相关知识

一、汽车应用多路传输技术的背景

随着汽车电子技术的不断发展，车辆上电控系统的数量不断增多，而且功能也越来越复杂。很多汽车采用了多个计算机（如奔驰600SEL采用了20多个电控模块）。每一个计算机都需要与多个传感器、执行器之间发生通信，而每一个输入、输出信号又可能与多个计算机之间发生通信。如果每一个电控系统都独立配置一整套相应的传感器、执行器，那么将有大量的线束、插接件密布于汽车的各个部位，这样不仅会增加汽车生产车间组装工人的装配困难（如穿过控制面板的线束、一般线束和仪表板后部的线束……）及车身重量，而且也增加了汽车售后维修人员对故障诊断、维修的难度。另外，为了提高汽车综合控制的准确性，综合控制系统也迫切需要输入、输出信号/数据共享。当电控模块共享输入信息时，就能对汽车进行更加复杂的控制。例如，驾驶员车门控制模块就可以利用来自自动变速器控制模块的变速挡挡位传感器信号和来自ABS控制模块的车速信号去控制车门的自动锁闭。

过去，汽车通常采用点对点的通信方式，将电子控制单元及负载设备连接起来。随着电子设备的不断增加，势必造成导线数量的不断增多，从而导致在有限的汽车空间内布线越来越困难，限制了功能的扩展。同时，导线质量每增加50kg，油耗会增加0.2L/100km。此外，电控单元并不是仅仅与负载设备简单地连接，更多的是与外围设备及其他电控单元进行信息交流，并经过复杂的控制运算，发出控制指令，这些都不能通过简单的连接完成。而单从线束本身来说，它也是汽车电子系统中成本较高、连接复杂的部件之一。

因此，汽车制造商开始考虑其他获取信息的方式（即传感器共享的概念），以及另一种方式的执行器控制系统（即资源共享概念）。于是一种全新的理念出现在人们面前：重新设计和组织电控单元。解决这一问题的方法之一是将计算机的功能更加集成化。例如，多功能发动机计算机就囊括了喷油、点火、尾气排放和冷却管理等功能。ESP计算机更是集合了ABS、ASR、MSR、CDS等众多功能。另外，使用早已应用于日常电话通信和电视中的多路传输技术，把众多的电控单元连成网络，其信号以总线的形式传输，可以达到信息资源共享的目的。这样连成网络的电控模块就能使控制器“协同工作”，从而获得最佳工作状态，并使汽车具备实现许多复杂功能的能力。例如，装有网络与牵引力控制系统的汽车，就可以使用两个控制模块来保持汽车的牵引力。当车速和发动机负荷低于某一值时，ABS模块对驱动轮进行脉动制动以防止车轮打滑，同时发动机控制模块推迟点火提前角减小发动机转矩；而当车速和发动机负荷高于该值时，只有发动机控制模块通过减小发动机转矩的方法来防止车轮打滑，故而推迟点火提前角，减小节气门开度以减小发动机的转矩。随着汽车电子控制单元以及汽车电子装置的不断增多，采用串行总线实现多路传输，组成汽车电子网络，是一种既可靠又经济的做法。同时，现代汽车基于安全性和可靠性的要求，正越来越多地考虑使用电控系统代替原有的机械和液压系统。

所谓多路传输，是指在计算机局域网中，将多种信息混合或交叉通过一个通信信道传送的方式。一个具有多路传输功能的网络允许多个计算机同时对它进行访问。如果把这一源于信息网络中的多路传输技术应用于汽车上，可以实现：

（1）布线简化，降低成本；

（2）电控单元之间交流更加简单和快捷；

（3）传感器数目减少，实现信息资源共享；

（4）提高汽车总体运行可靠性。

要具体地把这一计算机局域网里的技术应用到汽车上来，就需要考虑以下因素：

（1）更快的信息传输速度；

（2）更挑剔的用电环境；

（3）更复杂的电磁兼容性；

（4）更严格的信息交流安全性。

汽车要求安全、使用方便、操作不能太复杂、价格较低、性能可靠。汽车又是应用环境最差的设备，所有可能的道路、电磁以及气候环境汽车几乎都可能遇到。根据汽车的这些使用要求和使用环境，车载网络系统设计还应当考虑如下因素：

