第六章 汽車總線及車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1能夠理解CAN總線的原理，熟悉CAN總線在汽車中的應(yīng)用2能夠理解LIN總線的原理，熟悉LIN總線在汽車中的應(yīng)用3能夠理解FlexRay總線的原理，熟悉CAN總線在汽車中的應(yīng)用4能夠理解MOST總線的原理，熟悉MOST總線在汽車中的應(yīng)用5能夠理解車載以太網(wǎng)的主要技術(shù)，熟悉車載以太網(wǎng)的應(yīng)用本章小結(jié)本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)你已經(jīng)達(dá)成了嗎？請(qǐng)通過(guò)思考以下問(wèn)題的答案進(jìn)行結(jié)果檢驗(yàn)。序號(hào)問(wèn)題自檢結(jié)果1汽車總線相對(duì)傳統(tǒng)布線有何優(yōu)勢(shì)？傳統(tǒng)的布線方式會(huì)帶來(lái)布線復(fù)雜、占用空間、成本提高、可靠性和可維修性降低等諸多問(wèn)題?？偩€技術(shù)。采用汽車CAN總線技術(shù)可以將汽車電控系統(tǒng)之間的通信線束大大減少，從而節(jié)省了空間、降低了成本，實(shí)現(xiàn)了資源共享，提高了系統(tǒng)工作可靠性和可維修性。2說(shuō)明汽車總線分類、典型總線和應(yīng)用場(chǎng)合分類：美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)的汽車網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)按照協(xié)議特性分為A、B、C、D四類。典型總線：主要包括CANBus、LINBus、FlexRay總線和MOST四種總線。應(yīng)用場(chǎng)合：1）A類網(wǎng)絡(luò)是面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，是應(yīng)用在控制模塊與智能傳感器或智能執(zhí)行器之間的通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于車外后視鏡調(diào)整、電動(dòng)車窗、燈光照明、智能刮水器等控制；2）B類網(wǎng)絡(luò)是面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)；3）C類網(wǎng)絡(luò)是面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于牽引力控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、ABS、ESP等系統(tǒng)；4）D類網(wǎng)絡(luò)是面向多媒體信息的高速傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于車載視頻、車載音響、車載電話、導(dǎo)航等影音信息娛樂(lè)系統(tǒng)；5）E類網(wǎng)絡(luò)是面向汽車被動(dòng)安全系統(tǒng)的高速、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，用于車輛被動(dòng)性安全領(lǐng)域。3說(shuō)明CAN節(jié)點(diǎn)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的流程和從總線上接收數(shù)據(jù)的流程節(jié)點(diǎn)1的微控制器1對(duì)傳感器1進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后將傳感器1對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)附加一個(gè)數(shù)據(jù)ID號(hào)發(fā)送給CAN控制器1，CAN控制器1對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，然后將數(shù)據(jù)包發(fā)送給CAN收發(fā)器1，CAN收發(fā)器1再將其數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的CAN總線電壓信號(hào)，從而完成數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程；當(dāng)節(jié)點(diǎn)n從CAN總線上接收到電壓信號(hào)后，首先由CAN收發(fā)器n將總線電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，然后將其數(shù)字信號(hào)發(fā)送給CAN控制器n；CAN控制器n首先對(duì)其收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行“驗(yàn)收濾波”，判斷收到的信號(hào)是否是自身節(jié)點(diǎn)需要的數(shù)據(jù)，若是，則接受此數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行解包，為節(jié)點(diǎn)n的微控制器n提供有效數(shù)據(jù)（節(jié)點(diǎn)1的傳感器信號(hào)），微控制器n可根據(jù)節(jié)點(diǎn)1的傳感器信號(hào)控制執(zhí)行器n動(dòng)作；否則，節(jié)點(diǎn)n放棄此次收到的CAN數(shù)據(jù)。4CAN總線是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)仲裁的？1）CAN總線的多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的結(jié)果是多個(gè)數(shù)據(jù)的“邏輯與”值。2）CAN收發(fā)器具有“邊說(shuō)邊聽”功能，即節(jié)點(diǎn)向CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)也能監(jiān)聽到總線上的數(shù)據(jù)。5CAN總線是如何實(shí)現(xiàn)驗(yàn)收濾波的？每個(gè)節(jié)點(diǎn)的CAN控制器中都有兩個(gè)寄存器：驗(yàn)收代碼寄存器和驗(yàn)收屏蔽寄存器。