送是單向的，即沿一個方向從一個節點傳到另一個節點；每個節點需安裝中繼器，以接收、放大、發送信號。圖1-40環形拓撲結構50-3）環形拓撲結構環形拓撲結構由各節點首尾相連形圖1-41BMW車系影音娛樂系統的MOST總線采用環形拓撲結構51-圖1-41BMW車系影音娛樂系統的MOST總線采用環形拓3.按信息傳輸速度分為方便研究和設計應用，美國汽車工程師學會（SAE）的汽車網絡委員會按照系統的復雜程度、傳輸流量、傳輸速度、傳輸可靠性、動作響應時間等參量，將汽車數據傳輸網絡劃分為A、B、C、D、E五類。52-3.按信息傳輸速度分為方便研究和設計應用，美

A類網絡是面向傳感器/執行器控制的低速網絡，數據傳輸位速率通常小于10kbit/s，主要用于車外后視鏡調整，電動車窗、燈光照明等控制；

B類網絡是面向獨立模塊間數據共享的中速網絡，位速率在10~125kbit/s之間，主要應用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統；

C類網絡是面向高速、實時閉環控制的多路傳輸網絡，位速率在125kbit/s~1Mbit/s之間，主要用于牽引力控制、發動機控制、ABS、ESP等系統。

D類網絡是智能數據總線IDB（IntelligentDataBUS）網絡，主要面向影音娛樂信息、多媒體系統，其位速率在250kbit/s~100Mbit/s之間。按照SAE的分類，IDB-C為低速網絡，IDB-M為高速網絡，IDB-Wireless為無線通信網絡。

E類網絡是面向汽車被動安全系統（安全氣囊）的網絡，其位速率為10Mbit/s。53-A類網絡是面向傳感器/執行器控制的低速網絡，1）A類網絡系統的應用汽車防盜報警系統是典型的A類網絡系統（LIN總線系統）應用實例。圖1-43汽車防盜報警A類網絡系統（LIN總線系統）54-1）A類網絡系統的應用汽車防盜報警系統是典型的2）B類網絡系統的應用當大量共享數據需要在車內各個控制單元間進行交換時，A類網絡系統不再勝任，可采用B類網絡系統。圖1-44基于CAN總線的B類網絡系統55-2）B類網絡系統的應用當大量共享數據需要在車內3）A、B兩類網絡系統的組合應用通常將A類網絡通過車身計算機（網關）連接到CAN總線組成的B類網絡中，使得該A類網絡系統成為CAN總線的一個節點，這樣無需在各傳感器／執行器部件安裝CAN控制器件，就能使得信號在CAN總線上傳輸，有效地利用了A類網絡低成本的優點。圖1-45A、B兩類網絡系統的組合應用56-3）A、B兩類網絡系統的組合應用通常將A類網4）C類網絡系統的應用在C類網絡系統方案中，CAN總線有效地將發動機控制系統、驅動防滑系統及自動巡航系統等連接成為一個綜合控制系統，整車性能得到大幅度堤高。圖1-46基于CAN總線的C類網絡系統57-4）C類網絡系統的應用在C類網絡系統方案中，C圖1-47奔馳車系的CAN網絡結構圖58-圖1-47奔馳車系的CAN網絡結構圖58-1.3汽車網絡標準與協議59-1.3汽車網絡標準與協議59-通信協議通信協議是指通信雙方控制信息交換規則的標準、約定的集合，即指數據在總線上的傳輸規則。簡單地說，兩個實體要想成功地通信，它們必須“說同樣的語言”，并按既定控制法則來保證相互的配合。60-通信協議通信協議是指通信雙方控制信息交換規則的標準、約定的1.3.1A類網絡標準與協議

A類網絡通信目前首選的標準是局域互聯網LIN（LocalInterconnectNetwork）。LIN是用于汽車分布式電控系統的一種低成本串行通信系統，它是一種基于UART的數據格式、主從結構的單線12V的總線通信系統，主要用于智能傳感器和執行器的串行通信，而這正是CAN總線的帶寬和功能所不要求的部分。