（1）节点与总线的连接接头的电气与力学特性以及连接头的数量；

（2）网络结构和应用系统的评估与性能检测方法；

（3）容错和故障恢复问题；

（4）实时控制网络的时间特性；

（5）安装与维护中的布线；

（6）网上节点的增加与软硬件更新（可扩展性）。

总之车载网络结构要求可靠、廉价，与应用系统一体化，线路简单且实时性好。其特点是范围小、节点数少，多数应用要求的传输速度不高。

为了使多路传输技术适应汽车上特殊的环境，汽车制造公司和零部件公司确定了：

（1）信息传输模式；

（2）信息传输介质，即信息总线；

（3）总线信号表示方法；

（4）信息交流协议，即在网络之间进行数据传输所需要遵循的电子语言通信规则和格式（如编码、传输速度等）。

纵观汽车多路传输技术发展历程，其开发可分为三个阶段：

（1）汽车的基本控制、电动门窗及自动门锁等；

（2）发动机和变速器以及仪表系统的控制；

（3）各系统间综合实时控制。

目前汽车多路传输技术研究的方向是提高信号传送速率、容错能力、抗干扰能力以及降低成本。

网络技术应用于计算机领域已有几十年了，而汽车中使用的网络技术只是计算机网络的“简化版本”。其拓扑技术、传输方式与计算机网络都相似，只是采用了特殊的数据传输协议。

二、定义与分类

随着汽车技术的不断发展，汽车上采用的计算机数量越来越多，多个处理器之间相互连接、协调工作并共享信息，构成了汽车车载计算机网络系统，简称车载网络。车载网络运用多路传输技术，采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网关服务器来实现整车的信息共享和网络管理。

汽车网络是指能使用电气或电子媒介发送或接收信息的控制模块和接线。有些网络允许电子模块共享输入信息，让多个模块一起工作，实现复杂的汽车操作。网络的使用也提高了汽车的自诊断能力。

车载计算机网络是指车辆本身的内部网络系统，它由车载网络计算机控制，通过数据总线连接无数个子网，控制发动机及其他总成、仪表板显示器、中控门锁、无线电话等，各个子网都具有不同的时钟速度和各自的功能。

车载计算机网络按拓扑结构分类可分为如下几种。

1.中控式控制

中控式系统中，唯一的中央计算机控制一切运行（如图1.1和图1.2所示），因此需要中央计算机具有超强的工作能力，一旦它运行出现故障，整个网络都将瘫痪。

2.区域式控制

区域式控制比中控式控制有了明显的改进，其网络分布很完善（如图1.3和图1.4所示），但其二级系统间仍缺乏有效的连接，而它们之间也是需要相互交流信息的。

3.分配式控制

分配式控制系统由一个具有充当“管理者”角色的计算机-网关负责二级系统间计算机的连接（如图1.5和图1.6所示）。它不仅是所有信息的交汇点，而且还管理不同系统间信息的交流。这是目前汽车上采用的信息传输控制方式。

三、常用基本术语

1.数据总线

汽车上的电子系统彼此依赖日见密切，它们之间的信息交流也就更加迫切，如图1.7所示。为了传输这些信息，往往使用一种称为数据总线的交流载体，同时还需要对这些信息交流进行管理。属于“安全”范畴的信息具有优先权。通过总线传输的每一帧或信息都按照某种标准编码。这些数据分别为传感器测量到的数值、故障信息以及计算机运行状态信息（正常或故障模式下的运行）。

