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1、目录第1章 绪论51.1 综述51.2车载网络的优点51.3 网络的拓扑结构分类6第 2 章 车载总线的基础知识与网络协议92.1 汽车总线数字系统92.2 信息传输方式92.3 网关7第3章 车载网路的物理层和结构原理213.1 CAN 网的物理层结构213.2 MOST 中的光纤传输223.3 FlexRay 的物理结构（拓扑结构）25第4章 BMW F02车载网络的总线研究274.1 BMW F02车载网络详细分析274.2 DSC模块的功能分析与工作原理37第5章 总结与展望46参考文献48致谢50附录51第1章 绪论 综述目前，各种高档车都很重视总线系统我在宁波宝恒宝马4S店工作一年
2、深深的感觉到学校里的那些东西已经跟不上高端车的发展了今天我给介绍一下宝马F02为主的车在网络总线系统目前，从小型车辆到高级车辆都使用了大量的电子装置。在未来几年内车辆还会使用更多的电子系统。立法机构关注于降低废气排放和燃油消耗。而客户则希望不断改善驾驶舒适性和安全性。由此实现的复杂功能必然要求控制单元之间进行数据交换。通常情况下，通过信号线路传输数据。各控制单元原本独立的处理过程通过各种总线系统相互联系起来。增加车载网络内的数据交换。论文以宝马 F02 参照对象，分析研究了宝马 F02 的车载网络在车身的分布以及其主要的传输功能，结合车身总线的分布，分析了各个总线上的相关模块的功能及其工作原理
3、，光纤在车载网络的应用。从宝马车载网络的应用历史，分析了 CAN 总线，MOST 总线， FlexRay 等车载总线在汽车的发展历程，以及车载网络的未来方向。车载网络的优点以前车辆使用的车载网络有很大的局限性，限制了车辆电气化的进程，主要以下的缺点：布线成本提高， 生产成本提高，车内空间要求提高，组件配置难以控制，整个系统可靠性下降。为了尽可能减少这些不利因素。汽车使用了的网络系统我们称之为总线系统。总线系统可通过“串行接口”使车内各个控制单元联网。由此带来的种种好处促进了这些系统在车辆上的应用。新的车载网络主要有以下的优点：提高整个系统的可靠性，降低布线成本，减少各种电缆数量， 减小导线束横
4、截面，灵活布线，多重使用传感器， 能够传输复杂数据，进行系统变更时灵活性较高，随时能够扩展数据范围，为客户实现新功能，有效诊断， 降低硬件成本。网络的拓扑结构分类计算机网络的拓扑结构，即是指网上计算机或设备与传输媒介形成的节点与线的物理构成的模式。计算机网络的拓扑结构主要有：星型结构、总线型结构、环形结构、树形结构和网状结构。 第 2 章 车载总线的基础知识与网络协议络的拓扑结构分类信息传输方式“数字”这个概念来源于拉丁语“Digitus”，表示手指或脚趾。因此，“数字”就是指可以几个手指就算清的所有事务，更确切的说，就是分为各个独立阶段的所有事务。数字表示方式就是以数字形式表示不断变化的参数
5、。尤其在计算机内，所有数据都以“0”和“1”的序列形式表示出来（二进制）。因此，“数字”是“模拟”的对立形式。例如：数字万用表、数字时钟、CD、DVD。一个二进制信号只能识别两种状态：0 和 1，或高和低。为了能够清楚区分车辆应用方面的分高和低两种电平状态，明确规定了每种状态的对应范围：高电平为 6V 至 12V ，低电平为 0V 至 2V ， 2V 至 6 V 之间的范围即所谓的禁止范围，用于识别故障。 网关网关用于连接不同类型的总线系统，具有不同逻辑和物理特性的总线系统通过网关连接起来，以此确保不同传输速度的总线系统仍可进行数据交换，各个总线系统发送的数据到达网关处。各信息的传输速度、数据
6、量和优先级信息在网关中进行过滤，必要时暂时存储起来。网关根据网关规定和转换表为相关总线系统转换信息。此时可以操作相关总线系统，信息到达其目标地址，必要时次要信息将保存在网关存储器内，稍后再发送保留的信息。第3章 车载网路的物理层和结构原理 MOST 中的光纤传输 光纤的结构传输数据、声音或图像时的数据量越来越大。今天，光缆技术已应用于电信和工业设备。该技术能在确保传输大量数据的同时提供其它优势。使用铜导线时，较高的数据传输率会造成较强的电磁辐射。这种辐射可能会干扰车内的其它功能。与铜导线不同的是，提供相同带宽时，光缆所需安装空间较小。此外，光缆要比铜导线更轻。与数据传输时铜导线上传输数字或模拟
