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汽车总线系统

发布人:美男子玩编程时间:2022-09-23来源:工程师

至今没有一种通信网络可以完全满足未来汽车的所有成本和性能要求,为此,汽车制造商和OEM(Original Equipment Manufacture)商仍采用多种协议(LIN、CAN和 MOST等),实现未来汽车上的连网。


美国汽车工程师协会(SAE)车辆网络委员会根据标准SAE J2057将汽车数据传输网划分为A、B、C三类。


本篇博文将对A、B、C三类总线标准以及诊断系统、多媒体系统等总线标准进行对比和介绍。


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A类总线标准

A类的网络通信大部分采用UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)标准,UART使用起来既简单又经济,但随着技术的发展,在2005年以后已经从汽车通信系统中被淘汰。


下表对一些主要A类标准和协议及其特性进行了比较。


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A类目前首选的标准是LIN (Local Interconnect Network),LIN是用于汽车分布式电控系统的一种新型低成本串行通信系统,它是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统,主要用于智能传感器(Smart Sensors)和执行器的串行通信,而这正是CAN总线的带宽和功能所不要求的部分。由于目前尚未建立低端多路通信的汽车标准,因此LIN正试图发展成为低成本的串行通信的行业标准。


LIN采用低成本的单线连接,传输速度最高可达20Kb/s,对于低端的大多数应用对象来说,这个速度是可以接受的。它的媒体访问采用单主/多从的机制,不需要进行仲裁。在从节点中不需要晶体振荡器而能进行自同步,这极大地减少了硬件平台的成本。


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B类总线标准

B类标准在轿车上应用的是ISO11898(ISO11898-3),传输速率在100Kb/s左右,在卡车和大客车上应用的是SAE的标准J1939,传输速率是250Kb/s。从1992年起,欧洲各大汽车公司一直都采用的是ISO 11898,所使用的传输速率范围为47.6~500Kb/s。


下表对目前一些主要B类标准和协议及其特性进行了比较。


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B类中的国际标准是CAN总线。CAN总线是德国BOSCH公司从20世纪80年代初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、同轴电缆或光导纤维,通信速率可达1Mb/s。


CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对通信数据的成帧处理,包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块进行编码,最多可标识2048 (2.0A)个或5亿(2.0B)多个数据块。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制。数据段长度最多为8字节,不会占用总线时间过长,从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能,保证了数据通信的可靠性。


拓展学习:


详解CAN总线:什么是CAN总线?


详解CAN总线:高速CAN总线和低速CAN总线的特性


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C类总线标准

由于C类标准主要用于与汽车安全相关,以及实时性要求比较高的地方,如动力系统,所以其传输速率比较高,通常在125Kb/s~1 Mb/s之间,必须支持实时的、周期性的参数传输。


在C类标准中,欧洲的汽车制造商基本上采用的都是高速通信的CAN总线标准ISO 11898(ISO 11898-2)。


下表对目前一些主要C类标准和协议及其特性进行了比较。


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当汽车(轿车)电子控制单元(Electronic Control Units,ECU)之间通信传输速率大于125 Kb/s、最高1Mb/s时,ISO 11898(11898-2)对使用控制器局域网络构建数字信息交换的相关特性进行了详细的规定。


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诊断系统总线标准

使用排放诊断的目的主要是为了满足OBD-II(On Board Diagnose)、OBD-III或E-OBD (European-On Board Diagnose)标准。


许多汽车生产厂商都采用ISO 9141和ISO 14230 (Keyword Protocol 2000)作为诊断系统的通信标准,它们满足OBD-II。美国的GM、Ford、DC 公司广泛使用J1850作为满足OBD-II 诊断系统的通信标准,但欧洲汽车厂商拒绝采用这种标准。到2004年,美国三大汽车公司对乘用车采用基于CAN的J2480诊断系统通信标准,它满足OBD-III 的通信要求。在欧洲,以往诊断系统中使用的是ISO 9141,它是一种基于UART的通信标准,满足OBD-II的要求。从2000年开始,欧洲汽车厂商已经开始使用一种基于CAN总线的诊断系统通信标准ISO 15765,它满足E-OBD的系统要求。


下表对目前一些主要诊断系统总线标准和协议及其特性进行了比较。


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ISO 15765适用于将车用诊断系统在CAN总线上加以实现的场合。ISO 15765的网络服务符合基于CAN的车载网络系统的要求,是遵照ISO 14230-3及ISO 15031-5中有关诊断服务的内容来制定的,因此ISO 15765对于ISO 14230应用层的服务和参数完全兼容,但并不限于只用在这些国际标准所规定的场合。


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多媒体系统总线标准

汽车多媒体网络和协议分为三种类型,分别是低速、高速和无线,对应SAE的分类相应为:IDB-C (Intelligent Data Bus-CAN)、IDB-M(Multimedia)和IDB-Wireless,其传输速率在250Kb/s~100 Mb/s之间。


低速用于远程通信、诊断及通用信息传送,IDB-C按CAN总线的格式以250Kb/s的位速率进行信息传送。由于其低成本的特性,IDB-C有望成为汽车类产品的标准之一。


高速主要用于实时的音频和视频通信,如 MP3、DVD和CD等的播放,所使用的传输介质是光纤,这一类里主要有IDB-M、D2B、MOST和IEEE 1394。


下表对目前一些主要的汽车多媒体系统总线标准和协议及其特性进行了比较。


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安全总线和标准

安全总线主要是用于安全气囊系统,以连接加速度计、安全传感器等装置,为被动安全提供保障。目前已有一些公司研制出了相关的总线和协议,包括Delphi公司的SafetyBus 和 BMW公司的 Byteflight。


下表对汽车安全系统总线标准和协议及其特性进行了比较。


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Byteflight主要以BMW公司为中心制定。数据传输速度为10 Mb/s,光纤可长达43 m。Byteflight 不仅可用于安全气囊系统的网络通信,还可用于X-by-Wire系统的通信和控制。


BMW公司在其2001年推出的BMW7系列车型中,采用了一套名为ISIS(Intelligent SafetyIntegrated System)的安全气囊控制系统,它是由14个传感器构成的网络,利用Byteflight来连接和收集前座保护气囊、后座保护气囊等安全装置的信号。在紧急情况下,中央计算机能够更快更准确地确定不同位置的安全气囊的施放范围与时机,发挥最佳的保护效果。


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X-by-Wire总线标准

X-by-Wire最初是用在飞机控制系统中,称为电传控制,现在已经在飞机控制中得到广泛应用。由于目前对汽车容错能力和通信系统的高可靠性的需求日益增长,X-by-Wire开始应用于汽车电子控制领域。


下表对X-by-Wire系统总线标准和协议及其特性进行比较。


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关键词: 汽车总线

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