传感器测量到的信息具有以下特点：

（1）一个长度（格式）；

（2）一个解答或精度；

（3）有限度的数值（最大及最小）；

（4）被禁止的数值。

数据总线是模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信号能被多个系统（控制单元）共享，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。例如，常见的计算机键盘有104位键，可以发出一百多个不同的指令，但键盘与主机之间的数据连接线却只有7根，键盘正是依靠这7根数据连接线上不同的电平组合（编码信号）来传递信号的。如果把这种方式应用在汽车电气系统上，就可以大大简化目前的汽车电路。可以通过不同的编码信号来表示不同的开关动作信号，根据指令接通或断开对应的用电设备（前照灯、刮水器、电动座椅等）。这样，就能将一线一用的专线制改为一线多用制，大大减少汽车上电线的数目，缩小线束的直径。数据总线还使计算机技术融入整个汽车系统之中，加速汽车智能化的发展。例如，对前照灯的控制，在未使用多路传输系统前，可以使用传统开关来控制车灯。如果想点亮汽车前照灯，就可以直接接通开关，开关直接供电给前照灯。休息状态的前照灯开关如图1.8所示，工作状态的前照灯开关如图1.9所示。

对于应用多路传输系统的车灯系统，如果希望点亮汽车上的一个车灯，可接通开关，开关呈二进制信息状态（断开为0，闭合为1）。请求就可以通过多路连接的信息系统传输到一个被称为BSI的智能计算机处，如图1.10所示。此计算机根据汽车运行状况进行电源分配管理，如图1.11所示。该指令通过多路连接的信息系统以二进制形式传输到电源计算机，如图1.12所示。此时车上就一个灯点亮。

对于应用多路传输系统的车灯系统，如果希望点亮汽车上的两个车灯，接通开关，开关呈二进制信息状态（断开为0，闭合为1）。请求就可以通过多路连接的信息系统传输到一个BSI智能计算机处，如图1.13所示。此计算机根据汽车运行状况进行电源分配管理，如图1.14所示。该指令通过多路连接的信息系统以二进制形式传输到电源计算机，如图1.15所示。此时车上就有两个灯被点亮。

如果系统可以发送和接收数据，这样的数据总线就被称为双向数据总线。数据总线实际是一条导线或两条导线。两线式的其中一条导线不是额外的通道，它的作用就像公路上的路肩，上面立有交通标志和信号灯。一旦数据通道出了故障，这“路肩”在有些数据总线中被用于承载“交通”，或者令数据换向通过一条或两条数据总线中未发出故障的部分。为了抗电磁干扰，双绞制数据总线的两条线是绞在一起的。

各汽车制造商一直在设计各自的数据总线，如果不兼容，就称为专用数据总线；如果是按照某种国际标准设计的，就是非专用的。为使不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车上协调工作，必须制定标准。这就是通信协议的标准问题。

2.通信协议

通信协议是指通信双方控制信息交换规则的标准、约定的集合，即数据在总线上的传输规则。在汽车上，要实现车内各ECU之间的通信，必须制定规则，即通信的方法、通信时间、通信内容，保证通信双方能相互配合，使通信双方能共同遵守可接受的一组规定和规则，就好像现实生活中的交通规则一样，包括“交通标志”的制定方法。

例如，总统乘坐的车具有绝对的优先通行权，其他具有优先权的依次是政府要员的公车、警车、消防车、救护车等。但只能在执行公务时才能有优先权，驾车旅游、执行公务完毕时就无优先权可言。数据总线的通信协议并不是个简单的问题，但可举例简单说明。当模块A检测到发动机已接近过热时，相对于其他不太重要的信息（如模块B发送的最新的大气压力变化数据）有优先权。通信协议的标准蕴含唤醒访问和握手，唤醒访问就是一个给模块的信号（这个模块为了节电而处于休眠状态），信号使之进入工作状态；握手就是模块间的相互确认、兼容，并处在工作状态。

事实上通信协议的种类繁多，大体如下：

（1）在一个简单的通信协议中，模块不分主从，根据规定的优先规则，模块间相互传递信息，并且都知道该接收什么信息。

（2）一个模块是主模块，其他则为从属模块，根据优先规则，它决定哪个从属模块发信息以及何时发送信息。

（3）所有的模块都像旋转木马上的骑马人，一个上面有“免费卷”挂环的转圈绕着他们旋转。当一个模块有了有用的信息，它便抓住挂环挂上这条信息，任何一个需要这条信息的模块都可以从挂环上取下这条信息。

