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作者:郑易

出版社:机械工业出版社

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汽车车载网络维修必会技能200问

汽车车载网络维修必会技能200问试读:

第一章 车载网络系统必知常识

1-1 什么是车载网络系统

车载网络系统是指汽车上多个电控系统的控制单元之间相互连接、协调工作并共享信息 构成的汽车车载计算机网络系统。控制单元(Electronic Control Unit,ECU)一般是汽车内部系统控制模块的代名词。ECU的主要部分是微机,而核心部件是CPU。ECU将输入信号转化为数字形式,根据存储的参考数据进行对比加工,计算出输出值,输出信号再经功率放大去控制若干个调节伺服元件,如继电器和开关等。因此,ECU实际上是一个“电子控制单元”,它由输入电路、微机和输出电路三部分组成。控制单元(ECU)是电控系统的核心。

传统汽车通常采用导线将控制单元及负载设备连接起来,即采用点对点通信方式。随着汽车电子技术的不断发展,车辆上的电控系统越来越多,功能也越来越复杂,采用了很多控制单元。例如,动力系统方面有发动机电控系统、自动变速器电控系统、ABS制动防抱死电控系统、牵引控制系统等;车身系统方面有车门电控系统、座椅电控系统、车灯电控系统、安全气囊电控系统、空调电控系统等;娱乐及媒体系统方面有收音机电控系统、车载电话电控系统、导航电控系统、CD播放电控系统、电视电控系统等。

每一个控制单元都需要和多个传感器、执行器之间进行信息传递,而每一个输入、输出信号又可能与多个控制单元之间发生通信。如果每个电控系统都独立配置一整套相应的传感器和执行器,势必造成导线的大量增加,从而使得在有限的汽车空间内布线越来越困难,限制了功能的扩展,也增加了汽车维修人员进行故障诊断和维修的难度。此外,汽车综合控制的准确性也要求输入、输出信号和数据能做到共享,只有这样才能对汽车实现更为复杂的控制。

因此,汽车上的控制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控制单元进行信息交流,并经过复杂的控制运算,发出控制指令,简单的导线连接无法做到这一点。另外,不同的控制单元常常会同时用到相同的传感器信号,简单的导线连接势必造成传感器或导线的浪费和电路的复杂化,而导线本身是汽车电子系统中成本较高的部件。据统计,导线质量在汽车上可占整车质量的4%,导线质量每增加50kg,油耗会增加0.2L/100km。

车载网络系统的构建能从根本上解决上述问题。我们经常说到的计算机网络,简单来说,就是分布在不同地点、具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来,在软件和协议管理下进行信息交换,实现资源共享和协同工作。将其引申到车载网络,则是指分布在车辆上不同位置、各自独立的多个电控系统,通过数据总线和网关服务器连接在一起,通过规定的通信协议实现信息共享、共同工作和复杂功能。

图1-1就是一个典型的车载网络系统,它将上述汽车上的各个电控系统的控制单元用数据总线(等同于网线)统统连接成了一个网络,从而实现信息共享、减少布线、降低成本以及提高总体可靠性的目的。目前,世界上所有汽车制造商无一例外地在车载网络系统的研发和应用上投入大量人力和物力。同时,用户也从中获得了实际利益,这直接体现在汽车性价比的提高上。图1-1 典型车载网络系统

1-2 车载网络系统的发展历史经历了哪些阶段

1980年,在汽车上第一次引入了电控系统。最早得到应用的是发动机电控系统和防抱死制动系统(ABS),这些系统之间和系统对外进行数据交换时,早期采取点对点连接形式,通过模拟信号或简单的电信号来实现。此后不久,汽车制造商们一致认为必须制订一套统一的数据通信解决方案,BOSCH公司作为欧洲汽车电控系统制造商之一,带头承担了这个任务。

1983年,丰田公司在世纪牌汽车上最早采用了应用光缆的车门电控系统,实现了多个控制单元的连接通信。该系统采用了集中控制的方法,车门控制单元(ECU)可对各个车门的门锁、玻璃升降进行控制,这是早期在汽车上采用的光缆系统,可被看作是最早的车载网络系统。

