1、二 汽車總線系統(tǒng)概述,2.1為什么要采用總線技術(shù) 2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成 2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理 2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,2.1為什么要采用總線技術(shù),2.1.1系統(tǒng)的必要性 1.電控系統(tǒng)的引入顯著提高了車輛的綜合性能 自20世紀(jì)50年代汽車技術(shù)與電子技術(shù)開始結(jié)合以來(lái)，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。汽車電控系統(tǒng)極大地提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性，這些汽車電子技術(shù)在汽車工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，能夠很好地解決全球范圍的汽車尾氣排放環(huán)保問(wèn)題和能源危機(jī)問(wèn)題。 2.電控元件的不斷增加使得線束不斷增加和龐大 隨著電子技術(shù)的普遍應(yīng)用，車輛

2、控制單元的數(shù)目不斷增多，相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器不斷增多，車上的線路也越來(lái)越復(fù)雜。線束長(zhǎng)度的飛速增加，使線束變得越來(lái)越龐大，見圖2-1。,下一頁(yè),返回,2.1為什么要采用總線技術(shù),2. 1. 2采用總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 1.減輕整車重量 減少線束，部分線束變細(xì)，節(jié)省其他空間，單個(gè)線束所承載的功能增加。 2.節(jié)約成本 線束減少，傳感器共享，可以實(shí)現(xiàn)控制器和執(zhí)行器的就近連接原則。 3.質(zhì)量可靠 插頭減少，故障率減少，質(zhì)量更可靠 4.減少裝配時(shí)間 減少了裝配步驟(比如:裝配奧迪A6轎車時(shí)，方向盤模塊減少,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.1為什么要采用總線技術(shù),5個(gè)，安裝步驟減少2個(gè)) 5.增大開發(fā)余地 各控制器可以

3、把整車功能相對(duì)隨意地分擔(dān)，新的功能和新技術(shù)可以通過(guò)軟件進(jìn)行更新。 2. 1. 3總線技術(shù)的發(fā)展 1983年，豐田汽車公司在世紀(jì)牌汽車上最早采用了應(yīng)用光纜的車門控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接通信。 1986-1989年間，在車身系統(tǒng)上裝配了銅線的網(wǎng)絡(luò)。 GM公司的車燈控制系統(tǒng)已經(jīng)處于批量生產(chǎn)的階段。 1983年Robert Bosch公司開始開發(fā)汽車總線系統(tǒng)，德國(guó)的Wolfhard Lawrenz教授給這種新總線命名為,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.1為什么要采用總線技術(shù),Controller Area Network，簡(jiǎn)稱為CAN總線。 1986年，在底特律汽車工程協(xié)會(huì)上，由Bosch公司研發(fā)的C

4、AN總線系統(tǒng)通信方案獲得認(rèn)可。 1987年，Intel公司開發(fā)出了第一枚CAN的芯片82526。Philips公司很快也推82C200。 1993年11月，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織公布了CAN協(xié)議的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS011898以及IS011519。 1992年，奔馳公司作為第一個(gè)采用CAN總線技術(shù)的公司，將CAN總線系統(tǒng)裝配在客車上。 為了實(shí)現(xiàn)音響系統(tǒng)的數(shù)字化，建立了將音頻數(shù)據(jù)與信號(hào)系統(tǒng)綜合在一起的AV網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)檫@種網(wǎng)絡(luò)需要將大容量的數(shù)據(jù)連,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.1為什么要采用總線技術(shù),續(xù)地輸出，因此，在這種網(wǎng)絡(luò)上將采用光纜。 主要車載網(wǎng)絡(luò)的名稱、概要、通信速度與組織、推動(dòng)單位，見表2-1。 車上網(wǎng)絡(luò)的

5、應(yīng)用不僅涉及汽車上各電子裝置的硬件連接，網(wǎng)絡(luò)相關(guān)軟件也必然成為每個(gè)電控單元軟件中的一部分。汽車上軟件系統(tǒng)很快就會(huì)成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，它與汽車上電子系統(tǒng)的關(guān)系會(huì)逐漸發(fā)展成像現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟件與硬件系統(tǒng)的關(guān)系一樣。,上一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,2. 2. 1總線系統(tǒng)信息傳輸 總線系統(tǒng)的信息一般采用多路傳輸。所謂多路傳輸也叫時(shí)分復(fù)用技術(shù)TDM ( Time-Division Multiplexing )，是將不同的信號(hào)相互交織在不同的時(shí)間段內(nèi)，沿著同一個(gè)信道傳輸在接收端再用某種方法，將各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的信號(hào)提取出來(lái)還原成原始信號(hào)的通信技術(shù)，見圖2-2多路傳輸原理圖。 為了提高通信系統(tǒng)

6、信道的利用率，話音信號(hào)的傳輸往往采用多路復(fù)用技術(shù)通信的方式。這里所謂的多路復(fù)用通信方式，通常是指:在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多個(gè)話音信號(hào)的技術(shù)，有時(shí)也將這種技術(shù)簡(jiǎn)稱為復(fù)用技術(shù)。復(fù)用技術(shù)有多種工作方式，例如時(shí)分復(fù)用、時(shí)分多址、波分復(fù)用、頻分復(fù)用等。,下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的。抽樣定理使連續(xù)(模擬)的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替。 時(shí)分多址TDMA ( Time Division Multiple Address )多址技術(shù)就是要使眾多的客戶公用公共通信信道所采用的一種技術(shù)，是把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙(

7、無(wú)論幀或時(shí)隙都是互不重疊的)，再根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以分別在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)而不互相干擾 波分復(fù)用WDM ( Wavelength Division Multiplexing)是在同一光纖里同時(shí)傳輸不同波長(zhǎng)信號(hào)的一種技術(shù)。這種技術(shù)能有效管理和增加現(xiàn)有光纖骨干的用量。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,頻分復(fù)用若干個(gè)子頻帶FDM(Frecruency Division Multiplexing)就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成或稱子信道)，每一個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。 汽車上采