7、电压信号不同，光缆传输的是光线。最常用的光缆包括：塑料光缆，玻璃光缆。BMW 车辆上只安装塑料光缆。与玻璃光缆相比，塑料光缆具有下列优势：纤维横截面更大 简化了技术制造过程，对灰尘相对不敏感，更易于使用，因为塑料不会像玻璃那样破碎，更易于处理。传输数据、声音或图像时的数据量越来越大。今天，光缆技术已应用于电信和工业设备。该技术能在确保传输大量数据的同时提供其它优势。使用铜导线时，较高的数据传输率会造成较强的电磁辐射。这种辐射可能会干扰车内的其它功能。与铜导线不同的是，提供相同带宽时，光缆所需安装空间较小。此外，光缆要比铜导线更轻。与数据传输时铜导线上传输数字或模拟电压信号不同，光缆传输的是光线
8、。最常用的光缆包括：塑料光缆，玻璃光缆。BMW 车辆上只安装塑料光缆。与玻璃光缆相比，塑料光缆具有下列优势：纤维横截面更大 简化了技术制造过程，对灰尘相对不敏感，更易于使用，因为塑料不会像玻璃那样破碎，更易于处理。光缆是一根较细的圆柱形塑料纤维，外面包裹着一层较薄的护皮，真正的光缆包裹在护皮材料内，护皮材料仅起到保护光缆本身的作用。在纤维内传输的光线随着传输距离的加大逐渐减弱，这一过程称为衰减。图 3.2 光学传输1 发送二极管 2 护皮 3 纤维内芯 4 接收二极管进行车辆导线束方面的工作时必须特别小心，与铜电缆不同，光缆损坏时不会立即产生故障，而是在日后使用中用户才能察觉出来。判断信号质量
9、的一个标准就是衰减度。过度衰减可能是由不同原因造成的：（1）弯曲半径 塑料光缆的弯曲半径不得小于 50 mm，50mm 大约相对于一个饮料瓶的直径。弯曲半径更小时会影响光缆的性能，甚至造成塑料光缆完全损坏。光线会从过度弯曲部位射出，因为此处无法正确反射光线。（2）纽结 安装时切勿纽结光缆，因为这会损坏纤维内芯和护皮，部分光线会在纽结部位发生散射，从而造成传输损失。（3）挤压部位 还要避免挤压光缆，因为挤压可能会造成光导横截面永久变形，传输时就会丢失光线。（4）摩擦部位 与铜导线不同的是，光缆上的摩擦部位不会造成短路，而会造成光线损失或使外部光线射入，系统就会受到干扰或完全失灵。（5）过度伸长
10、过度伸长会使芯线拉长并减小纤维内芯横截面面积，从而减少通过的光量，拉伸光缆时同样可能造成光缆损坏。（6）过热 光缆过热时不会立即产生故障，而是在日后使用中才会造成损坏，端面有污物或划痕，端面有污物或划痕时也可能会导致出现问题，虽然可以避免无意中接触端面，但操作不当仍可能会造成故障，光缆端部的污物会妨碍光线射入和射出，污物会吸收光线，造成衰减程度过大端面有划痕时会使到达该处的光线形成散射，从而减少到达接收装置的光线。主总线系统 数据传输率 总线结构D-CAN（诊断 CAN） 500 kBit/s 线性，双线以太网 100 MBit/s 线性FlexRay 10 MBit/s 混合拓扑结构，双线K
11、-CAN（车身 CAN） 100 kBit/s 线性，双线，在应急运行模式下可以单线运行K-CAN 2（快速车身 CAN） 500 kBIt/s 线性，双线MOST（多媒体传输系统总线） 22.5 MBit/s 环形，光缆PT-CAN（底盘 CAN） 500 kBIt/s 线性，双线PT-CAN 2（传动系 CAN） 500 kBit/s 线性，双线 DMS（Autoline）：经销商管理系统 TIS：查询维修说明 KSD：查询工时信息，故障代码 ETK：查询零件信息 WDS：查询电路图 DIS：车辆诊断测 ISTA：车间新系统 SIP：自学程序 K盘：技术文件夹（PuMA通告，技术升级信息，
12、加装改装信息），培训文件夹（车主手册，培训课件，学习资料），售后文件夹（宝马通函，流程制度）第4章 BMW F02车载网络的总线研究4.1 BMW F02车载网络详细分析图 4.1 BMW F02总线K-CAN ，K-CAN2车身总线K总线用于将普通车辆电气系统、信息和通信系统及安全系统的组件联网。其它具有通信功能并相互交换数据的控制单元也连接到 K 总线上，K 总线是一个双向单线接口。 PT-CAN动力传输总线PT-CAN 表示动力传动系控制器区域网络。Robert Bosch GmbH 将 CAN 开发为应用于车辆的总线系统，由于具有这种访问方式和根据目标寻址的特性，因此能够通过 CAN