（4）通信协议中有个仲裁系统，通常这个系统按照每条信息的数字拼法为各数据传输设定优先规则。例如，以“1”结尾的数字信息要比以“0”结尾的有优先权。

目前，各大汽车制造商采用的车载计算机网络通信协议主要如下。

（1）VAN：由法国标致-雪铁龙汽车集团、雷诺汽车公司和JAEGER公司联合开发，主要应用于车身系统，在通信速率要求方面已进一步优化。

（2）CAN：由德国博世公司开发，应用于高速率网络传输。

（3）J1850：由美国汽车工程师学会开发，应用于车身系统，美国汽车公司和日本汽车公司多采用这一交流协议。

（4）A-BUS：由德国大众汽车公司开发，应用于低速率和高速率信息网络传输。

（5）I-BUS：低速率信息网络传输，由德国宝马汽车公司开发。

（6）ST-FIAT：由法国SGS-THOMSON公司和意大利菲亚特汽车公司联合开发，应用于低速率信息网络传输。

（7）MI-BUS：由美国摩托罗拉公司开发，低速率信息网络传输，应用于汽车车身和空调系统。

（8）在德国，宝马公司已经设计并采用K-BUS，大众公司已经设计并采用A-BUS。

（9）在日本，本田公司已经设计并采用BEAN（车身电子局域网络）。

（10）在美国，福特公司、克莱斯勒公司和通用汽车公司已经设计J1850，并使用不同的安装程序应用于同一种协议。

3.多路传输网络分类和布置形式

1）网络分类

多路传输包括仅使用单个传输渠道传输各种部件之间不同的信息，这些信息表现为各种形式。根据传输速率及安全因素考虑，多路传输分成以下几种类型。

（1）A级：面向传感器、执行器控制的低速网络，数据传输速率通常只有1～10kbps，主要用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。通过节点之间公用的信号总线来传送和接收多路信号，这在常见的总线车辆中由独立总线来实现。这些用于实现多路总线的节点在常见的总线车辆中通常不存在相同或类似的形式。

（2）B级：面向独立模块间数据共享的中速网络，用于节点间数据传输，数据传输速率一般为10～100kbps，主要用于车辆信息系统、故障诊断、仪表显示等控制，此类网络可以减少多余的传感器和其他电子部件。这种形式的多路系统节点在常见的总线车辆中通常以独立单元的形式存在。

（3）C级：面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，最高数据传输速率可达1Mbps。该高速数据信号通常与诸如发动机控制、防抱死制动等实时控制系统相关，用于增强分布式控制并进一步减少车辆总线。

（4）D类：面向高速、实时传送数据的多路传输网，数据传输速率大于1Mbps，主要用于车载多媒体系统的信息传输。

2）布置形式

需要组织和按等级来布置多路传输网络里的信息交流。某些计算机属于主控系统，它们在网络里拥有发送数据的完全自主权。其他一些计算机只是执行系统，没有发送数据的主动权，只有在主控系统要求下才可以发送。因此，在多路传输系统里有多种布置形式，如图1.16所示。

4.模块/节点

模块就是一种电子装置，简单一点的如温度和压力传感器，复杂的如计算机（微处理器）。传感器是一种模块装置，根据温度和压力的不同产生不同的电压信号。这些电压信号在计算机（一种数字装置）的输入接口被转变成数字信号。在计算机多路传输系统中，一些简单的模块被称为节点。各节点通过插接器连接到多路传输系统中。

5.网关

现代汽车上有很多电子控制模块或计算机，各个系统所采用的数据总线的传输速度可能不同，或采用的通信协议不同，在这种情况下是不可能所有的计算机或控制模块都实现信息共享的。

网关的作用就是在不同的通信协议和不同传输速率的计算机或模块之间进行通信时，建立连接和信息解码，重新编译，并将数据传输给其他系统。

例如，车门打开时发动机控制模块也许需要被唤醒。为使采用不同协议及速度的数据总线之间实现无差错数据传输，必须采用一种特殊功能的计算机，称为网关。法国雪铁龙车系上的网关被称为BSI智能服务器。

网关实际上就是一种模块，其工作的好坏决定了不同的总线、模块和网络相互间通信的好坏。网关就像一个居民小区的门卫，在他让任何客人进大门之前，要问客人是否是应邀前来，或者通知某位住户有人来访。对于不兼容但却需要互相通信的总线和网络来说，网关所起作用就和门卫一样。但当信息不能传递时，或许是一个或两个模块的软件有错。