LIN總線采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達20kbit/s，對于低端的大多數應用對象（如中央門鎖控制、空調系統控制等）來說，這個速度是完全可以滿足要求的。

LIN總線的媒體訪問采用單主/多從的機制，不需要進行仲裁，在從節點中不需要晶體振蕩器而能進行自同步，這極大地減少了硬件平臺的成本，大大降低了汽車電子裝置的開發、生產和服務費用。61-1.3.1A類網絡標準與協議A類網絡通信目1.3.2B類網絡標準與協議

B類網絡通信中使用最廣泛的標準是CAN總線。CAN總線是德國BOSCH公司開發的一種串行數據通信協議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1Mbit/s。

CAN總線通信接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗余檢驗、優先級判別等項工作。

B類網絡通信的國際標準是ISO11898，其傳輸速率在100kbit/s左右。歐洲的各大汽車制造商從1992年起，一直采用ISO11898，所使用的傳輸速率范圍從47.6~500kbit/s不等。62-1.3.2B類網絡標準與協議B類網絡通信中使1.3.3C類網絡標準與協議根據SAE的分類，高速總線系統屬于C類網絡標準。由于高速總線系統主要用于與汽車安全相關，以及實時性要求比較高的領域，如動力系統等，所以其傳輸速率比較高，通常在125kbit/s~1Mbit/s之間，且必須支持實時的周期性的數據傳輸。

在C類標準中，歐洲的汽車制造商大多采用CAN總線標準ISO11898。ISO11898主要面向乘用車電子控制單元之間的通信，信息傳輸速率大于125kbit/s，最高可達1Mbit/s。

J1939也是高速通信標準，其數據傳輸速率為250kbit/s，主要供貨車及其拖車、大客車、建筑機械及農業機械使用。1.C類總線標準與協議63-1.3.3C類網絡標準與協議根據SAE的分類1.3.4D類網絡標準與協議汽車多媒體網絡和協議屬于D類總線系統，分為三種類型，分別是低速、高速和無線，對應SAE的分類相應為IDB-C（IntelligentDataBUS-CAN）、IDB-M（Multimedia）和IDB-Wireless，其傳輸速率在250~100Mbit/s之間。

低速網絡用于遠程通信、診斷及通用信息傳輸，IDE-C按CAN總線的格式以250kbit/s的位速率進行信息傳輸。由于其低成本的特性，IDB-C作為汽車類產品的標準之一，已經在汽車網絡中得到應用。

高速網絡主要用于實時的音頻和視頻通信，如MP4、DVD和CD等的播放，所使用的傳輸介質是光纖，這一類標準、協議里主要有DDB、MOST和IEEE1394。64-1.3.4D類網絡標準與協議汽車多媒體網絡

DDB是用于汽車多媒體和通信的分布式網絡，通常使用光纖作為傳輸介質，可連接CD播放器、語音控制單元、電話和國際互聯網。DDB技術已使用于BENZ公司的高端車型。Daimler-Chrysler等公司計劃與BWM公司一樣使用MOST。MOST是車輛內LAN的接口規格，用于連接車載導航儀和無線設備等，數據傳輸速度為24Mbit/s。其規格主要由德國OasisSiliconSystem公司制訂。在無線通信方面，目前廣泛采用藍牙（Bluetooth）技術。Bluetooth主要是面向下一代汽車應用，如語音系統、無線信息通信、個人娛樂或PC外設等方面等。65-DDB是用于汽車多媒體和通信的分布式網絡，通Thanks!66-Thanks!66-車載網絡技術概述67-車載網絡技術概述1-汽車網絡技術的發展1汽車網絡標準與協議3汽車網絡技術的應用2學習內容68-汽車網絡技術的發展1汽車網絡標準與協議3汽車網絡技術的應用269-3-一、數據傳輸方式根據發送裝置向接收裝置傳輸信息時各字節的傳輸方式不同，數據傳輸方式分為并行傳輸和串行傳輸兩種形式。1.并行傳輸