8、用的是單線或雙線時(shí)分復(fù)用多路傳輸系統(tǒng)。 2.2.2總線系統(tǒng)構(gòu)成 總線系統(tǒng)主要由控制單元、數(shù)據(jù)總線、網(wǎng)絡(luò)、架構(gòu)、通信協(xié)議、網(wǎng)關(guān)等組成 1.控制單元 控制單元(ECU，簡(jiǎn)單的如溫度傳感器和壓力傳感器，控制單元是檢測(cè)信號(hào)或進(jìn)行信號(hào)處理的電子裝置。 2.數(shù)據(jù)總線,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,數(shù)據(jù)總線(BUS)是控制單元間運(yùn)行數(shù)據(jù)傳遞的通道，即所謂的信息“高速公路”。如果一個(gè)控制單元可以通過(guò)總線發(fā)送數(shù)據(jù)，又可以從總線接收數(shù)據(jù)，則這樣的數(shù)據(jù)總線就稱之雙向數(shù)據(jù)總線。汽車上的數(shù)據(jù)總線實(shí)際是一條導(dǎo)線或兩條導(dǎo)線。高速數(shù)據(jù)總線及網(wǎng)絡(luò)容易產(chǎn)生電磁干擾，這種干擾會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)。 解決的方

9、法有:使用價(jià)格高、功能更強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的控制單元。可用雙絞線(見圖2-3，為克萊斯勒CCD系統(tǒng)采用的雙絞線數(shù)據(jù)總線)，它的數(shù)據(jù)傳遞是基于兩條線的電壓差。 數(shù)據(jù)總線的速度通常用波特率來(lái)表示，波特率是每秒千字節(jié)數(shù)(kbit/s )。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,波特(Baud ):是指每秒鐘信號(hào)的變化次數(shù)或者傳輸?shù)淖治粩?shù)，得名于一位法國(guó)工程師的名字(Jean Baudot, Bd ), CAN總線的速度最大達(dá)到1 MB/s。 并行通信中，傳輸速率是以每秒傳送多少字節(jié)(B/s)來(lái)表示，而串行通信中，傳輸速率在基波傳輸?shù)那闆r下(不加調(diào)制，以其固有的頻率傳送)以每秒鐘傳送的

10、位數(shù)(bits )即波特率來(lái)表示。 最常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率是110，300，1000，2000，2 400，4 800，9 600和19200波特。 比特率:指每秒可傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)。 通信線上所傳輸?shù)淖址麛?shù)據(jù)是按位傳送的，1個(gè)字符由若干,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,位組成。因此，每秒鐘所傳輸?shù)淖址麛?shù)即字符速率，字符速率和波特率是兩種概念。 波特率和比特率的區(qū)別: 波特率指信號(hào)每秒的變化次數(shù);比特率指每秒可傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)。 在無(wú)調(diào)制的情況下，波特率精確等于比特率。采用調(diào)相技術(shù)時(shí)，波特率不等于比特率。 在汽車總線上一般不采用調(diào)相技術(shù)，波特率精確等于比特率，但它們是兩種概

11、念。 數(shù)字信道中，比特率是數(shù)字信號(hào)的傳輸速率，它用單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的有效位數(shù)來(lái)表示。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,數(shù)據(jù)總線幅寬會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋?2位的數(shù)據(jù)傳輸量要比8位快4倍。傳輸速度快并不能說(shuō)明一切，通用公司在其新型車Brarada , Trailblazer , Envoy sport的低速OBD II總線上采用了主/從架構(gòu)。見圖2-4，是通用公司OBD II的基本結(jié)構(gòu)。 3.網(wǎng)絡(luò) 局域網(wǎng)是在一個(gè)有限區(qū)域內(nèi)連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的信息資源共享。 見圖2-5，速騰轎車的數(shù)據(jù)總線和連接到總線上的控制單元，幾條數(shù)據(jù)總線又連接到局域

12、網(wǎng)上，構(gòu)成整個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)。 4.架構(gòu),上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,架構(gòu)-信息高速公路(BUS)的配置，其輸入和輸出端規(guī)定了什么信息能進(jìn)和什么信息能出。 數(shù)據(jù)總線及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的其他重要特征包括:能一起工作的模塊數(shù)量；可打一展性，無(wú)須大的改動(dòng)就可增加新的模塊;互交信息的種類；數(shù)據(jù)傳輸速度；可靠性或容錯(cuò)性(抗故障性)及數(shù)據(jù)交換的穩(wěn)定與準(zhǔn)確性；成本的高、低；架構(gòu)的特定通信協(xié)議。 5.通信協(xié)議 通信協(xié)議猶如交通規(guī)則，包括“交通標(biāo)志”的制定方法。通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)蘊(yùn)涵喚醒訪問(wèn)和握手。喚醒訪問(wèn)就是一個(gè)給模塊的信號(hào)，這個(gè)模塊為了節(jié)電而處于休眠狀態(tài)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息

13、傳輸及總體構(gòu)成,6.網(wǎng)關(guān) 按照汽車裝配的不同控制單元對(duì)總線系統(tǒng)性能要求的不同，汽車上的總線系統(tǒng)各有不同。圖2-6為一汽邁騰轎車CAN一BUS數(shù)據(jù)總線。 (1)識(shí)別和改變不同總線網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)和速率 由于不同區(qū)域車載網(wǎng)絡(luò)的速率和識(shí)別代號(hào)不同，一個(gè)信號(hào)要從一個(gè)總線進(jìn)入到另一個(gè)總線區(qū)域，必須把它的識(shí)別信號(hào)和速率進(jìn)行改變，能夠讓另一個(gè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)接受，這個(gè)任務(wù)由網(wǎng)關(guān)(Gateway)來(lái)完成。圖2-6中，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將5個(gè)系統(tǒng)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，由于電壓和電阻配置不同，所以在CAN動(dòng)力數(shù)據(jù)總線和CAN舒適/信息數(shù)據(jù)總線之間無(wú)法進(jìn)行藕合連接。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,(2)改變信息優(yōu)先級(jí) 如

14、車輛發(fā)生相撞事故，安全氣囊控制單元會(huì)發(fā)出負(fù)加速度傳感器的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的優(yōu)先級(jí)在動(dòng)力系統(tǒng)總線中是非常高的，但轉(zhuǎn)到舒適系統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)關(guān)調(diào)低了它的優(yōu)先級(jí)，因?yàn)樗谑孢m系統(tǒng)中其功能只是打開車門和燈。 (3)網(wǎng)關(guān)可作為診斷接口 根據(jù)車輛的不同，網(wǎng)關(guān)可能安裝在組合儀表內(nèi)、車上供電控制單元內(nèi)或在自己的網(wǎng)關(guān)控制單元內(nèi)。由于通過(guò)CAN數(shù)據(jù)總線的所有信息都供網(wǎng)關(guān)使用，所以網(wǎng)關(guān)也用作診斷接口。 網(wǎng)關(guān)相當(dāng)于站臺(tái)(Gateway )，見圖2-7。 網(wǎng)關(guān)的主要任務(wù)是使兩個(gè)速度不同系統(tǒng)之間能進(jìn)行信息交換。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,2.2.3總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)TS ( Topo