13、有效建立起非常高效的事件控制系统，在多主控系统 CAN 中，任意数量总线设备之间可直接进行数据交换。PT-CAN 的传输速度为 500 kBit/s，是 BMW 车辆上最快的 CAN 总线。该总线将所有属于传动装置的控制单元和模块连接在一起，所有总线设备以并联方式连接，这种 CAN 总线的特点是使用了三根导线，而不是过去的两根导线。第三根导线作为唤醒导线使用，与 CAN 总线的原有功能无关。4.1.3 MOST 系统 多媒体系统MOST 是一种专门针对车内使用而开发的、服务于多媒体应用的通信技术。MOST 表示“多媒体传输系统”，MOST 总线利用光脉冲传输数据。MOST 技术满足两个重要要求
14、：（1） MOST 总线传输控制单元、音频、视频和导航数据，（2） MOST 技术提供了一种控制数据多样性和数据复杂性的逻辑框架模型。MOST 的优点：可达到较高的数据传输率，可在不相互干扰的前提下，并行同步提供信，息和娱乐服务，具有良好的电磁兼容性。F01/F02 上的 MOST 总线用于信息 / 通信方面的组件，车辆信息计算机作为主控控制单元使用。其它总线设备可能包括：DVD 换碟机,组合仪表,顶级高保真音响放大器,视频模块（仅限欧规车辆）,SDARS 卫星调谐器（仅限美规车辆）,电话.F01/F02 不再使用以前车型所用的 MOST编程接口，在这些车辆上现在通过以太网接口进行编程，光线方
15、向数据在 MOST 总线内始终沿某一方向传送。每个控制单元都可以将数据发送到 MOST 总线上，物理上的光线方向从主控控制单元（车辆信息计算机）经 DVD 换碟机、组合仪表至中央网关模块，再从中央网关模块至光缆分配器。所有安装在车辆尾部的控制单元都连接在光缆分配器上，光线从最后一个控制单元处重新返回主控控制单元。MOST 采用环形光缆结构。可以传输各种数据（控制单元、音频和图像数据）并提供各种数据服务，MOST 总线采用环形结构，通过光脉冲传输数据，只能朝一个方向传输数据，光缆用作传输媒介。各组件通过 MOST 共同组成一个中央单元，组件在更大程度上相互影响，利用即插即用（连接后即可使用）原则
16、可以非常简单地通过各组件扩展系统。MOST 能够控制并动态管理分布在车内的各项功能。多媒体网络的一个重要特征在于，它不仅能够传输控制数据，还能传输传感器数据。如果总线系统内出现故障，可能会导致这些事件控制的信息汇集在一起并造成总线系统过载，即各信号的传输要延迟很长时间。这样会导致各系统的控制性能变差。FlexRay 总线系统是一种时间控制式总线系统，它也可以通过事件控制方式进行部分数据传输。在时间控制区域内，时隙分配给确定信息。一个时隙是指一个规定的时间段，该时间段对特定信息（例如转速）开放。这样，在 FlexRay 总线系统内重要的周期性信息以固定的时间间隔传输，因此不会造成 FlexRay
17、 总线过载。对时间要求不高的其它信息则在事件控制区域内传输，总线信号确定性数据传输用于确保时间控制区域内的每条信息都实时传输，实时表示在规定时间内进行传输。因此不会由于总线系统过载而导致重要总线信息发送延迟，如果由于暂时性总线故障（例如 EMC 故障）导致一条信息丢失，则该信息不会再次发送，在为此规定的下一时隙内将发送当前数值。FlexRay 总线系统的最大数据传输率为每通道 10 MBit/s，这相当于 PT-CAN 2 或 D-CAN 数据传输率的20倍。唤醒和休眠特性虽然可通过总线信号唤醒 FlexRay 控制单元，但大部分 FlexRay 控制单元由 CAS 通过一个附加唤醒导线启用，
18、该唤醒导线的功能与以前 PT-CAN 内的唤醒导线（15WUP）相同，其信号曲线与 PT-CAN 的信号曲线一样。主动转向系统和 VDM 不通过唤醒导线，而是通过总线信号唤醒，随后通过接通供电直接由VDM 启用四个减振器卫星式控制单元，在“唤醒电压曲线”中展示了车辆开锁和起动时典型的电压曲线。第一阶段：驾驶员将车辆开锁。CAS 控制单元启用唤醒脉冲并通过唤醒导线将其传输给所连接的 FlexRay 控制单元。第二阶段：打开车辆，总线端 R 仍处于关闭状态，总线系统内的电压电平再次下降。第三阶段：起动车辆，总线端 15 接通，电压电平保持在设定值，直至再次关闭总线端 15。第四阶段：总线端 R 关