圖2-13并行傳輸1—發送裝置；2—數據；3—接收裝置；MSB—最高值數位；LSB—最低值數位70-一、數據傳輸方式根據發送裝置向接收裝置傳輸2.串行傳輸圖2-14串行傳輸1-發送裝置；2-數據；3-接收裝置數據的傳輸速率（速度）比特率比特率：每秒傳輸的數據位數（bit），單位為bit/s（bps）。波特率：每秒信號變化的次數（B/s）。在無調制的情況下，波特率精確等于比特率。采用調相技術時，波特率不等于比特率。網速：4

Mbps1Gbps=1000Mbps=1000*1000bps71-2.串行傳輸圖2-14串行傳輸數據的傳輸速率（速度）比特目前汽車上:控制單元內部線路中使用并行數據傳輸方式，控制單元外部傳輸信息則大都以串行傳輸方式進行。串行數據傳輸既可以采用同步傳輸方式，也可以采用異步傳輸方式。72-目前汽車上:串行數據傳輸既可以采用同步傳輸方3.同步數據傳輸使用一個共同的時鐘脈沖發生器可保持發送裝置和接收裝置時間管理的同步性。這種方式就是同步傳輸方式。圖2-15同步傳輸方式1—同步脈沖；2—數據；3—停止；4—起始；5—接收裝置串行數據傳輸：同步傳輸方式，異步傳輸方式。73-3.同步數據傳輸使用一個共同的時鐘脈沖發生器4.異步數據傳輸發送和接收裝置之間最常用的時間管理方式是異步傳輸方式。進行異步數據傳輸時，發送和接收裝置之間沒有共同的系統節拍。圖2-16異步數據傳輸時數據幀的結構1—接收裝置；2—起始位；3—最低值數位；4—5-8位數據；5—最高值數位；6—檢查位；7~8—停止位；9—發送裝置74-4.異步數據傳輸發送和接收裝置之間最常用的時5.數據總線上的信息流方向①單工通信。②雙工通信。圖2-18雙工通信圖2-17單工通信75-5.數據總線上的信息流方向①單工通信。②雙工通信。圖2-1.1汽車網絡技術的發展1.1.1汽車網絡技術的發展歷程汽車電子技術在經歷了零部件層次的汽車電器時代、子系統層次的單片機（汽車電腦）控制時代之后，已經開始進入汽車網絡化時代，并向汽車信息化時代邁進。按照電子產品和電子控制系統的技術特點，可將汽車電子技術的發展粗略劃分為四個階段。1.第一階段——零部件層次的汽車電器時代

1965~1980年屬于零部件層次的汽車電器時代。汽車發電機晶體管電壓調節器和晶體管點火裝置等開始裝備汽車，而且電子控制裝置又逐步實現了由分立元件向集成化的過渡。76-1.1汽車網絡技術的發展1.1.1汽車網絡技術的發展歷程這一階段，裝備汽車的其他電子裝置還有轉向系統電子式閃光器、電子控制式喇叭、電子式間歇刮水控制器、數字時鐘及高能點火（HEI）線圈和集成電路點火系統等。77-這一階段，裝備汽車的其他電子裝置還有轉向系統電2.第二階段——子系統層次的汽車電腦控制時代

1980~1995年屬于子系統層次的汽車單片機（汽車電腦）控制時代，以單片機為控制核心，以實現特定控制內容或功能為基本目的的各種電子控制系統得到了迅速發展。圖1-4電子點火系統組成示意圖78-2.第二階段——子系統層次的汽車電腦控制時代進入20世紀90年代，出現全面、綜合的電子控制系統。79-進入20世紀90年代，出現全面、綜合的電子控制系3.第三階段——整車聯網層次的汽車網絡化時代

1995~2010年屬于整車聯網層次的汽車網絡化時代。采用先進的單片機技術和車載網絡技術，形成了車上的分布式、網絡化的電子控制系統。整車電氣系統被連成一個多ECU、多節點的有機的整體，使得其性能也更加完善。目前，世界主要汽車制造商生產的的多數汽車上均采用了以CAN、LIN、MOST、DDB等為代表的網絡控制技術，將車輛控制系統簡化為節點模塊化。在基于現場總線的分布式控制中，任何傳統意義上的傳感器和執行器都可以與同一現場的節點相組合，構成節點模塊，汽車網絡技術進一步優化了汽車的控制系統，極大地提升了汽車的整體控制水平。80-3.第三階段——整車聯網層次的汽車網絡化時代1圖1-6BMWE60的汽車網絡系統