15、logy Structure)是指網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的幾何結(jié)構(gòu)，即各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接的方式，一般分為星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹h(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 1.星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D2-8，以1臺(tái)中央處理器為中心，中央處理器與每臺(tái)入網(wǎng)機(jī)器有1個(gè)物理連接鏈。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信數(shù)據(jù)量較少，可以根據(jù)需要由中央處理器安排網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)或訪問(wèn)時(shí)間。缺點(diǎn)是中央處理器負(fù)載重，功能打一允困難，線路利用率低，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)容易影響中央處理器。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,目前使用的星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒磦鬏斆浇榭煞譃閮深?一類是由普通導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù)，它的傳輸速率較低，抗干擾能力較差，一般用于控

16、制精度較低的設(shè)備。 該系統(tǒng)是由1個(gè)主控單元，幾個(gè)衛(wèi)星式傳感器，幾個(gè)用于撞擊識(shí)別、座椅占用識(shí)別的傳感器以及用于激活安全氣囊、安全帶等保護(hù)系統(tǒng)的引爆執(zhí)行器組成。當(dāng)系統(tǒng)接通電源時(shí)，主控單元會(huì)分時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的電控單元，并檢測(cè)各電控單元的傳感器和執(zhí)行器是否工作正常。若某個(gè)電控單元出現(xiàn)故障，主控單元會(huì)切斷出現(xiàn)故障的電控單元電源，使其退出工作并點(diǎn)亮故障指示燈，但其他安全電控單元依然可以正常工作。對(duì)氣囊及其他安全裝置進(jìn)行引爆，以保護(hù)乘員安全。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.2總線系統(tǒng)信息傳輸及總體構(gòu)成,2.環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖2-9為奧迪A6 , A8轎車MOST總線環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所謂環(huán)形拓?fù)涫侵鸽娍貑卧ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)部

17、件連到1個(gè)環(huán)行物理鏈路中，其優(yōu)點(diǎn)是信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸實(shí)時(shí)性好、傳輸數(shù)據(jù)量大及抗干擾能力強(qiáng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只與其他兩個(gè)節(jié)點(diǎn)有物理連接。缺點(diǎn)是1個(gè)節(jié)點(diǎn)故障可能影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可靠性較差，網(wǎng)絡(luò)打一允時(shí)要重新調(diào)整整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的排序，在增加功能時(shí)需添加電控單元，相對(duì)比較復(fù)雜。 3.總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖2-10為大眾轎車總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即所有的控制單元通過(guò)分接頭接入一條載波傳輸線上。,上一頁(yè),返回,2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),2. 3. 1汽車總線系統(tǒng)的類型 為方便研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用，美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)SAE ( Society of Automotive Engineers)車輛網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)按系統(tǒng)的復(fù)雜程度、信息

18、量、必要的動(dòng)作響應(yīng)速度、可靠性要求等，將汽車數(shù)據(jù)多路傳輸網(wǎng)絡(luò)劃分為A, B, C, D, E五類。 A類是面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常小于20 kbit/s，主要用于后視鏡調(diào)整、電動(dòng)窗、燈光照明等裝置信號(hào)傳輸和控制。 B類是面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率在10-125 kbit/s，主要應(yīng)用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示,下一頁(yè),返回,2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),等系統(tǒng)。 C類是面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)，位速率在125 kbit/s-1 Mbit/s, X-by-wire。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)10 Mbit/s以上，主要用于牽引控制、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)

19、控制、ABS控制等系統(tǒng)。 D類是網(wǎng)絡(luò)智能數(shù)據(jù)總線IDB ( Intelligent Data Bus)協(xié)議，主要面向信息、多媒體系統(tǒng)等，根據(jù)SAE分類，IDB-C為低速、IDB-M為高速、IDB-Wireless為無(wú)線通信，D類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的位速率在250 kbit/s-100 Mbit/s E類網(wǎng)絡(luò)主要面向乘員的安全系統(tǒng)，應(yīng)用于車輛被動(dòng)安全性領(lǐng)域。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),而在未來(lái)的5-10年里，TTP(Time Trigger Protocol )和Flex Ray將使汽車發(fā)展成百分之百的電控系統(tǒng)，完全不需要后備機(jī)械系統(tǒng)的支持。但是，至今仍沒(méi)有一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)可以

20、完全滿足未來(lái)汽車的所有成本和性能要求。因此，汽車制造商和OEM ( Original EquipmentManufacture)商仍將繼續(xù)采用多種協(xié)議(包括LIN , CAN和MOST等)，以實(shí)現(xiàn)未來(lái)汽車上的聯(lián)網(wǎng)。 2. 3. 2 A類總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議 A類的網(wǎng)絡(luò)通信大部分采用UART ( Universal Asynchronous Reveiver Transmitter標(biāo)準(zhǔn)。 A類目前首選的標(biāo)準(zhǔn)是LIN。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),LIN的簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)一步降低汽車電子裝置的開發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)費(fèi)用。LIN采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達(dá)20 kbi

21、t/s，對(duì)于低端的大多數(shù)應(yīng)用對(duì)象來(lái)說(shuō)，這個(gè)速度是可以接受的。 在表2-2中，給出了LIN總線以及下列其他各類典型汽車總線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議特性和參數(shù)。 2. 3. 3 B類總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議 B類中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是CAN總線。 B類標(biāo)準(zhǔn)采用的是IS011898，傳輸速率在100 knit/s左右。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),2. 3. 4 C類總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議 高速總線系統(tǒng)主要用于和汽車安全相關(guān)的實(shí)時(shí)性要求比較高的汽車系統(tǒng)上。目前，隨著汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)將會(huì)使用到具有高速、實(shí)時(shí)傳輸特性的一些總線標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，包括采用時(shí)間觸發(fā)通信的X-場(chǎng)-Fire系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)和用于安全

22、氣囊控制和通信的總線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議。 1. C類總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議 在C類標(biāo)準(zhǔn)中，歐洲的汽車制造商基本上采用的都是高速通信的CAN總線標(biāo)準(zhǔn)IS011898。 IS011898針對(duì)汽車(轎車)電控單元(ECU)間，使用控制器局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建數(shù)字信息交換的相關(guān)特性進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),2.安全總線和標(biāo)準(zhǔn) 安全總線主要是用于安全氣囊系統(tǒng)，以連接減速度傳感器(碰撞傳感器)、安全傳感器等裝置，為被動(dòng)安全提供保障。 3. X-by-Wire總線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議 X-by-wire最初是用在飛機(jī)控制系統(tǒng)中，稱為線傳控制系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)在飛機(jī)控制中得到廣泛應(yīng)用。 為了提