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)收屏蔽寄存器設(shè)置為“有關(guān)”時(shí)，則該節(jié)點(diǎn)只能接受數(shù)據(jù)ID號(hào)與自身驗(yàn)收代碼寄存器內(nèi)容完全相同的數(shù)據(jù)；當(dāng)某節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)收屏蔽寄存器設(shè)置為“無(wú)關(guān)”時(shí)，則該節(jié)點(diǎn)“來(lái)者不拒”，可接受數(shù)據(jù)ID號(hào)為任意值的數(shù)據(jù)，這就是所謂的CAN驗(yàn)收濾波原理。借助驗(yàn)收濾波功能，可以靈活實(shí)現(xiàn)CAN總線的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”、“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（廣播）”的數(shù)據(jù)通信方式。6CAN總線具有高可靠性、安全性和實(shí)時(shí)性，其具體表現(xiàn)有哪些？1）CAN總線采用雙絞線和差分電壓方式，對(duì)外抗干擾，同時(shí)又不對(duì)外產(chǎn)生干擾。2）CAN總線采用“邊說(shuō)邊聽”方式的無(wú)破壞性仲裁。3）CAN總線采用短幀格式，核心的數(shù)據(jù)最多8個(gè)字節(jié)，從而保證實(shí)時(shí)性和可靠性。4）CAN總線采用先進(jìn)的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），保證可靠性。5）CAN總線采用幀內(nèi)應(yīng)答，保證實(shí)時(shí)性。7CAN總線在智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用中存在哪些挑戰(zhàn)？在引入信息娛樂(lè)系統(tǒng)和基于視頻的ADAS高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)時(shí)，這些應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求明顯高于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。CAN總線通信缺乏加密和訪問(wèn)控制機(jī)制，缺少認(rèn)證和消息驗(yàn)證機(jī)制，無(wú)法識(shí)別和警告異常消息。8LIN總線和CAN總線有何區(qū)別？LIN總線是一種輔助的串行通信總線網(wǎng)絡(luò)，多用于不需要CAN總線的帶寬和多功能的場(chǎng)合，在車載網(wǎng)絡(luò)中，LIN處于低端，與CAN以及其他B級(jí)或C級(jí)網(wǎng)絡(luò)比較，它的傳輸速度低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；在汽車上，LIN與這些網(wǎng)絡(luò)是互補(bǔ)的關(guān)系。9LIN總線有幾種信息傳輸模式？LIN總線共有3種信息傳輸模式1）主節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)2）主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)3）從節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送數(shù)據(jù)10MOST總線在汽車中采用什么拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？在MOST總線中，各個(gè)終端設(shè)備（節(jié)點(diǎn)、控制單元）之間通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)只沿一個(gè)方向傳輸?shù)沫h(huán)形總線連接，音頻、視頻信息在環(huán)形總線上循環(huán)，并由每個(gè)節(jié)點(diǎn)（控制單元）讀取和轉(zhuǎn)發(fā)。各個(gè)控制單元之間通過(guò)光導(dǎo)纖維相互連接而形成一個(gè)封閉環(huán)路，因此每個(gè)控制單元擁有兩根光導(dǎo)纖維，一根光導(dǎo)纖維用于發(fā)射器，一根光導(dǎo)纖維用于接收器。11FlexRay總線有哪些優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用？FlexRay是一種用于汽車的高速、可確定性的、具備故障容錯(cuò)能力的總線技術(shù)，它將事件觸發(fā)和時(shí)間觸發(fā)兩種方式相結(jié)合，具有高效的網(wǎng)絡(luò)利用率和系統(tǒng)靈活性特點(diǎn)，可以作為新一代汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)絡(luò)。12目前車載以太網(wǎng)物理層技術(shù)有哪些？（1）適合車輛環(huán)境的以太網(wǎng)物理層元件；（2）BroadR-Reach的100 Mbit/s汽車以太網(wǎng)解決方案；（3）IEEE RTPGE 及 PoE 技術(shù)。13車載以太網(wǎng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中有哪些優(yōu)勢(shì)？1）低成本下的高帶寬。新的汽車功能需要的是更加開放、高速，車載以太網(wǎng)有助于減少功耗，線束重量和部署成本。2）支持不同應(yīng)用的多種協(xié)議和功能。以太網(wǎng)可以同時(shí)支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP等多種協(xié)議或應(yīng)用形式。3）適應(yīng)未來(lái)的能力。以太網(wǎng)是一種可持續(xù)更新、發(fā)展的技術(shù)。不僅僅是一種成熟的通信技術(shù)，更是一種對(duì)未來(lái)的適應(yīng)能力。4）無(wú)線功能。車載以太網(wǎng)的普及將加快引入WAVE，在智能交通時(shí)代，WAVE也將為V2X提供新的技術(shù)拓展?jié)摿Α?