圖1-7AUDIA4的汽車網絡系統81-圖1-6BMWE60的汽車網絡系統圖1-74.第四階段——以Telematics技術為代表的汽車信息化時代以國際Telematics產業聯盟（ITIF）正式成立為標志，2010年成為汽車信息化時代的發軔之年。82-4.第四階段——以Telematics技術為代表的汽車信息化圖1-10汽車將進入信息化時代（由動力傳動、車身控制、行駛安全性、多媒體傳輸到Telematics）83-圖1-10汽車將進入信息化時代（由動力傳動、車身控制、1.Telematics簡介

Telematics是遠程通信技術（Telecommunications）與信息科學技術（Informatics）的合成詞，意指通過內置在汽車、航空器、船舶、火車等運輸工具上的計算機網絡技術，借助無線通信技術、GPS衛星導航技術，實現文字、圖像、語音信息交換的綜合信息服務系統。也就是說，Telematics技術整合了汽車網絡技術（也包括其他移動運輸工具內部的網絡技術）、無線通信技術、GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系統）衛星導航技術，通過無線網絡，隨時給行車中的人們提供駕駛、生活、娛樂所必需的各種信息。84-1.Telematics簡介Telemati圖1-11Telematics信息交換過程示意圖85-圖1-11Telematics信息交換過程示意圖19-

Telematics特點在于大部分的應用系統位于網絡上（如通訊網絡、衛星與廣播等）而非汽車內。駕駛者可運用無線傳輸的方式，連結網絡傳輸與接收信息與服務，以及下載應用系統或更新軟件等，所耗的成本較低，主要功能仍以行車安全與車輛保全為主，主要功能如圖1-12所示。圖1-12Telematics的主要功能86-Telematics特點在于大部分的應用系統位通過GPS全球衛星定位系統（圖1-13），結合行車路線，作電子地圖與語音導航相結合的路況報導、路線指引（圖1-14），并能提前預報前方路口的車速限制及交通違法攝像頭的安裝情況，以確保安全行車。圖1-13GPS全球衛星定位系統87-通過GPS全球衛星定位系統（圖1-13），圖1-14電子地圖與語音導航88-圖1-14電子地圖與語音導航22-②道路救援。行車過程中，如果發生車禍或車輛出現故障，駕駛員可通過Telematics系統的緊急呼叫按鍵，自動聯系緊急服務機構（119、120等急救機構）或汽車服務站，以獲得道路救援。圖1-15緊急呼叫按鍵1-左側免提話筒；2-活動天窗按鍵；3-緊急呼叫按鍵；4-右側免提話筒③汽車防盜及搜尋。通過GPS衛星定位技術確定失竊車輛的位置和行車路線，以便搜尋與追蹤，追繳車輛并緝拿盜車賊。④車輛調度管理。通過無線信息傳輸，實現運營車輛的調度管理。89-②道路救援。行車過程中，如果發生車禍或車輛出圖1-16運營車輛的調度管理90-圖1-16運營車輛的調度管理24-⑤自動防撞系統。通過測距傳感器或雷達，監測前、后車輛之間的車距，自動調用車載自適應巡航系統，使前、后車輛之間保持必要的安全距離。圖1-17自適應巡航系統監測前、后車輛之間的車距⑥車況掌握。車輛性能與車況的自動監測、傳輸，進行多地、遠程“專家會診”，指導車輛維修等。⑦個人化信息接收與發布。收發電子郵件與個人化信息等。91-⑤自動防撞系統。通過測距傳感器或雷達，監測前⑧多媒體影音娛樂信息接收。高畫質與高音質的視聽設備、游戲機、上網機、個人行動信息中心、隨選視頻資訊等（圖1-18）。⑨車輛應急預警系統。當行駛中的車輛遇到緊急情況是，可以借助Telematics系統向外界（其他車輛或道路交通管理部門）發出應急申請，亦可接收來自道路交通管理部門發布的緊急情況警告及應急響應預案，確保行車安全和道路暢通。圖1-18后座多媒體影音娛樂系統92-⑧多媒體影音娛樂信息接收。高畫質與高音質的視