23、供這些系統(tǒng)之間的安全通信，就需要一個(gè)高速、容錯(cuò)和時(shí)間觸發(fā)的通信協(xié)議。目前，這一類總線標(biāo)準(zhǔn)主要有TTP , Byteflight和Flex Ray。 TTP(時(shí)間觸發(fā)協(xié)議)是一種汽車自動(dòng)駕駛應(yīng)用系統(tǒng)，由維也納理工大學(xué)的H. Kopetz教授開發(fā)，是歐洲委員會(huì)資助項(xiàng)目。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),BMW公司的Byteflight可用于X-by-Wir。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信。Byteflight的特點(diǎn)是既能滿足某些高優(yōu)先級(jí)消息需要時(shí)間觸發(fā)，以保證確定延遲的要求，又能滿足某些消息需要事件觸發(fā)，需要中斷處理的要求。但其他汽車制造商目前并無(wú)意使用Byteflight，而計(jì)劃采用另

24、一種規(guī)格-Flex Ray。 4.診斷系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議 故障診斷是現(xiàn)代汽車必不可少的一項(xiàng)功能，診斷的目的主要是為了滿足OBD-II （ONBoard Diagnose）,OBD-III或E-OBD (European-On Board Diagnose)標(biāo)準(zhǔn)。 汽車的故障診斷主要是通過(guò)一種專用的診斷通信系統(tǒng)來(lái)形成一套較為獨(dú)立的診斷網(wǎng)絡(luò)，包括:IS09141,IS014230 ,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),IS015765等，這些標(biāo)準(zhǔn)是較為成熟的診斷標(biāo)準(zhǔn)，特別適用CAN總線診斷系統(tǒng)，適應(yīng)了現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)總線系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)。 2. 3. 5 D類總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議 汽車

25、多媒體網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議屬于D類總線系統(tǒng)，分為三種類型，分別是低速、高速和無(wú)線。 低速用于遠(yuǎn)程通信、診斷及通用信息傳送，IDB一C按CAN總線的格式以250 kbit/s的位速率進(jìn)行消息傳送。由于其低成本的特性，IDB一C有望成為汽車類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)之一，并已經(jīng)在OEM方式的車輛中推行。 高速主要用于實(shí)時(shí)的音頻和視頻通信，如MP3 ， DVD和CD等的播放，所使用的傳輸介質(zhì)是光纖，這一類里主要有,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.3汽車總線系統(tǒng)的類型和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),D2B ，MOST和IEEE1394。 D2B是用于汽車多媒體和通信的分布式網(wǎng)絡(luò)，通常使用光纖作為傳輸介質(zhì)，可連接CD 播放器、語(yǔ)音電控單元、電話和互聯(lián)網(wǎng)

26、。D2B技術(shù)已使用于Mercedes公司1999年款的SClass車型。Damile：-Chrysler等公司與BWM公司一樣使用MOST，作為車輛內(nèi)LAN的接口規(guī)格，用于連接車載導(dǎo)航器和無(wú)線設(shè)備等，數(shù)據(jù)傳轉(zhuǎn)速度為24 Mbit/s，其規(guī)格主要由德國(guó)Oasis Silicon System公司制訂。 在無(wú)線通信方面，采用Bluetooth規(guī)范，它主要是面向下一代汽車的應(yīng)用。如聲音系統(tǒng)、信息通信等。,上一頁(yè),返回,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,CAN是Controller Area Network控制器局域網(wǎng)絡(luò))的縮寫，含義是電控單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，CAN-BUS數(shù)據(jù)總線傳

27、輸可比作公共汽車，見圖2-11?？梢酝瑫r(shí)運(yùn)輸大量乘客，CAN-BUS數(shù)據(jù)總線包含大量的數(shù)據(jù)信息。在汽車領(lǐng)域，幾乎所有歐洲新型汽車都使用了CAN-BUS網(wǎng)絡(luò)。 2. 4. 1 CAN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) CAN-BUS數(shù)據(jù)總線包括:控制單元(CPU)、控制器（Controller）、收發(fā)器(Tranceiver )、數(shù)據(jù)傳輸終端，見圖2-12。 1.控制單元 控制單元是CAN-BUS數(shù)據(jù)總線主要計(jì)算器，將控制器傳,返回,下一頁(yè),2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,遞來(lái)的信息進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算數(shù)據(jù)傳輸給控制器。還具有故障記憶功能。 2.控制器 控制器是CAN通信的控制單元，主要作用是

28、接收來(lái)自傳感器的信號(hào)，形成要發(fā)送的指令，或?qū)⒖偩€通過(guò)接收器傳遞信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳遞給控制單元(CPU)，再將控制單元傳來(lái)信號(hào)形成發(fā)送指令通過(guò)發(fā)送器傳遞總線?；蛑苯域?qū)動(dòng)執(zhí)行元件。圖2-13為總線控制系統(tǒng)內(nèi)部原理圖。 數(shù)據(jù)傳輸總線構(gòu)件通過(guò)接收郵箱(接受信息存儲(chǔ)器)或發(fā)送郵箱(發(fā)送信息存儲(chǔ)器)與控制單元相連，該構(gòu)件一般集成在控制單元的微控制器芯片內(nèi)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,3.收發(fā)器 CAN收發(fā)器由CAN發(fā)送器(Transmitter)和接收器(Receiver)組成，其作用是將CAN控制器提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN-BUS網(wǎng)絡(luò)信號(hào)發(fā)送出去，同時(shí)，它也接收總線數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到CAN控制器。其中發(fā)送器把數(shù)

29、據(jù)傳輸總線構(gòu)件連續(xù)的比特流(邏輯電平)轉(zhuǎn)換成電壓值(線路傳輸電平)，這個(gè)電壓值適合銅導(dǎo)線上的數(shù)據(jù)傳輸。接收器則把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成連接的比特流，這種比特流適合CPU處理。 收發(fā)器通過(guò)TX線(發(fā)送導(dǎo)線)或RX線(接收導(dǎo)線)與數(shù)據(jù)傳輸總線構(gòu)件相連，見圖2-14 , RX線通過(guò)一個(gè)放大器直接與數(shù)據(jù)傳輸總線相連，始終監(jiān)控總線信號(hào)。,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,發(fā)送器的特點(diǎn)是TX線與總線的藕合，見圖2-15，這個(gè)藕合過(guò)程是通過(guò)一個(gè)斷路式集流器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，總線導(dǎo)線上就會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài): 狀態(tài)1:截止?fàn)顟B(tài)，晶體管截止(開關(guān)未閉合） 無(wú)源:總線電平=1，電阻高 狀態(tài)0