1986年至1989年,汽车的车身电气系统中装用了以铜线作为网线连接的车载网络系统。例如,日产公司的车门多路传输控制系统、通用公司的车灯多路传输控制系统等,均投入了批量生产。在此期间,一些车载网络系统的标准也纷纷推出。

1986年2月,BOSCH公司在美国汽车工程师协会(SAE)大会上介绍了一种新型的串行总线———控制器局域网(ControllerAreaNetwork,CAN)。随后,美国汽车工程师协会(SAE)提出了J1850。此后,日本也提出了各种各样的网络方案。并且丰田、日产、三菱和马自达等汽车制造商也都将车载网络系统投入批量生产,但没有统一为以车身电气系统为主的控制方法。而在其他国家,特别是欧洲的汽车制造商则大量采用了CAN,由于其控制系统上都可以采用CAN,从而充分证明了CAN在车载网络系统领域的先进性。而在美国,通过采用SAEJ1850普及了车载网络系统,在SAE中也通过了CAN的标准,明确表示将转向CAN。

20世纪90年代,由于集成电路技术和电子器件制造技术的迅速发展,单片机开始作为总线的接口端,采用总线技术的价格逐步降低,总线技术进入了实用化阶段,车载网络的时代开始了。

2000年,欧洲以与CAN协议不同的思路提出了控制系统的新协议———基于时间触发的协议(TimeTriggeredProtocol,TTP),并在X-by-Wire系统上开始应用。在此对X-by-Wire适当加以说明,对于飞机的控制系统来说,有一个词组为Fly-by-Wire,直译为线控飞行系统,它表示飞机的控制方式,即将飞行员的操纵和操作命令转换成电信号,利用计算机控制飞行的工作方式。将这种操作方式引入汽车,则出现了Drive-by-Wire系统,直译为线控驱动系统。在汽车上类似的系统还有Steering-by-Wire(线控转向)系统、Brake-by-Wire(线控制动)系统,将这些系统统称为X-by-Wire系统。

与这些网络采用不同思路开发的是汽车信息系统,该系统在开关、显示设备之间建立网络,利用光纤将显示信息进行传递。为了实现音响系统的数字化,建立了将音频信号与信息系统综合在一起的AV网络。为了满足大容量数据连续输出,这种网络采用了光缆。当对汽车引入智能交通系统(ITS)时,由于要与车外交换数据,所以在信息系统中将会采用更大容量的网络,于是出现了DDB协议、MOST及IEEE1394等。表1-1为常见汽车车载网络系统的开发年份、采用厂家等。表1-1 常见汽车车载网络系统的开发年份、采用厂家等

随着汽车电子技术的发展,车载网络系统变得越来越复杂,导致现在的新车型上要采用多个互联的总线系统组成网络。为了控制这种复杂的车载网络系统,降低成本,汽车制造商将被迫去寻找对总线系统和数据交换所采用的协议标准化的解决方案。表1-2为目前主要车载网络系统的基本情况。表1-2 目前主要车载网络系统的基本情况

在未来,由于大量数据需要交换和处理,车载网络系统迫切需要频带更宽的总线。CAN总线将在一段时间内继续充当车载网络系统的统治角色,采用一种LIN、CAN和FlexRay混合的协议方案正成为趋势,而MOST和ByteFlight也将在信息娱乐网络和安全网络中占据一席之地。

1-3 什么是局域网

局域网(Local Area Network,LAN)是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组或网络。一般这个区域具有特定的职能,通过这个网络实现这个系统内的资源共享和信息通信,如可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。连接到网络上的可以是计算机、基于微处理器的应用系统或智能装置。局域网是封闭型的,可以由办公室内的两台计算机组成,也可以由一个公司内的上千台计算机组成。

从物理意义上讲,汽车上许多控制单元和数据总线距离很近,为了实现信息共享而把多条数据总线连在一起,或者把数据总线和控制单元当作一个系统,形成网络,符合上述局域网的特征,因此被称为汽车上的局域网(LAN)。