网关是汽车内部通信的核心，通过它可以实现各条总线上信息共享以及实现汽车内部的网络管理和故障诊断功能。

6.帧

为了可靠地传输数据，通常将原始数据分割成一定长度的数据单元，这就是数据传输单元，称为帧。一帧内应包括同步信号（如帧的开始与终止）、错误控制（各类检错码或纠错码，大多数采用检错重发的控制方式）、流量控制（协调发送方与接收方的速率）、控制信息、数据信息、寻址（在信息共享的情况下，保证每一帧都能正确地到达目的站，接收方也能知道信息来自何站）等。

四、多路数据传输系统的构成和工作原理

车载局域网的种类很多，网络种类不同，其形式、功能和通信速率也不相同，主要车载网络（LAN）的特点与应用见表1.1。

表1.1 主要车载网络（LAN）的特点与应用

CAN（控制器局域网）数据总线是一种双线串线数据总线，具有优先权和仲裁功能。它是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线系统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进行编码，使网络内的节点个数在理论上不受限制。如图1.17所示，由于采用了许多了新技术及独特的设计，CAN总线具有较强的纠错能力，支持差分收发，适合高干扰环境，因而具有突出的可靠性和较远的传输距离。另外，CAN总线还具有实时性、灵活性和开放性等特点。因此，奔驰、宝马、大众、沃尔沃、丰田、本田等多家汽车公司都采用了CAN总线技术。CAN总线在诸多汽车总线中有着很重要的地位，现已成为汽车总线的代名词，成为汽车是否数字化的一个重要标志。

1.CAN数据传输系统的构成

汽车两个计算机之间的信息传递，有几个信号就要有几条信号传输线（信号传输线的接地端可以采用公共回路），5个信号就需要5条数据线来传递，如图1.18所示。如果传递信号项目多，还需要更多的信号传输线，这样会导致电控单元插脚增加、线路复杂、故障率升高及维修困难，因此这种数据传递形式只适用于有限信息量的数据交换。

鉴于上述原因，现代一些新型高档轿车各电控单元间的所有信息都通过两根数据线进行交换，即CAN数据总线。例如，宝来轿车发动机电控单元J220与自动变速器电控单元J217之间需要传输5个信号，通过CAN数据总线仅需要两条双向数据线即可进行传递，如图1.19所示。

通过CAN数据传递形式，不管电控单元的多少和信息容量的大小，所有的信息都可以通过这两条数据线进行传递，如果电控单元间进行大量的信息交换，CAN数据总线也能完全胜任。

一辆汽车不管有多少电控单元，不管信息容量有多大，每个电控单元都只需引出两条导线共同接在两个节点上，这两条导线就称为数据总线。

CAN数据总线是控制单元间的一种数据传递形式，它与各个电控单元连接在一起就成为数据传输系统。一个电控单元从整个系统中获得的信息越多，那么它控制自身功能会更全面。

在动力传动系统中，发动机电控单元、自动变速器电控单元和ABS控制单元组成了一个完整的CAN系统；在舒适系统中，中央控制系统和车门控制系统组成了一个完整的CAN系统。其具体应用如图1.20所示。

CAN数据传输系统有以下优点：

（1）将传感器信号线减至最少，使更多的传感器信号进行高速数据传递。

（2）电控单元和电控单元插脚最小化应用，从而节省更多有用空间。

（3）如果系统需要增加新的功能，仅需软件升级即可。

（4）各电控单元对所连接的CAN总线进行实时监测，如果出现故障，该控制单元会存储故障代码。

（5）CAN数据总线符合国家标准，可使一辆车上不同厂家的电控单元更方便地进行数据交换。

CAN数据传输系统中，每个电控单元的内部都增加了一个CAN控制器、一个CAN收发器，每块电控单元外部连接了两条CAN数据总线，如图1.21所示。在系统中作为中断的两块控制单元，其内部还装有一个数据传递终端（有时数据传递终端安装在电控单元外部）。