19、闭时整个车辆网络必须进入休眠模式，以免耗电过多，为确保所有控制单元都“休眠”，网络内的每个控制单元都自动注销，如果不是这种情况，就会存储一条故障信息，进行能量诊断工作时将评估这条故障信息。为了能够在联网控制单元内同步执行各项功能，在此需要一个共同的时基，因为所有控制单元内部利用其自身的时钟脉冲发生器工作，所以必须通过总线进行时间匹配。控制单元测量某些同步位的持续时间，据此计算平均值并根据这个数值调整总线时钟脉冲，同步位在总线信息的静态部分中发送，系统启动后，只要 CAS 控制单元发送一个唤醒脉冲，FlexRay上的两个授权唤醒控制单元（在总线概览中带有“S”标记）之间就会开始进行同步化。该过程
20、结束时，其余控制单元相继自动在 FlexRay 上注册并计算出各自的差值，此外在运行期间还会对同步化进行计算校正，这样可以确保最小的时间差，从而在较长时间内不会导致传输错误。4.2 DSC模块的功能分析与工作原理DSC 是一种在动态行驶极限范围内将行车稳定性保持在物理范围内的控制系统。此外还能改善牵引力。（1） DSC 单元 DSC 单元可以分解为 DSC 控制单元和液压单元，DSC 控制单元通过液压单元 (由阀体和调节泵马达组成) 控制制动系统中的制动力。（2） 4 个车轮转速传感器 车轮转速传感器计算出各个车轮上的车轮速度，此外，车轮转速传感器还识别旋转方向 (向前或向后)。（3） 安全和
21、网关模块 SGM 是下列部件之间的网关：PT-CAN，K-CAN Byteflight ( BMW 安全总线系统)，诊断导线。（4） 主动车速控制，自适应巡航控制系统(ACC) 的请求通过PTCAN 告知DSC，然后，DSC 通过在四个车轮上进行制动干预来降低行驶速度。（5） 灯光模块，在 ECD (电子调节减速，由ACC 触发) 功能下，当自动进行制动时，制动信号灯会按照法律规定亮起，为此，需要通过 K-CAN 向灯光模块(LM) 发送一个信号。（6） 组合仪表 DSC 控制单元控制着组合仪表中 DSC 的指示灯和报警灯。（7） 中央信息显示器(CID) 和控制器，在中央信息显示器 (CID
22、) 中显示检查控制信息的详细文本。此外，还可以借助 CID 和控制器对轮胎失压显示(RPA) 进行初始化设置。（8） 带 GPS 天线的电话控制单元，在无导航系统的车辆上，电话控制单元接收处理过的左前轮和右前轮转速信号。电话控制单元利用该信号计算出尽可能准确的车辆位置。（9） 带 GPS 天线的电话控制单元，在无导航系统的车辆上，电话控制单元接收处理过的左前轮和右前轮转速信号。电话控制单元利用该信号计算出尽可能准确的车辆位置。（10）轮胎漏气显示(RPA) 轮胎漏气显示的功能不属于动态行驶调节功能，RPA 集成在 DSC 控制单元中，因为该功能需要 4 个车轮转速信号。该系统根据 4 个车轮的
23、转速来比较各个车轮上的滚动范围F01/F02 通过中央网关模块实现了全新的总线连接结构。发动机管理系统和底盘控制系统总线系统概览原则上总线系统分为两组： 主总线系统：以太网，FlexRay，K-CAN，K-CAN 2，MOST，PT-CAN 和 PT-CAN2 子总线系统：BSD，D-CAN（诊断 CAN），LIN，局域 CAN主总线系统负责控制单元之间跨系统的数据交换。其中包括诊断、编程和设码等系统功能。子总线系统负责某个功能分组内的数据交换。例如晴雨 / 光照 / 水雾传感器的数据由接线盒电子装置读取、处理后继续发送至刮水器模块。晴雨 / 光照 / 水雾传感器与接线盒电子装置之间通过 LI