如图1-2所示,丰田公司雷克萨斯LS430型轿车的几条数据总线间共有29块相互交换信息的控制单元,几条数据总线连接29个控制单元,总线又连接到局域网上,构成整个车载网络。其数据传输速率一般在10~103kbit/s范围,传输距离在几十米范围。图1-2 雷克萨斯LS430型轿车局域网

1-4 什么是模块和节点

模块又称构件,是能够单独命名并独立地完成一定功能的程序语句的集合(即程序代码和数据结构的集合),可以将模块理解为一种具有独立工作和通信能力的电子装置,简单的如温度和压力传感器,复杂的如计算机(微处理器CPU或控制单元)。在计算机多路传输系统中,一些简单的模块被称为节点。车载网络就是把单个、分散的测量控制设备(模块)变成网络节点,以数据总线为纽带,把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统(见图1-3)。

1-5什么是多路传输

多路传输是指在车载网络系统中,将多种信息混合或交叉通过一条通信信道传输的方式。事实上由大量数字信号组成的信息是依次传输的,但速度非常快,似乎就是同时传输的。对一个人来说,0.1s算是非常快了,但即使对一台运算速度相对慢的计算机来说,0.1s也是很长的时间。如果将0.1s分成许多微小的片段,每个片段传输其中一个数字信号,就可实现在一条通信信道上传输多个数字信号,这就是分时多路传输。常见的车载网络系统是单线或双线分时多路传输系统。

图1-4为常规线路与多路传输线路的区别。采用常规线路控制灯光、电动机、加热器和电磁阀,需要四条直接受开关控制的较长供电线。而采用多路传输线路,可先通过一个ECU接收开关控制信息,然后通过一个通信信道将四种信息发给另一个ECU,另一个ECU根据接收的信息来控制上述电器。值得注意的是,多路传输系统ECU之间所用导线比常规线路系统所用导线少得多。由于多路传输可以通过一根线(数据总线)执行多个指令,因此图1-4 常规线路与多路传输

可以增加许多功能装置。

1-6什么是数据总线

汽车上的电控系统彼此之间的关系越来越密切,它们之间的信息交流也变得越来越必要。为了传输信息,人们采用了数据总线(Multi-plexing)作为沟通交流的载体,并对这些信息交流进行管理。数据总线是电控系统模块间运行数据的通道,即所谓的“信息高速公路”,如图1-5所示。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信号被多个电控系统共享,从而最大限度地提高整体效率,做到充分利用有限的资源。图1-5 信息高速公路示意图

例如,常见的计算机键盘有104位键,可以发出100多个不同的指令,但键盘与主机之间的数据连线却只有7根,键盘正是依靠这7根数据连线上不同的电平组合(编码)来传递信号的。如果把这种方式应用在汽车电控系统上,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动作与含义,信号解码后,根据指令接通或断开对前照灯、刮水器、电动座椅灯等用电设备的通路。这样就能将过去一线一用的专线制改为一线多用制,大大减少了汽车上导线的长度与数目,缩小了线束的直径。当然,数据总线还可使计算机技术融入整个汽车系统中,加速了汽车智能化的发展。

如果系统可以发送和接收数据,则这样的数据总线就称为双向数据总线。车载网络数据总线通常是1条数据线或2条数据线。两线式的其中一条数据线不是用作额外的通道。它的作用有点像公路的路肩,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来承载“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。为了屏蔽电磁干扰,双线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,必须制订标准。按照ISO有关标准,CAN的拓扑结构为总线式,因此也称为CAN总线(CAN-BUS)。

高速数据总线及网络容易产生电噪声(电磁干扰),这种电噪声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、结构更复杂的模块;采用双绞线数据总线,它的数据传递是基于两条总线的电压差,可以有效抑制共模干扰信号,使传输效率大大提高。

