現(xiàn)代汽車(chē)系統(tǒng)控制技術(shù)第十章.ppt

1 第10章車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制 2 10 1車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 10 1 1車(chē)用多路傳輸技術(shù)20世紀(jì)90年代以來(lái) 汽車(chē)上的控制單元越來(lái)越多 例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 防抱死制動(dòng)控制單元 ABS 自動(dòng)變速器控制單元 安全氣囊控制單元 電動(dòng)門(mén)窗控制單元和主動(dòng)懸架控制單元等 隨著集成電路和單片機(jī)在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用 汽車(chē)上的線路越來(lái)越復(fù)雜 如果仍采用常規(guī)的線束布線方式 將導(dǎo)致汽車(chē)上電線數(shù)目急劇增加 有報(bào)道指出 車(chē)用電路網(wǎng)絡(luò)的容量和復(fù)雜性每10年就會(huì)翻倍 在某些轎車(chē)上 僅在儀表板區(qū)域 就有100多條導(dǎo)線和接插件被用于設(shè)備和開(kāi)關(guān)的連接 3 10 1 2車(chē)載網(wǎng)絡(luò)基本概念 車(chē)載多個(gè)處理器之間相互連接 協(xié)調(diào)工作并共享信息 這樣就構(gòu)成了車(chē)載計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 簡(jiǎn)稱(chēng)車(chē)載網(wǎng)絡(luò) 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用多路傳輸技術(shù) 采用多條不同速率的總線分別連接不同類(lèi)型的節(jié)點(diǎn) 并通過(guò)網(wǎng)關(guān)單元實(shí)現(xiàn)整車(chē)的信息共享和網(wǎng)絡(luò)管理 由于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的是計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù) 里面涉及許多計(jì)算機(jī)專(zhuān)用術(shù)語(yǔ) 如局域網(wǎng) 數(shù)據(jù)總線 網(wǎng)絡(luò) 通信協(xié)議 網(wǎng)關(guān)等 所以有必要了解這些基本概念 4 10 2CAN總線技術(shù)規(guī)范 CAN總線傳輸?shù)囊环N基本的規(guī)則是分時(shí) 在這種規(guī)則下 總線在每一時(shí)刻只能被1個(gè)控制單元占用 由這1個(gè)控制單元傳遞信號(hào) 由于電信號(hào)傳播的速度極快 因此數(shù)據(jù)總線完全可以滿足許多部件進(jìn)行分時(shí)信號(hào)傳遞的需要 在現(xiàn)代轎車(chē)的設(shè)計(jì)中 CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置 奔馳 寶馬 大眾 沃爾沃和雷諾等車(chē)型都將CAN作為電子控制單元聯(lián)網(wǎng)的手段 由于我國(guó)中高級(jí)轎車(chē)主要以歐洲車(chē)型為主 因此歐洲車(chē)型應(yīng)用最廣泛的CAN技術(shù) 也將是國(guó)產(chǎn)轎車(chē)引進(jìn)的主要技術(shù)項(xiàng)目 5 10 2 1CAN總線物理層 CAN物理層子層結(jié)構(gòu) 6 10 2 2CAN總線數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層是CAN的核心部分 保證物理層處于各種通信環(huán)境條件下 都能向高層提供一條無(wú)差錯(cuò)高可靠性的傳輸通道 數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路控制子層 LogicLinkControl 介質(zhì)訪問(wèn)控制子層 MediumAccessControl LLC子層實(shí)現(xiàn)接收過(guò)濾 過(guò)載通知和管理恢復(fù)等功能 MAC子層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打包 解包 幀編碼 解碼 媒體訪問(wèn)管理 錯(cuò)誤檢測(cè) 接收應(yīng)答 串并轉(zhuǎn)換等功能 CAN定義了四種幀 數(shù)據(jù)幀 遠(yuǎn)程幀 錯(cuò)誤幀 過(guò)載幀 另外 數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀與前一個(gè)幀之間都會(huì)有一個(gè)隔離域 即幀間空間 CAN2 0B協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可以使用標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展兩種格式 7 10 3車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制 全車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 8 10 3 1動(dòng)力總成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 動(dòng)力總成CAN網(wǎng)絡(luò)用于連接所有動(dòng)力系統(tǒng)的控制單元 主要包括 1 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 2 自動(dòng)變速器控制單元 3 ESP ABS控制單元 4 EPS控制單元 5 懸掛系統(tǒng)控制單元 6 胎壓報(bào)警控制單元 7 整車(chē)控制單元 9 10 3 