车载网络系统是指汽车上多个电控系统的电控单元之间相互连接、协调工作并共享信息。
计算机网络是分布在不同地点、具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来,在软件和协议管理下进行信息交换,实现资源共享和协同工作。引申到车载网络,则是指分布在车辆上不同位置、各自独立的多个电控系统(如发动机、自动变速器、中控门锁和安全气囊等),通过数据总线和网关服务器连接在一起,通过规定的通信协议实现信息共享、共同工作,以实现复杂功能。
典型的车载网络系统
1.多路传输
多路传输是指在车载网络系统中,将多种信息混合或交叉通过一条通信信道传输的方式。常见的车载网络系统是单线或双线分时多路传输系统。
采用常规线路控制灯光、电动机、加热器和电磁阀,需要四条直接受开关控制的较长供电线。而采用多路传输线路,先通过一个ECU接收开关控制信息,然后通过一个通信信道将四种信息发给另一个ECU,另一个ECU根据接收的信息来控制上述电器。值得注意的是,多路传输系统ECU之间所用导线比常规线路系统所用导线少得多。
常规线路与多路传输
2.模块
模块泛指一种电子装置,简单一点的如传感器,复杂的如ECU。例如,冷却液温度传感器是一个模块装置,它根据冷却液温度的变化产生不同的电压信号,这些电压信号在ECU的输入接口被转变成数字信号。
3.结点
在多路传输系统中一些简单的模块被称为结点。各结点通过插接器连接到多路传输系统中。
多路传输系统用插接器
4.数据总线
数据总线就是模块间传递数据的通信信道,又被称为“信息高速公路”。如果模块既可以发送数据,又可以接收数据,这样的数据总线就被称为双向数据总线。车载网络系统中的数据总线实际上是一条或两条绞接在一起的导线,也有采用同轴电缆或光纤的。
5.通信协议(www.daowen.com)
通信协议种类繁多,全球各大汽车制造商采用的典型通信协议主要有8种。除这8种通信协议之外,还有其他协议,如宝马公司1994年提出的DAN集中式网络协议、阿尔法·罗密欧公司的DAN集中式网络协议、卢卡斯(Lucas)公司的光学分布式星形耦合器系统、日立公司的集中式光学单纤维双向通信以及飞利浦公司的DDR分布式网络协议等。到目前为止,世界上尚无一个可以兼容各大汽车公司通信协议的通用标准。因此,在汽车上就形成了多种类型通信协议共存的局面。
典型通信协议表
注:SAE为美国汽车工程师学会;ISO为国际标准化组织。
6.网关
网关就是为不同通信协议或不同传输速度的模块或ECU之间建立通信的特殊功能的ECU或模块。网关就像一个居民小区的门卫,任何人要进入小区,它都要先询问客人是否应邀前来,再通知某位住户有人来访了。网关是车载网络系统内部通信的核心,通过它不仅可以实现各条总线上的信息共享,还能实现车载网络系统的管理和故障诊断功能。
当车辆上存在多条高速或低速CAN总线时,由于不同区域CAN总线的速率和识别代号不同,一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域,必须把它的识别信号和速率进行改变,以便让另一个系统接受,这个任务由网关(Gateway)来完成。如果把CAN舒适系统总线看成一列火车,CAN驱动系统总线看成一列快车,其互相传输的信息看成旅客,则旅客要想换乘动车或快车,均需经过站台,这里的“站台”就是网关。
另外,网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故,气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号,这个信号的优先级在驱动系统非常高,但转到舒适系统后,网关调低了它的优先级,因为它在舒适系统的功能只是打开门和灯。
因此,网关的作用就是将不同的总线连接在一起,同时使互相传输信息成为可能。网关的类型有集成在组合仪表或控制单元内部的,也有单独的网关,安装在仪表板左下方或加速踏板上方。
a)网关的原理
b)组合仪表或控制单元集成的网关
c)安装在仪表板左下方或加速踏板上方的单独网关
7.帧
为了可靠地传输信息中包含的大量数据,通常将原始数据分割成一定长度的数据单元来传输,这就是帧。一帧内包含的数据有同步信号、错误控制、控制信息、数据信息和寻址等。
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