1-7 什么是主总线系统和子总线系统

原则上把数据总线系统分为两类,即主总线系统和子总线系统。主总线系统负责跨系统的数据交换;子总线系统负责系统内的数据交换。这些系统用于交换特定系统内数据量相对较少的数据。以宝马汽车为例,见表1-3,其主总线系统有K总线(也称I总线)、D总线、CAN、K-CAN、F-CAN、PT-CAN、byteflight、MOST等;见表1-4,子总线系统有K总线协议、BSD、DWA总线、LIN总线等。表1-3 宝马汽车的主总线系统

①在更早的车型中也称为I总线。表1-4 宝马汽车的子总线系统

1-8 什么是通信协议(传输协议)

人们的生活中有很多协议,如劳动保障协议、国际贸易公平协议、土地使用协议等。协议(Protocol)是指两个或两个以上实体为了开展某项活动,经过协商后达成的一致意见。网络是由许多具有信息交换和处理能力的节点互连而成的,要使整个网络有条不紊地工作,就要求每个节点必须遵守一些事先约定好的有关数据格式及时序等规则。这些为实现网络数据交换而建立的规则、约定或标准就称为网络协议。

在车载网络中,模块之间通过数据总线通信时,通信双方需要一些预先制订的标准和约定才能正常交换信息,如通信方法、通信时间、通信内容等,从而保证通信双方能做到相互配合、共同遵守,这些规则就称为通信协议。

通信协议犹如交通规则,其中包括“交通标志”的制订方法。就像现实生活中消防车、救护车拥有优先通行权,同样在车载网络系统中,例如车辆发生碰撞的信息相对于其他相对重要性较低的信息拥有优先传输权,以保证迅速打开安全气囊、收紧安全带的同时将车门解锁和点亮危险警告灯,为驾乘者做到最大限度避险。通信协议的标准包含“唤醒访问”和“握手”。“唤醒访问”就是一个送至某模块的信号,这个模块为了节电而处于休眠状态;“握手”就是模块间相互确认兼容并处在工作状态。汽车维修人员不用关心通信协议本身,但应了解它对汽车维修诊断的影响。通信协议本身取决于车辆要传输的数据量、使用的模块数量及数据总线的传输速度。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。

通信协议种类繁多,全球各大汽车制造商采用的典型通信协议主要有8种,见表1-5。除这8种通信协议之外,还有其他协议,如:宝马公司(BMW)1994年提出的DAN集中式网络协议、阿尔法·罗密欧公司的DAN集中式网络协议、卢卡斯(Lucas)公司的光学分布式星形耦合器系统、日立公司的集中式光学单纤维双向通信协议以及飞利浦公司的DDR分布式网络协议等。到目前为止,世界上尚无一个可以兼容各大汽车公司通信协议的通用标准,仍是多种类型的通信协议共存的局面。表1-5 典型通信协议注:SAE———美国汽车工程师学会;ISO———国际标准化组织。

通信协议的三要素如下:(1)语法 确定通信双方之间“如何讲”,即由逻辑说明构成,要对信息或报文中各字段格式化,说明报头(或标题)字段、命令和应答的结构。(2)语义 确定通信双方之间“讲什么”,即由过程说明构成,要对发布请求、执行动作以及返回应答予以解释,并确定用于协调和差错处理的控制信息。(3)定时规则 指出事件的顺序以及速度匹配、排序。

通信协议的功能是控制并指导两个对话实体的对话过程,发现对话过程中出现的差错并确定处理策略。具体说来,每个通信协议都是具有针对性的,用于特定的目的,所以各通信协议的功能是不一样的,但是有一些公共的功能是大多数通信协议都具有的。这些功能包括四个方面:(1)差错检测和纠正 面向通信传输的协议常使用“应答-重发”和通信校验进行差错的检测和纠正工作。一般来说,通信协议中对异常情况的处理说明要占很大的比例。(2)分块和重装 用协议控制进行传送的数据长度是有一定限制的,参加交换的数据都要求有一定的格式。为满足这个要求,就需要将实际应用中的数据进行加工处理,使之符合协议交换时的格式要求,只有这样才能应用协议进行数据交换。分块与重装就是这种加工处理操作。分块操作将大的数据划分成若干小块,重装操作则是将划分的小块数据重新组合复原。(3)排序 对发送出的数据进行编号以标志它们的顺序,通过排序,可达到按序传递、信息流控制和差错控制等目的。(4)流量控制 限制发送的数据量或速率,以防止在信道中出现堵塞现象。