24、N 总线构成一个子总线连控制单元 AHM 挂车模块CID 中央信息显示屏CON 控制器 EHC 车辆高度电子控制系统 FCON 后座区控制器 FD 后座区显示屏 FD2 后座区显示屏 2 FKA 后座区暖风和空调系统 FLA 远光灯辅助系统 HiFi 高保真音响放大器HKA 后部空调系统* HKL 行李箱盖举升装置 HUD 平视显示屏 IHKA 自动恒温空调*RDC 轮胎压力监控系统 SMBF 前乘客座椅模块* SMBFH 前乘客侧后部座椅模块* SMFA 驾驶员座椅模块* SMBFH 驾驶员侧后部座椅模块* TRSVC 全景摄像机* VSW 视频开关 ZGM 中央网关模块： CAS 便捷登车
25、及起动系统 FRM 脚部空间模块 FZD 车顶功能中心 JBE 接线盒电子装置 PDC 驻车距离监控系统（集成在 JAL 主动转向系统BD 总线驱动器DME 数字式发动机电子系统DSC 动态稳定控制系统EDCSHL 左后电子减振器控制系统卫星式控制单元EDCSHR 右后电子减振器控制系统卫星式控制单元EDCSVL 左前电子减振器控制系统卫星式控制单元EDCSVR 右前电子减振器控制系统卫星式控制单元HSR 后桥侧偏角控制系统ICM 集成式底盘管理系统SZL 转向柱开关中心VDM 垂直动态管理系统ZGM 中央网关模块参考文献1（法）胡思德. 汽车车载网络（VAN/CAN/LIN）技术详解. 北京
26、：机械工业出版社, 2006.62 朱建凤 李国忠. 常见车系CAN-BUS原理与检修. 机械工业出版社,2006.93 BMW Aftersales Training Participants Manual Bus systems 2008 BMW Group4 BMW 参加者手册. F02 车载网络. BMW 集团,20085 BMW Participants Manual Coding, Individualization, Programming CIP BMW Group,20086 孙仁云 付白雪. 汽车电器与电子技术. 机械工业出版社, 20077 陈家瑞.汽车构造 .人民交通出
27、版社 20028 李俊玲 罗永阁主编. 汽车工程专业英语机械工业出版社, 20079 阳宪慧 厂业数据通信与控制网络IMI.北京:清华大学出版社，2003.610 黄曲菜,唐厚君等.基于CAN总线/LIN总线的车身控制系统. 工业控制计算机,200411LIN Consortium.LIN Specification Version 1.2.Jun.200012 陆孟雄，鲁植雄.CAN总线用于汽车布线的技术现状分析. 汽车科技,200213ISO 11898:Road vehicles-Interchange of digital information-Controller area net
28、work(CAN) for high-speed communication.14 邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计.北京: 科学出版社,199815 黄伟生,彭云峰等.汽车总线通信协议探讨与比较. 汽车技术,200416 罗峰,苏剑,袁大宏.汽车网络与总线标准. 汽车工程,200317 苟广鹏.控制器局域网络在汽车中的应用研究. 汽车工程,200618 MOST Cooperation. MOST Specification Version 2.1-00.Feb.200119 TTTech.TTP/C Specification Version 0.5.Jul.199920 BOSCH.
29、CAN Specification Version 2.0.Sept.1991致谢本论文是在机电各位老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，随着电子技术和大规模集成电路的迅速发展，网络技术在汽车上的广泛应用，必然是汽车的动力性、操作稳定性以及安全性都提升到一个更新的高度！在这里首先向全系各位老师表示我诚挚的谢意！我们学校的汽车专业的学生在外工作口碑都不错！在大学的三年中，得到了各位专业课老师的帮助和指导，在这里我表示诚挚的谢意！你们交给我的不仅仅是学术上的，更多的是做人做事的态度经验，这将是我终生受益，谢谢，老师！在这里，我还要希望学校能关注高端车人才的培养最后，我要感谢我们的老师和同学同事，多年来给我的鼓励和支持，谢谢 机电系汽车检测092班050709219号 李宗修 2012-5-23