30、:接通狀態(tài)，晶體管導(dǎo)通(開關(guān)已閉合) 有源:總線電平=0，電阻低 見圖2-16,假設(shè)有三個(gè)控制器收發(fā)器藕合在一根總線導(dǎo)線上，開關(guān)未閉合表示1(無(wú)源);開關(guān)已閉合表示。(有源)。則收發(fā)器C有源，收發(fā)器A和B無(wú)源。工作過(guò)程如下: 如果某一開關(guān)已閉合，電阻上就有電流流過(guò)，于是總線,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,導(dǎo)線上的電壓就為0V。 如果所有開關(guān)均未閉合，那么就沒(méi)有電流流過(guò)，電阻上就沒(méi)有壓降，于是總線導(dǎo)線上的電壓就為5 V。 按照?qǐng)D2-16所示連接方式，三個(gè)控制器連接在CAN總線上的工作狀態(tài)，如表2-3所示。 總線系統(tǒng)中信號(hào)采用二進(jìn)制傳輸，如果總線處于狀態(tài)1(無(wú)

31、源)，那么此狀態(tài)可以由某一個(gè)控制單元使用狀態(tài)0(有源)來(lái)改寫。我們將無(wú)源的總線電平稱為隱性的，有源的總線電平稱為顯性的。實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的模型，見圖2-17和圖2-18。 總線系統(tǒng)采用二進(jìn)制傳輸，負(fù)邏輯運(yùn)算。 4.數(shù)據(jù)傳輸終端,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,一般由終端電阻組成，防止信號(hào)反射。 2.4.2數(shù)據(jù)傳輸形式和數(shù)據(jù)傳輸原理 1.數(shù)據(jù)傳輸形式 目前，在汽車上應(yīng)用的總線數(shù)據(jù)傳輸可以采用單線形式，也可以采用雙線形式。原則上數(shù)據(jù)傳輸總線用一條導(dǎo)線就足以滿足功能要求了，使用第二條導(dǎo)線傳輸信號(hào)只不過(guò)是與第一條導(dǎo)線上的傳輸信號(hào)形成鏡像關(guān)系，這樣可有效地抑制外部干擾。電

32、控單元之間的所有信息都是通過(guò)兩根數(shù)據(jù)線CAN - Low和CAN - High來(lái)傳輸?shù)模绨l(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速器控制單元之間的傳輸，見圖2-19。電控單元間進(jìn)行大量的信息交換，CAN-BUS數(shù)據(jù)總線也能完全勝任。,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.數(shù)據(jù)傳輸原理 CAN-BUS數(shù)據(jù)總線中的數(shù)據(jù)傳遞就像一個(gè)電話會(huì)議，見圖2-20。一個(gè)電話用戶(電控單元)將數(shù)據(jù)“講入”網(wǎng)絡(luò)中，其他用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)“接聽”這個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)感興趣的用戶就會(huì)利用數(shù)據(jù)，而其他用戶則選擇忽略。 3. CAN-BUS數(shù)據(jù)總線傳遞數(shù)據(jù)的格式 CAN-BUS數(shù)據(jù)總線傳遞的數(shù)據(jù)由多位構(gòu)成。在數(shù)據(jù)中

33、，位數(shù)的多少由數(shù)據(jù)域的大小決定。CAN-BUS數(shù)據(jù)總線在極短的時(shí)間里在各控制單元間傳遞的數(shù)據(jù)，見圖2-21，可將其分為開始域、狀態(tài)域、檢查域、數(shù)據(jù)域、安全域、確認(rèn)域和結(jié)束域7個(gè)部分，該數(shù)據(jù)構(gòu)成形式在兩條數(shù)據(jù)傳輸線上是一,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,開始域。標(biāo)志著數(shù)據(jù)列的開始，由1位構(gòu)成。帶有大約SV電壓(由系統(tǒng)決定)的1位被送入高位CAN線;帶有大約OV電壓的1位被送入低位CAN線 狀態(tài)域。判定數(shù)據(jù)中的優(yōu)先權(quán)，由11位構(gòu)成。如果兩個(gè)控制單元都要發(fā)送各自的數(shù)據(jù)，那么，具有較高優(yōu)先權(quán)的控制單元優(yōu)先發(fā)送。 檢查域。用于顯示在數(shù)據(jù)域中所包含的信息項(xiàng)日數(shù)，由6位構(gòu)

34、成。在本部分，允許任何接收器檢查是否已經(jīng)接收到所傳遞過(guò)來(lái)的所有信息。 數(shù)據(jù)域。傳給其他電控單元的信息，最大由64位構(gòu)成。,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,安全域。檢測(cè)傳遞數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤，由16位構(gòu)成。 確認(rèn)域。確認(rèn)域由2位構(gòu)成。在此，CAN接收器信號(hào)通知CAN發(fā)送器，確認(rèn)CAN接收器已經(jīng)收到傳輸數(shù)據(jù)。若檢查到錯(cuò)誤，CAN接收器立即通知CAN發(fā)送器，CAN發(fā)送器再重新發(fā)送一次數(shù)據(jù)。 結(jié)束域。結(jié)束域由7位構(gòu)成，標(biāo)志數(shù)據(jù)列的結(jié)束。此部分是顯示錯(cuò)誤并重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)的最后一次機(jī)會(huì)。 4.傳遞的信息 用于交換的數(shù)據(jù)稱為信息，每個(gè)控制單元均可發(fā)送和接收信息。信息是以二進(jìn)制值系