Telematics系統在汽車上的布置（圖1-19）可分為前座系統、后座系統與發動機系統三大子系統。圖1-19Telematics系統在汽車上的布置93-Telematics系統在汽車上的布置（圖11.2汽車網絡技術的應用94-1.2汽車網絡技術的應用28-圖1-22汽車上的電子控制系統越來越多95-圖1-22汽車上的電子控制系統越來越多29-隨著汽車電子化程度逐年提高，從發動機控制到傳動系控制，從行駛、制動、轉向系控制到安全保障系統及儀表報警系統，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽車電子系統形成了一個復雜的大系統（圖1-24）。這些系統除需要互相通信，且信息傳輸量急劇加大。如果依然采用傳統的布線方式（圖1-25），那么，對于復雜控制系統，其連接電線（線束）的數量將急劇增加，甚至難以承受。圖1-24復雜的、多控制單元的汽車電腦控制系統

圖1-23汽車內部的電線（線束）數量（裝備3個電子控制單元）

96-隨著汽車電子化程度逐年提高，從發動機控制到傳動對于復雜的控制系統，若采用傳統布線方式（一對一布線），將導致車上電線數目急劇增加，其質量將會占到整車質量的4%左右。而且，數量龐大的線束、電線插接器也會降低車輛電氣系統的可靠性，使故障率加大。為解決這一制約汽車電子技術進一步發展的信息傳輸瓶頸問題，一種新的信息傳輸技術——汽車網絡技術應運而生。圖1-252個控制單元之間傳統的布線方式（一對一布線）97-對于復雜的控制系統，若采用傳統布線方式（一對圖1-26鍵盤與計算機主機之間采用數據總線技術進行信息傳輸98-圖1-26鍵盤與計算機主機之間采用數據總線技術進行信息數據總線數據總線是模塊間運行數據的通道，即所謂的信息高速公路。數據總線可以實現在一條數據線上傳遞的信號可以被多個系統（控制單元）共享，從而最大限度地提高系統整體效率，充分利用有限的資源。如果系統可以發送和接收數據，則這樣的數據總線就稱之為雙向數據總線99-數據總線數據總線是模塊間運行數據的通道，即所謂的信息高速公將計算機領域的數據總線技術引入到汽車電氣系統中，同樣可以在大大簡化汽車電路的同時，傳遞豐富的信息。圖1-27采用數據總線技術在兩個控制單元之間進行信息傳輸如圖1-27所示，采用數據總線技術在兩個控制單元之間進行信息傳輸，可以有效較少數據傳輸線的數量。100-將計算機領域的數據總線技術引入到汽車電氣系統圖1-28為在具有3個控制單元的系統中采用CAN數據總線進行信息傳輸的示意圖，相應地，汽車內部的線束連接也變得簡潔、清晰（圖1-29），不再是一團亂麻。圖1-28在具有3個控制單元的系統中采用CAN數據總線進行信息傳輸圖1-29汽車內部的電線（線束）數量（裝備3個電子控制單元）101-圖1-28為在具有3個控制單元的系統中采用C下面，以寶來（BORA）汽車的駕駛員側車門控制單元為例，進一步說明這一問題。圖1-30采用傳統的布線方式（9個線束插接器，共45根電線）102-下面，以寶來（BORA）汽車的駕駛員側車門控制單元為例，進一圖1-31采用數據總線進行信息傳輸（只需2個線束插接器，17根電線）103-圖1-31采用數據總線進行信息傳輸（只需2個線束插接器，3.采用汽車網絡技術的優點①減輕整車自重。減少電線用量，耗銅量下降，整車自重得以降低。同時，全車線束變細，也為安裝其它新的部件預留了空間。②降低生產成本。除了電線用量減少、耗銅量下降帶來的成本降低之外，網絡技術所秉持的“信息共享、一線多能”也充分發揮了每一條電線的作用，現實了“物盡其用”。③提高工作可靠性。電線數量的減少，也使汽車電氣系統的線束插接器數量大大減少，由線束和插接器引發的斷路、短路、接觸不良等故障的發生率也大大降低，整車電氣系統的工作可靠性得以提高。④便于后續開發。采用開放式的汽車網絡技術，為后續技術的開發留有充分的余地。以后，隨著技術的不斷進步，新的電子控制系統可以很方便地融入到已有的系統之中，而不必對現有系統作太大的改動。104-3.采用汽車網絡技術的優點①減輕整車自重。減少電線用量，耗同時，也便于實現控制器與執行器的就近安裝，甚至采用控制器與執行器的一體化安裝，進一步節省了安裝空間，提高了控制的實時性和控制精度，從而實現了良性循環。圖1-32大眾開迪（Caddy）、邁騰（Magotan）汽車的整體式ESPECU105-同時，也便于實現控制器與執行器的就近安裝，甚1.2.2現場總線與汽車網絡

