汽车电器与电子技术孙仁云汽车电器与电子技术第13章汽车局域网课件教学.pptVIP

第13章 汽车局域网络技术 要求: 学生掌握目前常用现场总线的优缺点，控制器局域网的组成、控制原理和CAN协议。 重点: 控制器局域网的组成、控制原理和CAN协议。 难点: 为制器局域网的控制原理和CAN协议。 13.1 概述 13.1.1 应用情况与发展趋势 随着计算机、控制器、通讯和CRT显示技术的发展，尤其是微处理器技术和集成电路技术的飞速发展，使得控制技术向高、精方向发展，汽车正在走向信息化。到目前为止，过程控制经历了模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统DCS（Distributed Control System）和现场总线控制系统FCS（Field Bus Control System），其性能比较如表13-1所示。 表13-1 几种自动控制系统比较 车载网络技术发展迅速，目前车载网络主要应用于车身系统、动力传动系统、安全系统和信息系统，如图13-1所示。典型的车载网络，如图13-2所示。 汽车在线控制系统。是一种局域网，目前常用的有Drive-by-Wire（汽车驾驶在线控制）、Brake-by-Wire（制动系统在线控制）和Steering-by-Wire（转向系统在线控制），并统称为X-by-Wire。采用X-by-Wire可减少液压与机械控制装置，减少杠杆、轴承等金属连接件，减轻质量，降低油耗和制造成本，从而提高车辆的可靠性和安全性。由于电线走向布置灵活，因此汽车操纵部件的布置也具有灵活性，提高了汽车设计的自由空间。例如汽车转向系统采用X-by-Wire技术，左置或右置即可随意变动。 13.1.2 现场总线 1. 功用 总线即传输信息的公共通道，现场总线（Field Bus）是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。现场总线技术是一种全数字化、全分散式、可互操作和开放式互联网络的新一代控制系统；是计算机技术，通信技术和控制技术的综合与集成。 2. 特点 （1）总线式结构 一对传输线（总线）挂接多台现场仪器，双向传输多个信号。该结构使接线简单，工程周期短，安装费用低，维护容易。 （2）可靠性高 数字信号传输抗干扰能力强，精度高，成本低。 （3）彻底的分散控制 （4）开放性、互操作性和互换性 现场总线采用统一的协议标准，是开放式的互联网。不同厂家的产品可以方便地接入同一网络，在同一控制系统中进行互操作，不同厂家性能类似的设备可实现相互代替，简化了系统集成。 （5）多种传输介质和拓扑结构 （6）综合功能 现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控制和运算功能，实现了一表多用，不仅方便了用户，而且降低了成本。 3. 国际标准 目前国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）分别在进行国际现场总线的标准化工作，两者互不协调统一。 （1）IEC的现场总线标准 1）用于工业控制系统的IEC61158标准，包括8种类型的现场总线，于2000年1月通过实施。 2）用于低压开关设备和控制设备、控制器与电气设备接口的IEC62026标准，容纳了AS-I、Device Net、SDS和SMCB四种总线。 （2）ISO的现场总线标准 国际标准化组织ISO为现场总线制定的标准是TC22，其中影响最大的是ISO 11898，即道路车辆数字信息交换-高速通信的控制器局域网（CAN）。ISO 11898对CAN只规定了模型的第一、二层，即物理层和数据链路层。应用层的协议可由不同用户定义。 4. 现场总线的几种常见类型 现场总线技术自从20世纪80年代后期诞生以来发展迅速，目前已开发出40多种。常见的现场总线有FF、Profibus、LonWorks、CAN、DeviceNet、Control Net，其性能对比见表13-2。 13.2 控制器局域网 13.2.1 CAN总线概述 CAN总线是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。CAN协议采用通信数据块进行编码，取代了传统的站地址编码，使网络内的节点数在理论上不受限制。由于CAN总线具有较强的纠错能力、支持差分收发，因而适合高干扰环境，并具有较远的传输距离。CAN特性如下： （1）CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。 （2）CAN协议遵循ISO／OSI参考模型，采用了其中的物理层、数据链路层和应用层。 （3）CAN可以多主方式工作，网络上任意