（1）CAN控制器。CAN控制器的作用是接收电控单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给CAN收发器。同时，CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据并传给微处理器。

（2）CAN收发器。CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。

（3）数据传输终端。数据传输终端实际是一个电阻，作用是避免数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。

（4）CAN数据总线。CAN数据总线用于传输数据的双向数据线，分为CAN高位（CAN-High）和低位（CAN-Low）数据线。数据没有指定接收器，通过数据总线发送给各电控单元，各电控单元接收后进行计算。

每条数据的传递包括以下5个过程：

（1）提供数据。电控单元向CAN控制器提供需要发送的数据。

（2）发送数据。CAN收发器接收由CAN控制器传来的数据，转为电信号并发送。

（3）接收数据。CAN系统中，所有电控单元转为接收器。

（4）检查数据。电控单元检查判断所接收的数据是否是所需要的数据。

（5）接受数据。如果接收的数据重要，它将被接收并进行处理，否则便被忽略掉。

整个数据传递过程如图1.22所示。

2.CAN数据的构成

CAN数据总线在极短的时间里，在各电控单元间传递数据。一条数据由7个区域组成，如图1.23所示，该形式在两条数据传输线上是一样的。CAN数据总线传递的数据由开始域、状态域、检查域、数据区、安全域、确认域和结束域组成。开始域用于标志数据开始传递，带有大于5V电压（由系统决定）的1位编码被选入CAN高位传输线，带有大约0V电压的1位编码被送入CAN低位传输线。电位有高、低之分，5V为高电位，0V为低电位，高电位定义的位值为“1”，低电位定义的位值为“0”，这样就可以将数据分配到不同的传输线上。状态域用于判断数据中的优先权。在状态域中，有11位数字组成的编码，其数据的组合形式决定了其优先权。检查域用于显示在数据中所包含的信息项目数。数据域。信息被传递到其他控制单元。安全域用于检测传递数据中的错误。确认域，接收器接收信号并通知发送器，其所发信号已被正确接收，如果检查到错误，接收器立刻通知发送器，发送器会再发送一次数据。结束域标志着数据报告结束，在这里是显示错误并重复发送数据的最后一次机会。

3.CAN数据的产生和发送优先权

1）数据的产生

数据由多位构成，每一位只有“0”或“1”两个值或状态。下面解释“0”或“1”的状态是如何产生的。

（1）灯开关。打开或关闭灯，这说明灯有2个不同状态：灯开关处于值“1”的状态时，开关闭合，灯亮；灯开关处于值“0”的状态时，开关断开，灯不亮。从原理上讲，CAN数据总线的功能与此完全相同。

（2）发送器。发送器也能产生两个不同的状态：位值为“l”的状态时，发送器打开，相同电压施加到传递线上，在舒适系统中，大约为5V电压（在动力传递系统中，电压大约2.5V）；位值为“0”的状态时，发送器关闭、接地，传输线同样接地，大约为0V。

（3）如果位l和位2都是传递，表中的信息则显示“电动窗工作”或“冷却液温度为10℃”。

（4）通过2个位，可以产生4个变化。其中每一项信息都可以由每一个变化状态表示，并与所有的控制电压相联系。

2）CAN数据发送的优先权

如果多个电控单元要同时发送各自的数据，那么系统就必须决定哪个电控单元首先进行发送。具有最高优先权的数据应首先发送。基于安全考虑，由ABS/EDL控制单元提供的数据比自动变速器控制单元提供的数据（驾驶舒适）更重要。

数据的每一个位都有一个值，这个值定义为电位。这样就有2个可能：高电位（值为0）或低电位（值为1）。状态域由11位编码组成形式决定了其优先权。若3个控制单元同时发送数据，此时，在数据传输总线上进行一位一位的数据比较。如果一个控制单元发送了一个低电位，而检测到一个高电位，那么这个控制单元就停止发送，而转为接收器。举例说明如图1.24所示。图中第一位是开始域，它只有一位。从第二位开始是状态域，其中：

（1）位1。ABS/EDL电控单元发送了一个高电位；Motronic电控单元也发送了一个高电位；自动变速器电控单元发送了一个低电位，而检测到一个高电位，那么它将失去优先权，而转为接收器。