2車(chē)身系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 車(chē)身CAN網(wǎng)絡(luò)用于連接所有安全系統(tǒng)的控制單元 主要包括 1 防盜報(bào)警控制單元 2 安全氣囊控制單元 3 發(fā)動(dòng)機(jī)室控制單元 4 轉(zhuǎn)向盤(pán)下控制單元 5 雨水傳感控制單元 6 天窗控制單元 7 左前車(chē)身控制單元 8 右前車(chē)身控制單元 9 左后車(chē)身控制單元 10 右后車(chē)身控制單元 11 整車(chē)控制單元 10 10 3 3舒適系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 舒適CAN網(wǎng)絡(luò)用于連接車(chē)載人機(jī)交互設(shè)備 主要包括 1 組合儀表控制單元 2 多功能顯示屏控制單元 3 輔助駐車(chē)控制單元 4 側(cè)軌跡跟蹤控制單元 5 CD機(jī)控制單元 6 空調(diào)控制單元 7 空調(diào)控制界面 8 轉(zhuǎn)速表控制單元 9 左前車(chē)門(mén)控制單元 10 右前車(chē)門(mén)控制單元 11 收音機(jī)控制單元 12 整車(chē)控制單元 11 10 4車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 4 1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要是控制單元CAN通道的設(shè)計(jì) 一個(gè)完整的CAN總線控制單元應(yīng)該包括微控制器 CAN控制器和CAN收發(fā)器三部分 其中微控制器負(fù)責(zé)完成CAN控制器的初始化 進(jìn)行與CAN控制器的數(shù)據(jù)傳遞 并執(zhí)行特定的控制算法 CAN控制器主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以CAN報(bào)文的形式傳遞 并進(jìn)行系統(tǒng)的診斷 測(cè)試以及處理CAN總線上的錯(cuò)誤等 CAN收發(fā)器是CAN控制器和CAN總線之間的接口 12 10 4 2應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計(jì) 1 優(yōu)先級(jí)P29位標(biāo)識(shí)符的前3位被用來(lái)定義報(bào)文的優(yōu)先級(jí) 優(yōu)先級(jí)用于在仲裁過(guò)程中判斷報(bào)文的發(fā)送順序 000表示優(yōu)先級(jí)最高 需要高速控制的報(bào)文一般具有比較高的優(yōu)先級(jí) 比如 由變速器發(fā)給發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩控制報(bào)文就具有較高的優(yōu)先級(jí) 沒(méi)有嚴(yán)格時(shí)間限的報(bào)文可以定義較低的優(yōu)先級(jí) 比如 發(fā)動(dòng)機(jī)配置報(bào)文 不同報(bào)文的優(yōu)先級(jí)域是可以通過(guò)編程設(shè)置的 因此 車(chē)載網(wǎng)路系統(tǒng)制造廠商可以借此調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)通信 13 2 保留位R保留位由SAE保留以備今后開(kāi)發(fā)使用 所有消息應(yīng)在傳輸中將SAE保留位置0 3 數(shù)據(jù)頁(yè)DP用于區(qū)別參數(shù)組 參數(shù)組號(hào)首先填滿第0頁(yè) 然后再向第1頁(yè)分配 目前定義的參數(shù)組均在第0頁(yè) 4 PDU格式PFPDU代表協(xié)議數(shù)據(jù)單元 協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式PF是一個(gè)8位場(chǎng) 它定義了兩種協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式 格式1和格式2 當(dāng)8位二進(jìn)制數(shù)的數(shù)值小于或等于239時(shí)表示格式PDU1 大于或等于240時(shí)表示格式PDU2 格式1用于向特定控制單元發(fā)送參數(shù)組 格式2用于將參數(shù)組作為廣播報(bào)文發(fā)送到各控制單元 14 5 PDU特性PS這也是一個(gè)8位場(chǎng) 根據(jù)PF的取值定義 如果PF的值低于240 即PDU1 那么PS標(biāo)識(shí)報(bào)文的目標(biāo)地址 需要接收?qǐng)?bào)文的控制單元地址 如果PF的值在240和255之間 那么PS包括一個(gè)組擴(kuò)展值 GE 報(bào)文以廣播形式發(fā)送 GE提供了大量的報(bào)文標(biāo)識(shí)符 可以實(shí)現(xiàn)向網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)的廣播發(fā)送 在J1939協(xié)議中 通常使用PDU2實(shí)現(xiàn)廣播形式的報(bào)文發(fā)送 15 6 源地址SA源地址的長(zhǎng)度為8位 代表發(fā)送報(bào)文的控制單元的地址 在給定的網(wǎng)絡(luò) 每一個(gè)源地址都是唯一的 根據(jù)J1939的協(xié)議 共有254的源地址可用 在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中 兩個(gè)不同的控制單元的地址不能重復(fù) J1939推薦了控制單元首選地址 從0開(kāi)始 0 127分配給在工業(yè)組中最常用的控制單元 128 247給行業(yè)特定分配 248 253留給特殊的控制單元 254為空地址 255為全局地址 16 7 參數(shù)組號(hào)PGN保留位 數(shù)據(jù)頁(yè)位 PF和PS共同定義了報(bào)文傳輸?shù)膮?shù)組 參數(shù)組可以表示8字節(jié)的數(shù)據(jù)域 傳輸頻率以及優(yōu)先級(jí) 稱(chēng)為參數(shù)組是因?yàn)榇?