总线系统的构成与结构

总线系统主要由控制单元、数据总线、网络、架构、通信协议、网关等组成。

1.控制单元

控制单元（ECU）是检测信号或进行信号处理的电子装置，简单的如温度传感器和压力传感器。

2.数据总线

数据总线（BUS）是控制单元间运行数据传递的通道，即所谓的信息“高速公路”。如果一个控制单元可以通过总线发送数据，又可以从总线接收数据，则这样的数据总线就称之为双向数据总线。汽车上的数据总线实际是一条导线或两条导线。

高速数据总线及网络容易产生电磁干扰，这种干扰会导致数据传输出错。数据总线有多种检错方法，如检测一段特定数据的长度，如果出错，数据将重新传输，这就会导致各系统的运行速度减慢。

解决的方法有使用价格高、功能更强大、结构更复杂的控制单元。可用双绞线（见图2－3，为克莱斯勒CCD 系统采用的双绞线数据总线），它的数据传递是基于两条线的电压差。图上标示了所有进入发动机部位节点（控制单元和总线的连接点）的信息，需要时这些信息就会通过两条数据总线（M1 和M2）从发动机控制单元节点传输出去。

图2－3　克莱斯勒CCD 系统采用的双绞线数据总线

数据总线的速度通常用波特率来表示，波特率是每秒千字节数（kbit/s）

波特（Baud）是指每秒钟信号的变化次数或者传输的字位数，得名于一位法国工程师的名字（Jean Baudot），CAN 总线的速度最大达到1 Mbit/s。

并行通信中，传输速率是以每秒传送多少字节来表示，而串行通信中，传输速率在基波传输的情况下（不加调制，以其固有的频率传送）以每秒钟传送的位数（bit/s）即波特率来表示。因此，1 波特＝1 位/秒（bit/s）。

最常用的标准波特率是110、300、1000、1200、2400、4800、9600 和19200 波特。CRT终端能处理9600 波特的传输，打印机终端速度较慢，点阵式打印机一般也只能以2400 波特的速率来接收信号。

比特率指每秒可传输的二进制位数。

通信线上所传输的字符数据是按位传送的，1 个字符由若干位组成。因此，每秒钟所传输的字符数即字符速率，字符速率和波特率是两种概念。在串行通信中，所说的传输速率是指波特率而不是指字符速率，在某异步串行通信中传送1 个字符（包括1 个起始位、8 个数据位、1 个偶校验位、2 个停止位）若传输速率是1200 波特，那么，每秒所能传送的字符数是1200/（1＋8＋1＋2）＝100。

波特率和比特率的区别：

①波特率指信号每秒的变化次数；比特率指每秒可传输的二进制位数。

②在无调制的情况下，波特率精确等于比特率。采用调相技术时，波特率不等于比特率。

在汽车总线上一般不采用调相技术，因此波特率精确等于比特率，但它们是两种概念。

数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位数来表示，其单位为每秒比特数（bit/s）、每秒千比特数（kbit/s）或每秒兆比特数（Mbit/s）。

数据总线幅宽会影响数据传输的速度，32 位的数据传输速率要比8 位快4 倍。传输速度快并不能说明一切，通用公司在其新型车Brarada、Trailblazer、Envoy sport 的低速OBD Ⅱ总线上采用了主/从架构。货车的车身控制单元是主控制模块，其他17 个模块分别在不同的物理位置上。这些模块具有许多控制功能，如蓄电池缺电保护、自动空调控制、灯光控制、座椅控制、防盗控制、刮水器控制、喷淋控制、具有记忆功能的座椅、后视镜和门锁控制，还包括许多遥控的个性化调节装置。

图2－4所示为通用公司OBD－Ⅱ的基本结构。从图上可以看出，所有的输入信号线和输出信号线都经过车辆控制模块，许多车还有一根总线连接ABS 模块。车辆控制模块采用轮速信号作为车辆的速度输入信号，同时控制发动机和自动变速器，所以无须像其他车辆一样再用另一根总线和自动变速器控制模块连接。