（2）位2。ABS/EDL电控单元发送了一个高电位；Motronic电控单元发送了一个低电位并检测到一个高电位，那么它也失去优先权，而转为接收器。

（3）位3。ABS/EDL电控单元拥有最高优先权并且接收分配的数据。该优先权保证电控单元持续发送数据直至发送终了；ABS/EDL电控单元结束发送数据报告后，其他电控单元再发送各自的数据报告。

3）CAN数据总线防干扰

车辆中的干扰源是由电火花和电磁线圈开关联合作用产生的。其他干扰源还包括移动电话的发送站等。电磁波能够影响或破坏CAN的数据传送。为了防止外界电磁波干扰和向外辐射，CAN总线采用两条线缠绕在一起的形式，如图1.25所示。两条线上的电位是相反的，如果一条线的电压是5V，另一条线就是0V，两条线上的电压和总等于常值，而且所产生的电磁场效应也会由于极性相反而互相抵消。所以通过这种方法，CAN总线可得到保护而免受外界电磁场干扰，同时CAN总线向外辐射也保持中性，即无辐射。

4.CAN总线数据传递原理

CAN数据总线是控制单元间的一种数据传递形式，它连接各个控制单元形成一个完整的系统。控制单元首先向CAN控制器提供需要发送的数据，CAN收发器接收由CAN控制器传来的数据，并转化为电信号发送到数据总线上。在CAN系统中，所有控制单元内部都含有接收数据总线上的数据，并将编码数据分解成可以使用的数据的接收器。各控制单元判断接收的数据是否是本控制单元所需要的数据，如果需要，它将被接收并进行处理；否则便忽略。例如，发动机控制单元向自动变速器控制单元发送冷却液温度信号，自动变速器CAN收发器接收到由发动机控制单元传来的冷却温度信号后，转换信号并发给自动变速器控制单元内部的控制器，在此项数据传递过程中其他控制单元也会收到冷却液温度信号，但不一定要接收它，原因是该信号对自身不一定有用。

5.汽车CAN网络结构

现代汽车典型的电控单元主要有发动机控制系统、悬架控制系统、制动防抱死控制系统（ABS）、牵引力控制系统、ASR控制系统、仪表管理系统、故障诊断系统、中央门锁系统、座椅调节系统、车灯控制系统等。所有这些子控制系统连接起来构成一个实时控制系统——指令发出去之后，必须保证在一定时间内得到响应，否则就有可能发生重大事故。这就要求汽车上的CAN通信网络有较高的波特率设置。另外，汽车在实际运行过程中，众多节点之间需要进行大量的实时数据交换。若整个汽车的所有节点都挂在一个CAN网络上，众多节点通过一条CAN总线进行通信，信息管理配置稍有不当，就很容易出现总线负荷过大，导致系统实时响应速度下降的情况。这在实时系统中是不允许的，因此在对汽车上各节点的实时性进行分析之后，根据各节点对实时性的要求，设计了高、中、低速三个速率不同的CAN通信网络，将实时性要求严格的节点组成高速CAN通信网络，将其他实时性要求相对较低的节点组成中速CAN通信网络，将剩下的实时性要求不是很严格的节点组成低速CAN通信网络。并架设网关将这三个速率不同的三个通信网络连接起来，实现全部节点之间的数据共享。整个汽车的CAN通信网络拓扑结构如图1.26所示。

网关的主要作用是协调各个网络之间数据的共享，负责各节点之间的通信，其硬件结构与CAN节点非常相似。由于它负责高速与低速网络之间的数据共享，所以必须同时跨接在两个网络之间。CAN总线网关硬件框图如图1.27所示。

微处理器MC9S12DP256具有五个CAN模块，这里使用其中的两个：一个通过MC33989与低速网相连，实现与低速网的通信；另一个通过MC33989与高速网相连，实现高、低速网之间的通信以及对网络的管理。