35、列(0和1)來(lái)表示，其中包含著要傳遞的物理量。,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,00010101，見圖2-22，二進(jìn)制數(shù)據(jù)流也稱為比特流。 在發(fā)送過(guò)程中，二進(jìn)制值先被轉(zhuǎn)換成連續(xù)的比特流，在接收過(guò)程中，這些電壓值經(jīng)收發(fā)器又轉(zhuǎn)換成比特流。 每個(gè)控制單元均可接收發(fā)送出的信息。人們也把該原理稱為廣播，就像一個(gè)廣播電臺(tái)發(fā)送某一節(jié)日一樣，每個(gè)連接的用戶均可接收，但收與不收由接受用戶決定。這種廣播方式可以使得連接的所有控制單元總是處于相同的信息狀態(tài)，見圖2-23和圖2-24。 2.4.3 CAN-BUS數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程 CAN-BUS數(shù)據(jù)總線并沒(méi)有指定的數(shù)據(jù)接收者，數(shù)

36、據(jù)在CAN-BUS數(shù)據(jù)總線傳輸過(guò)程中，可以被所有電控單元接收,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,和計(jì)算。CAN-BUS數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程，見圖2-25。 1.提供數(shù)據(jù) 電控單元的微處理器向CAN控制器提供需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。 2.發(fā)送數(shù)據(jù) CAN收發(fā)器接收由CAN控制器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)為CAN網(wǎng)絡(luò)電信號(hào)并發(fā)送到CAN-BUS數(shù)據(jù)總線上。 例如，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的發(fā)送過(guò)程，見圖2-26。 傳感器接收到轉(zhuǎn)速值，該值以固定的周期到達(dá)微控制器的輸入存儲(chǔ)器內(nèi)。由于該轉(zhuǎn)速值還用于其他控制單元，如組合儀表，所以該值應(yīng)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸總線來(lái)傳遞。,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳

37、輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,該轉(zhuǎn)速值被復(fù)制到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的發(fā)送存儲(chǔ)器內(nèi)。 該信息從發(fā)送存儲(chǔ)器進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸總線構(gòu)件發(fā)送郵箱內(nèi)。如果發(fā)送郵箱內(nèi)有一個(gè)實(shí)時(shí)值，那么該值會(huì)由發(fā)送特征位(舉起的小旗示意有傳輸任務(wù))顯示出來(lái)，將發(fā)送任務(wù)委托給數(shù)據(jù)傳輸總線構(gòu)件，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元就完成了此過(guò)程中的任務(wù)。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值按協(xié)議被轉(zhuǎn)換成圖2-21數(shù)據(jù)傳輸總線的特殊格式。 數(shù)據(jù)傳輸總線構(gòu)件通過(guò)RX線來(lái)檢查總線是否有源(是否正在交換別的信息)，必要時(shí)會(huì)等待，直至總線空閑下來(lái)為止，見圖2-27如果總線空閑，發(fā)動(dòng)機(jī)信息就會(huì)被發(fā)送出去。 3.接收數(shù)據(jù),2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,所有與

38、CAN-BUS數(shù)據(jù)總線一起構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的電控單元轉(zhuǎn)為接收器，從CAN-BUS數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)。 信息接收過(guò)程分為兩步，見圖2-28。 第一步:檢查信息是否正確(在監(jiān)控層)。 第二步:檢查信息是否可用(在接受層)。 (1)信息接收 連接的所有裝置都接收發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元發(fā)送的信息，該信息是通過(guò)RX線到達(dá)數(shù)據(jù)傳輸總線構(gòu)件各自的接收區(qū)。 (2)信息校驗(yàn) 接收器接收發(fā)動(dòng)機(jī)的所有信息，并且在相應(yīng)的監(jiān)控層檢查這些信息是否正確。這樣就可以識(shí)別出在某種情況下某一,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,控制單元上出現(xiàn)的局部故障。 (3)信息接受 已接收到正確信息會(huì)到達(dá)相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸總線構(gòu)件

39、的接受區(qū)，在那里來(lái)決定該信息是否用于完成各控制單元的功能。如果不是，該信息就被拒收。如果是，該信息就會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的接收郵箱。控制單元根據(jù)接受信號(hào)(升起“接受小旗”)就會(huì)知道:現(xiàn)在有一個(gè)信息(如轉(zhuǎn)速)在排隊(duì)等待處理，見圖2-29。 組合儀表調(diào)出該信息并將相應(yīng)值復(fù)制到它的輸入存儲(chǔ)器內(nèi)，至此，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸總線構(gòu)件發(fā)送和接收信息的過(guò)程結(jié)束。在組合儀表內(nèi)，轉(zhuǎn)速經(jīng)微控制器處理后控制轉(zhuǎn)速表顯示相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2. 4. 4 CAN總線的傳輸仲裁 如果多個(gè)電控單元要同時(shí)發(fā)送各自的數(shù)據(jù)列，那么數(shù)據(jù)總線上就必然會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。為了避免發(fā)生這種情況，C

40、AN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)就必須決定哪個(gè)控制單元的數(shù)據(jù)列首先進(jìn)行發(fā)送，總線采用傳輸仲裁，原則是:具有最高優(yōu)先權(quán)的數(shù)據(jù)首先發(fā)送?？刂茊卧侨绾螌?shí)現(xiàn)仲裁的呢？ 每個(gè)控制單元在發(fā)送信息時(shí)，通過(guò)發(fā)送標(biāo)識(shí)符來(lái)識(shí)別優(yōu)先級(jí)。 所有的控制單元都是通過(guò)各自的RX線來(lái)跟蹤總線上的一舉一動(dòng)并獲知總線的狀態(tài)。 每個(gè)發(fā)射器將TX線和RX線的狀態(tài)逐位進(jìn)行比較。,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,數(shù)據(jù)傳輸總線的調(diào)整規(guī)則:用標(biāo)識(shí)符中位于前部的“0”的個(gè)數(shù)代表信息的重要程度，“0”的位數(shù)越多越優(yōu)先，從而保證按重要程度的順序來(lái)發(fā)送信息。 例如，由ABS/EDL電控單元提供的數(shù)據(jù)比自動(dòng)變速器控制單元

41、提供的數(shù)據(jù)(駕駛舒適)更重要，因此具有優(yōu)先權(quán)。數(shù)據(jù)列的狀態(tài)域是由11位組成的編碼，其數(shù)據(jù)的組合形式?jīng)Q定了數(shù)據(jù)的優(yōu)先權(quán)，見圖2-30。 表2-4是3組不同數(shù)據(jù)列的優(yōu)先權(quán)。例如，見圖2-31，在數(shù)據(jù)列的狀態(tài)域位1, ABS/EDL控制單元發(fā)送了1個(gè)高電位，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元也發(fā)送了1個(gè)高電位，自動(dòng)變速器控制單元發(fā)送了1個(gè)低電位而檢測(cè)到1個(gè)高電位，那么自動(dòng)變速器控制,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,單元將失去優(yōu)先權(quán)而轉(zhuǎn)為接收器。在數(shù)據(jù)列的狀態(tài)域位2, ABS/EDL控制單元發(fā)送了1個(gè)高電位，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元發(fā)送了1個(gè)低電位并檢測(cè)到1個(gè)高電位，那么，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元也失去優(yōu)