图2－4　通用公司OBD－Ⅱ的基本结构(www.xing528.com)

3.网络

局域网是在一个有限区域内连接的计算机网络。通过这个网络实现这个系统内的信息资源共享，局域网一般的数据传输速度为105 kbit/s 左右，汽车上的总线传输系统（车载网络）是一种局域网。

图2－5所示为速腾轿车的数据总线和连接到总线上的控制单元，数据总线连接到局域网上，构成整个车载网络。

图2－5　速腾轿车车载网络系统

4.架构

架构——信息高速公路（BUS）的配置，其输入和输出端规定了什么信息能进和什么信息能出。如果指挥交通需要“警察” （一种特殊功能的芯片），那么就要有“警局”，即模块的输入/输出端。架构通常包括1～2 条线路，采用双线时，数据的传输是基于两条线的电压差。当其中的1 条线传输数据时，它对地有个参考电压。

数据总线及网络架构的其他重要特征包括：能一起工作的模块数量；可扩展性，无须大的改动就可增加新的模块；互交信息的种类；数据传输速度；可靠性或容错性（抗故障性）及数据交换的稳定与准确性；成本的高低；架构的特定通信协议。

5.通信协议

通信协议犹如交通规则，包括“交通标志” 的制定方法。通信协议的标准包含唤醒、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。握手就是模块间的相互确认兼容并处于工作状态。作为汽车维修人员，并不关心通信协议本身，而真正关心的是它对汽车维修诊断的影响。为什么各汽车制造厂家都制定通信协议呢？ 通信协议本身取决于车辆要传输多少数据、要用多少模块、数据总线的传输速度要多快。大多数通信协议（以及使用它们的数据总线和网络）都是专用的，因此，维修诊断时需要专门的软件。

6.网关

按照汽车装配的不同控制单元对总线系统性能要求的不同，汽车上的总线系统各有不同。图2－6为一汽迈腾轿车CAN 数据总线，共设定了动力系统总线（驱动总线）、舒适系统总线、信息系统总线、仪表系统总线和诊断系统总线5 个不同的区域。

图2－6　一汽迈腾轿车CAN 数据总线由网关连接的系统

（1）识别和改变不同总线网络的信号和速率

由于不同区域车载网络的速率和识别代号不同，因此，一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个数据总线系统接受，这个任务由网关（Gateway）来完成。如图2－6所示，通过网关将5 个系统联成网络，由于电压和电阻配置不同，所以在CAN 动力数据总线和CAN 舒适/信息数据总线之间无法进行耦合连接。另外，这两种数据总线的传输速率是不同的，这就决定了它们无法使用不同的信号。这样，就需要在这两个系统之间能完成一个转换，这个转换过程也是通过网关来实现的。

（2）改变信息优先级

如车辆发生相撞事故，安全气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在动力系统总线中是非常高的，但转到舒适系统车载网络后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统中的功能只是打开车门和灯。

（3）网关可作为诊断接口

根据车辆的不同，网关可能安装在组合仪表内、车上供电控制单元内或在自己的网关控制单元内。由于通过CAN 数据总线的所有信息都供网关使用，所以网关也用作诊断接口。

网关相当于站台，如图2－7所示，在站台A 到达一列快车（CAN 驱动数据总线，500 kbit/s），车上有数百名旅客。在站台B 已经有一辆慢车（CAN 舒适/ 信息数据总线，100 kbit/s）在等待，有一些乘客就换到这辆慢车上，而站台B 上有一些乘客要换乘快车继续旅行。

图2－7　网关的功能

车站/站台的这种功能，即让旅客换车，以便通过速度不同的交通工具到达各自目的地的功能，与CAN 驱动数据总线和CAN 舒适/ 信息数据总线两系统网络的网关功能是相同的，网关的主要任务是使两个速度不同的系统之间能进行信息交换。