現場總線（Fieldbus）是一種工業數據通信總線，主要用于自動化控制（如鋼鐵冶金、啤酒釀造，以解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。目前汽車上廣泛使用的控制局域網絡（ControllerAreaNetwork，CAN）就可以歸為現場總線類網絡，但同時又有自身的一些特點。汽車網絡系統不僅有CAN總線和LIN總線這樣的控制網絡，還有多媒體影音娛樂信息網絡，如MOST、DDB等。目前，汽車電子系統控制中應用最廣泛的是CAN總線。1.現場總線106-1.2.2現場總線與汽車網絡現場總線（F2.現場總線的組成現場總線由兩大部分組成，即數據傳輸線和節點。在總線系統中節點包括控制單元和總線輔助設備，控制單元由控制器、濾波器、收發器、兩個數據傳輸終端組成。控制單元在硬件上多了專門的總線接口裝置（如CAN總線接口），并有相應的軟件即通信標準的支持。圖1-34現場總線中的控制單元107-2.現場總線的組成現場總線由兩大部分組成，即數據

在大眾速騰（SAGITAR）汽車的電源管理系統中，J519作為中央電器控制網絡系統的一個節點，可以實現電源管理、車外燈控制、車內燈控制、儀表照明及光亮度調整、轉向信號控制、接線柱控制、前/后風擋玻璃的雨刷控制、燃油泵電源接通、發電機勵磁、后風窗加熱等十幾種功能，控制功能十分豐富。