发动机控制系统、悬架控制系统、制动防抱死控制系统、牵引力控制系统、ASR控制系统这5个节点是汽车运行的核心部件，对时间响应要求严格，因此将这5个节点组成高速CAN通信网络，通信波特率设为500bps。仪表管理系统、故障诊断系统等相对来说对实时性的要求较低，因此这些节点构成中速CAN通信网络，通信波特率设为128bps。中央门锁系统、座椅调节系统、车灯控制系统对实时性要求不是很严格，它们构成低速通信网络，通信波特率设为30bps。两个网关跨接高、中、低速三条总线，与各节点进行数据交换。网关通过对CAN总线间的待传数据信息的智能化处理，可以确保只有某类特定的信息才能够在网络间传输。

五、车载局域网系统的应用

车用局域网的应用非常广泛。如果按照应用系统加以划分，车用网络大致可分为4个系统：动力传动系统、车身系统、安全系统和信息系统。

1.动力传动系统

在动力传动系统内，动力传动系统模块的位置比较集中，可固定在一处，利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来。

动力CAN数据总线一般连接3个计算机：发动机、ABS/EDL及自动变速器计算机（动力CAN数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动和组合仪表等计算机）。总线可以同时传递10组数据：发动机计算机5组、ABS/EDL电脑3组和自动变速器计算机2组。数据总线以500kbps的速率传递数据，每一数据组传递大约需要0.25ms，每一电控单元7～20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元—发动机电控单元—自动变速器电控单元，见表1.2。

各数据仍然是以编码的形式进行传递，如节气门位置的信息，由8位编码进行传递，这样就可以有256种排列，所以从0°～102°的节气门位置就可以0.4°的间隔传递，见表1.3。

表1.2 动力CAN数据总线优先权顺序

表1.3 节气门位置信息的8位编码

在动力传动系统中，要求数据传递应尽可能快速，以便及时利用数据，所以在动力系统中采用的是高性能的发送器。高性能发送器会加快点火系统间的数据传递，这样使接收到的数据立即应用到下一个点火脉冲中。CAN数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中，在特殊情况下，连接点也可能设在发动机电控单元内部，如图1.28和图1.29所示。

2.车身系统

汽车车身的各处都配置有车身系统的部件。线束相对变长，容易受到电磁干扰的影响，为了防干扰，应尽量降低通信速度。在车身系统中，因为人机接口的模块、节点的数量增加，通信速度控制将不是问题，但成本相对增加，所以目前常采用直连总线及辅助总线。

舒适CAN数据总线一般连接五个控制单元，包括中央控制单元及四个车门的控制单元。舒适CAN数据传递一般具有五个功能：中央门锁控制、电动车窗控制、照明开关控制、后视镜加热及自诊断功能。控制单元的各条传输线以星状形式汇聚一点，这样做的好处是：如果一个控制单元发生故障，其他控制单元仍可发送各自的数据。该系统使经过车门的导线数量减少，线路变得简单。如果线路中某处出现对地短路、对正极短路或线路间短路，CAN系统会立即转为应急模式运行或转为单线模式运行。四个车门控制单元都是中央控制，只需较少的自诊断线。

数据总线以62.5kbps的速率传递数据，第一组数据传递大约需要1ms，每个电控单元20ms发送一次数据，优先权见表1.4，舒适系统中的数据可以用较低的速率传递，所以发送器性能比动力传动系统发送器性能低。

表1.4 舒适系统优先权

3.安全系统

安全系统指的是安全气囊触发系统，由于安全系统涉及人的生命安全，加上在汽车中气囊数目很多、碰撞传感器多等原因，要求安全系统必须具有通信速率快、通信可靠性强等特点。

4.信息系统

信息系统在车上的应用很广泛，如车载电话、音响等系统的应用。对信息系统通信总线的要求是：容量大、通信速度高。通信媒体一般采用光纤或铜线，因为这两种介质传输的速率快、距离长，能满足信息系统的高速化需求。

除上述所介绍的系统之外，还有面向21世纪的控制系统、高速车身系统及主干网络等。这就意味着将会有不同的网络并存，要求网络之间既可以互相连接，也可以分开。为了实现即插即用，都将各个局域网与总线相连，根据汽车的平台选择并建立所需要的网络，典型的车用网络平台如图1.30所示。