42、先權(quán)而轉(zhuǎn)為接收器。在數(shù)據(jù)列的狀態(tài)域位3, ABS/EDL控制單元擁有最高優(yōu)先權(quán)并接收分配的數(shù)據(jù)，該優(yōu)先權(quán)保證其持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)直至發(fā)送終了，ABS/EDL控制單元結(jié)束發(fā)送數(shù)據(jù)后，其他控制單元再發(fā)送各自的數(shù)據(jù)。,2.4 CAN-BUS總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳輸原理,上一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,2. 5. 1光纖網(wǎng)絡(luò)的類型及工作原理 在數(shù)據(jù)通信技術(shù)中，光纖網(wǎng)絡(luò)近年來(lái)在高檔轎車中已經(jīng)成為被使用較多的一種新型網(wǎng)絡(luò)。光學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)目前的成本已與電路系統(tǒng)不相上下，且今后還有望變得更低，加之它的傳輸速率高、傳輸數(shù)據(jù)量大、信號(hào)衰減小、不易受外界干擾、耐腐蝕及靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此光學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展方向，也

43、是汽車線束的發(fā)展方向。 1.光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的類型 光學(xué)網(wǎng)絡(luò)可分無(wú)源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)和有源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)兩類。無(wú)源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)是由光纖和光電藕合器構(gòu)成的;有源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)除了光纖和光電藕合器以外，還增加了光中繼器和光放大器以增強(qiáng)光信,下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,號(hào)，這種情況在有些光路損耗較大的應(yīng)用場(chǎng)合是必要的。 光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中光纖傳輸信息的方法有時(shí)分復(fù)用(TDM )、波分復(fù)用(WDM)和頻分復(fù)用(FDM)三種。傳輸信息用的光纖有塑料和玻璃纖維兩種，塑料光纖較為便宜和便于應(yīng)用，在汽車中應(yīng)用較廣泛。 2.無(wú)源光學(xué)星形網(wǎng)絡(luò)的基本組成及工作原理 汽車無(wú)源光學(xué)星形網(wǎng)絡(luò)主要由光源、光發(fā)送器(光二極管LE D）、在節(jié)點(diǎn)上的光接收器、光

44、纖4部分組成。 (1)光電藕合器的類型、結(jié)構(gòu)及工作原理 光源和光接收機(jī)合在一起也稱光電藕合器。光電藕合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的電子元件，它既可以實(shí)現(xiàn)元件的輸入,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,端和輸出端之間的電信號(hào)傳輸，又能將輸入端與輸出端相隔離。其主要用途是在信號(hào)傳輸中起到隔離作用，在光網(wǎng)絡(luò)中起到信號(hào)轉(zhuǎn)換作用。 光電藕合器種類很多，按其結(jié)構(gòu)不同，可分為光敏電阻型、達(dá)林頓型、光電二極管型及光電三極管型等;按其輸出特性不同，可分為開關(guān)輸出型、線性輸出型、高速輸出型及組合封裝型等。最常用是光電二極管型及光電三極管型，光電藕合器在電路圖中的圖形符號(hào)，如圖2-32所示。 光電藕合器內(nèi)部的主

45、要結(jié)構(gòu)是由一只發(fā)光二極管(光源)和一只光敏器件(光接收機(jī))組成，其工作原理如圖2-33所示(以常見的光電三極管型為例)。在輸入端上加上電壓U時(shí)，電流,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,I，流過(guò)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)光。光電三極管在接收到光后飽和，產(chǎn)生光電流I2，從而實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)的傳輸。在高檔轎車的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)光二極管與光電三極管不在同一模塊里，中間的光傳播媒介是光纖，如圖2-34所示。 (2)光源 目，在汽車光學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中普遍采用的光源為發(fā)光二極管及小功率半導(dǎo)體激光器。發(fā)光二極管有兩種:面發(fā)射型發(fā)光二極管和邊發(fā)射型發(fā)光二極管。 設(shè)備中，從而保證發(fā)射信號(hào)的穩(wěn)定性。半導(dǎo)體激光器可以替代

46、發(fā)光二極管，因?yàn)樗泻苄〉陌l(fā)光面，一般直徑不超過(guò)幾微米，這就意味著大量的發(fā)射光可以被直接傳送到光纖中，,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,見圖2-35，其中面發(fā)射型發(fā)光二極管發(fā)射模式最寬，然后是邊發(fā)射型發(fā)光二極管，半導(dǎo)體激光器的發(fā)射模式最窄。 (3)光接收機(jī) 在光網(wǎng)絡(luò)中，接收設(shè)備任務(wù)是獲得傳輸光信號(hào)，然后把它轉(zhuǎn)化為可以被終端設(shè)備處理的電信號(hào)和用來(lái)重建原始傳輸解調(diào)信號(hào)。光接收機(jī)一般采用的是半導(dǎo)體型，如圖2-36所示。典型的光敏半導(dǎo)體是以硅為基底并由3個(gè)功能層組成:負(fù)區(qū)、正區(qū)和結(jié)區(qū)。光接收機(jī)是反向偏壓的，這是因?yàn)橥饧与娮枳柚沽素?fù)電荷(電子)和正電荷(空穴)向中心結(jié)區(qū)遷移，也阻止了電流從半導(dǎo)

47、體中的一個(gè)有源層流向另一個(gè)有源層，如圖2-36(a)所示。當(dāng)特定波長(zhǎng)的光照射到對(duì)光敏感的結(jié)區(qū)上時(shí)，,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,如圖2-36 (b)所示，情況就會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)將在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，從而產(chǎn)生了與光照射到結(jié)區(qū)的光強(qiáng)成正比的電流。 光接收機(jī)的種類很多，但在現(xiàn)代汽車光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中通常使用光接收機(jī)主要有兩種:普通光電二極管型和雪崩光電二極管型。 如圖2-37所示，普通光電二極管包含一個(gè)PN過(guò)渡層，它能被光線射透，隔離層位于被強(qiáng)烈摻質(zhì)的P層下并幾乎融入N層中。在P層上有一個(gè)接觸環(huán)(陽(yáng)極)，N層安置在金屬底板上(陰極)。光線或紅外線滲入PN節(jié)過(guò)渡層中，通過(guò)它的能量形成空閑電子和