圖1-36中央電器控制單元J519作為中央電器控制網絡系統的一個節點存在J519—中央電器控制單元；J527—轉向柱控制單元108-在大眾速騰（SAGITAR）汽車的電源管理系統5.現場總線的優點①經濟性；②可靠性；③可控性；④綜合性；⑤互換性；⑥開放性。109-5.現場總線的優點①經濟性；②可靠性；③可控性；431.2.2車載網絡系統在汽車上的應用車載網絡系統在汽車上的應用非常多，按照應用系統加以劃分的話，車用網絡大致可以分為4個系統：動力傳動系統車身系統安全系統信息系統。110-1.2.2車載網絡系統在汽車上的應用動力傳動系統44-1．動力傳動系統動力CAN數據總線連接3塊電腦，它們是發動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數據總線可以連接安全氣囊、四輪驅動與組合儀表等電腦）。總線可以同時傳遞10組數據，發動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組、自動變速器電腦2組。數據總線以500kbit/s速率傳遞數據，每一數據組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7ms～20ms發送一次數據。優先權順序為ABS/EDL電控單元、發動機電控單元、自動變速器電控單元。111-1．動力傳動系統動力CAN數據總線連接3塊電腦，它們是發動2．車身系統與動力傳動系統相比，汽車上的各處都配置有車身系統的部件，線束長，容易受到干擾。舒適CAN數據總線連接5個控制單元（包括中央控制單元及4個車門的控制單元），有5個功能：中央門鎖、電動窗、照明開關、后視鏡加熱及自診斷功能。3．安全系統安全系統是指根據多個傳感器的信息使安全氣囊啟動等的控制系統。由此使用的節點數將急劇地增加。對此系統的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。4．信息（娛樂、ITS）系統對信息系統通信總線的要求是容量大、通信速度非常高。112-2．車身系統46-1.2.3汽車網絡的分類1.按網絡拓撲結構分類網絡的拓撲結構（TopologicalStructure）是指網上計算機或設備與信息傳輸介質形成的節點與數據傳輸線的物理構成模式。汽車網絡的拓撲結構主要有線形結構、星形結構、環形結構等幾種。1）線形拓撲結構線形拓撲結構是一種信道共享的物理結構。這種結構中總線具有信息的雙向傳輸功能，普遍用于控制器局域網的連接，總線一般采用同軸電纜或雙絞線。113-1.2.3汽車網絡的分類1.按網絡拓撲結構分類1）總線形拓撲結構總線形拓撲結構是一種信道共享的物理結構。這種結構中總線具有信息的雙向傳輸功能，普遍用于控制器局域網的連接，總線一般采用同軸電纜或雙絞線。圖1-38線形拓撲結構CAN總線、FlexRay總線114-1）總線形拓撲結構總線形拓撲結構是一種信道共享2）星形拓撲結構星形拓撲結構是一種以中央節點為中心，把若干外圍節點連接起來的輻射式互聯結構。這種結構適用于局域網。圖1-39星形拓撲結構BMWX5的懸架系統采用FlexRay115-2）星形拓撲結構星形拓撲結構是一種以中央節點為3）環形拓撲結構環形拓撲結構由各節點首尾相連形成一個閉合環形線路。環形網絡中的信息傳送是單向的，即沿一個方向從一個節點傳到另一個節點；每個節點需安裝中繼器，以接收、放大、發送信號。圖1-40環形拓撲結構116-3）環形拓撲結構環形拓撲結構由各節點首尾相連形圖1-41BMW車系影音娛樂系統的MOST總線采用環形拓撲結構117-圖1-41BMW車系影音娛樂系統的MOST總線采用環形拓3.按信息傳輸速度分為方便研究和設計應用，美國汽車工程師學會（SAE）的汽車網絡委員會按照系統的復雜程度、傳輸流量、傳輸速度、傳輸可靠性、動作響應時間等參量，將汽車數據傳輸網絡劃分為A、B、C、D、E五類。118-3.按信息傳輸速度分為方便研究和設計應用，美

A類網絡是面向傳感器/執行器控制的低速網絡，數據傳輸位速率通常小于10kbit/s，主要用于車外后視鏡調整，電動車窗、燈光照明等控制；

B類網絡是面向獨立模塊間數據共享的中速網絡，位速率在10~125kbit/s之間，主要應用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統；

C類網絡是面向高速、實時閉環控制的多路傳輸網絡，位速率在125kbit/s~1Mbit/s之間，主要用于牽引力控制、發動機控制、ABS、ESP等系統。

D類網絡是智能數據總線IDB（IntelligentDataBUS）網絡，主要面向影音娛樂信息、多媒體系統，其位速率在250kbit/s~100Mbit/s之間。按照SAE的分類，IDB-C為低速網絡，IDB-M為高速網絡，IDB-Wireless為無線通信網絡。

E類網絡是面向汽車被動安全系統（安全氣囊）的網絡，其位速率為10Mbit/s。119-A類網絡是面向傳感器/執行器控制的低速網絡，1）A類網絡系統的應用汽車防盜報警系統是典型的A類網絡系統（LIN總線系統）應用實例。圖1-43汽車防盜報警A類網絡系統（LIN總線系統）120-1）A類網絡系統的應用汽車防盜報警系統是典型的2）B類網絡系統的應用當大量共享數據需要在車內各個控制單元間進行交換時，A類網絡系統不再勝任，可采用B類網絡系統。圖1-44基于CAN總線的B類網絡系統121-2）B類網絡系統的應用當大量共享數據需要在車內3）A、B兩類網絡系統的組合應用通常將A類網絡通過車身計算機（網關）連接到CAN總線組成的B類網絡中，使得該A類網絡系統成為CAN總線的一個節點，這樣無需在各傳感器／執行器部件安裝CAN控制器件，就能使得信號在CAN總線上傳輸，有效地利用了A類網絡低成本的優點。圖