48、小孔，它們通過(guò)PN過(guò)渡層形成電流，照射到光電二極管的光線越多，經(jīng)過(guò)光電二極管的電流越強(qiáng)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,2. 5. 2光纖的結(jié)構(gòu)及光波的傳輸 光纖的任務(wù)是將在控制單元發(fā)射機(jī)內(nèi)生成的光波導(dǎo)向其他的控制單元接收機(jī)，如圖2-38所示。光纖由幾層材料組成，如圖2-39所示。 1.光纖中光波的傳輸 筆直的光纖。光纖以直線方式在內(nèi)芯線中傳導(dǎo)部分光波，如圖2-40所示。大多數(shù)光波被以Z形圖案?jìng)魉?，其結(jié)果在內(nèi)芯線的表面產(chǎn)生了全反射。 彎曲的光纖。發(fā)生在內(nèi)芯線覆蓋層邊緣的全反射使得光波被反射，從而被傳導(dǎo)通過(guò)彎曲處，如圖2-41所示。 全反射。如果一束光線以較小的角度撞擊在折射率分別較

49、,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,高和較低材料之間的邊界層上，光束就會(huì)被完全地反射。在一根光纖中，內(nèi)芯線的折射率比它的覆蓋層高，因此內(nèi)芯線的內(nèi)部會(huì)發(fā)生全反射。這一作用取決于從內(nèi)部撞擊邊界的光波的角度。如果這個(gè)角度太陡峭，光波就離開內(nèi)芯線并產(chǎn)生很高的損耗。如果光纖被過(guò)度彎曲或扭絞，就會(huì)發(fā)生這種情況，如圖2-42所示，故光纖彎曲半徑絕不能小于25 mm。 2.光學(xué)端面 為了最大限度地減小傳送損失，光纖的端面必須光滑、垂直和清潔。只有使用專用的切割工具才能達(dá)到上述要求。切割面上的污垢和剮痕會(huì)產(chǎn)生很高的損耗(衰減)。光學(xué)端面過(guò)內(nèi)芯線的端面，光被傳送到控制單元中的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)。在,上一頁(yè),下

50、一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,生產(chǎn)過(guò)程中，光纖上被安裝了激光焊接的塑料套圈或壓接式的黃銅套圈，因此它能夠被固定在插頭外殼中的正確位置。 3.光纖總線中的衰減 光纖狀態(tài)的評(píng)定包括測(cè)量它的衰減度。傳送過(guò)程中發(fā)生的光波的功率下降被稱為衰減，如圖2-43所示。光纖內(nèi)光脈沖的發(fā)生距離越大，衰減就越大，衰減量不允許超過(guò)某個(gè)規(guī)定值，否則相應(yīng)控制單元內(nèi)接收機(jī)將無(wú)法再處理這個(gè)光脈沖。衰減率(A)用分貝(dB )表示。分貝并不是一個(gè)絕對(duì)數(shù)量，而是代表兩個(gè)數(shù)值之比。衰減率越高，信號(hào)傳送就越差。 4.光學(xué)數(shù)據(jù)總線中衰減增加的原因 如圖2-44所示，光學(xué)數(shù)據(jù)總線中衰減增加的原因主要有,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖

51、網(wǎng)絡(luò)傳輸,以下幾個(gè)方面: 光纖彎曲半徑太小。光纖彎曲半徑小于25 mm(扭絞)，使得內(nèi)芯線在彎曲點(diǎn)生出陰影(與彎曲的有機(jī)玻璃相比較)，在光纖與包層之間的分界面上會(huì)導(dǎo)致光束的人射角大，光束不再被反射，如圖2-45(a)所示。必須更換光纖，如圖2-46所示，通過(guò)安裝防扭絞管套(波紋管)，可保證在鋪設(shè)光纖時(shí)的最小半徑為25 mm。 光纖的覆蓋層損壞，或者有磨痕。與銅導(dǎo)線不同是光纖磨壞時(shí)不會(huì)造成短路，但會(huì)導(dǎo)致光線損失或者外部光線射入，如圖2-45 (b)所示，系統(tǒng)受到干擾或完全失靈。 端面刮傷。如圖2-45（c）所示，端面刮傷使射到其上的,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,光束發(fā)生散射，導(dǎo)致到

52、達(dá)接收機(jī)的光量減少。 端面變臟。如圖2-45 (d)所示，端面變臟阻止光束通過(guò)，導(dǎo)致衰減增大。 端面移位(插頭外殼破裂)。 端面不成直線(角度誤差)。 光導(dǎo)纖維的端面和控制單元的接觸面之間有縫隙(插頭外殼破裂或未嚙合)。 套圈未正確地壓接。 光纖對(duì)折。裝配時(shí)絕對(duì)不允許將光纖對(duì)折，這樣會(huì)損壞包層和光纖，如圖2-45（e）所示。光線將在對(duì)折位置處出現(xiàn),上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,局部散射，從而造成信息傳輸速度降低。 光纖過(guò)度延伸(受拉)。如圖2-45 (f)所示，光纖受拉后芯線伸長(zhǎng)，光纖橫斷面減小，導(dǎo)致光線的通過(guò)能力減小，增大衰減 光纖有壓痕。由于壓力可以使導(dǎo)光的橫斷面永久變形，如果

53、光纖出現(xiàn)任何壓痕，將使光纖喪失光線傳輸能力，如圖2- 45(g)所示。因?yàn)檫^(guò)緊的導(dǎo)線扎帶提高了作用在光纖上的橫向力，所以也會(huì)在光纖上形成壓痕。 光纖過(guò)熱 5.處理光纖及其部件的規(guī)則 絕不可對(duì)其進(jìn)行熱加工或采用如焊錫、熱壓焊和焊接的修,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,2.5光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸,理方法。 絕不可使用化學(xué)的和機(jī)械的方法，例如:鉆結(jié)和連接。 絕不可把兩根光纖的導(dǎo)線或一根光纖的導(dǎo)線與一根銅線絞合在一起。 避免覆蓋層的損壞。例如:鉆孔、切割或擠壓。在汽車中進(jìn)行安裝時(shí)，不要站在覆蓋層上或把物體放在覆蓋層上。 避免污染端面。例如:液體、灰塵或其他介質(zhì)。只有在進(jìn)行連接或測(cè)試時(shí)，才可以極其小心取下規(guī)定的保護(hù)性罩蓋。