1-9什么是传输媒体

传输媒体又称传输媒介、传输介质或链路,指的是网络信息传输的媒体,在车载网络中是指发送方模块和接收方模块之间的物理通路,分为有线和无线两种类型。目前车上使用的大多数传输媒体都是有线网络。通常用于局域网的有线传输媒体有双绞线、同轴电缆和光纤。表1-6列出了三种传输媒体的主要特性。表1-6 三种传输媒体的主要特性图1-6 双绞线

如图1-6所示,双绞线由螺旋扭在一起的两根绝缘导线组成,线对扭在一起的目的是减少相互间的辐射电磁干扰。双绞线是局域网中最普通的传输媒体,一般用于低速传输,最大传输速率可达几Mbit/s;双绞线成本较低,传输距离较近,非常适合车载网络的情况,也是车载网络使用最多的传输媒体。双绞线既可以用于点到点的连接,也可以用于多点的连接,作为一种多点媒体,双绞线比同轴电缆的价格低,但性能差,普遍用于点-点连接。在低频传输时,双绞线的抗干扰性相当于或高于同轴电缆,但在超过10~100kHz时,同轴电缆就比双绞线明显优越。在价格上,双绞线比同轴电缆或光导纤维都要便宜得多。图1-7同轴电缆1—塑料封套2—网状屏蔽层3—绝缘层4—铜线内芯

同轴电缆也像双绞线那样由一对导体组成,但它们按“同轴”形式构成线对,如图1-7所示,最里层是铜线内芯,外包一层绝缘层,外面再包一层网状屏蔽层,最外面则是起保护作用的塑料封套。铜线内芯和屏蔽层构成一对导体。闭路电视所使用的CATV电缆就是同轴电缆。同轴电缆可以满足较高性能的传输要求,适用于点到点和多点连接,连接的网络节点较多,跨越的距离较大。由于同轴电缆有较高的数据传输率,因此总线上信号间的物理距离非常小。这样,只允许有非常小的衰减或噪声,否则数据就会出错。同轴电缆的抗干扰性能比双绞线强。在价格上,安装同轴电缆的费用比双绞线高,但比光导纤维低。

同轴电缆既能采用基带传输方式进行数据传输,又能采用宽带传输方式进行数据传输。基带传输是利用数字信号传递信息,传输速率一般为1~10Mbit/s,在限制传输距离和联网设备数据的条件下,可达50Mbit/s。宽带传输是采用电缆电视技术,利用调制方法传递模拟的已调载波信号,传输速率一般也为1~10Mbit/s,但其可以提供多条数据路径,支持多功能、大跨度网络。图1-8 光导纤维1—彩色包层 2—黑色包层 3—反射涂层 4—纤芯

光纤是光导纤维的简称,如图1-8所示。光导纤维由纤芯、反射涂层、黑色包层和彩色包层组成。纤芯是光导纤维的核心部分,它是用有机玻璃制成的光导线,根据全反射的原理进行几乎无损失的传导。透光的反射涂层是用氟聚合物制成,它包在纤芯周围,对全反射起到关键的作用。黑色包层是由尼龙制成,它用来防止外部光的照射。彩色包层起到识别、保护及隔热的作用。

光导纤维中光波的传送方式如下:(1)笔直的光导纤维光导纤维以直线方式在内芯线中传导部分光波,如图1-9所示。大多数光波以z形图案传送,其结果是在内芯线的表面产生了全反射。(2)弯曲的光导纤维光波通过全反射在纤芯的涂层界面上反射,从而可以弯曲传送(见图1-10)。图1-9 笔直的光导纤维中光波的传送方式图1-10 弯曲的光导纤维中光波的传送方式(3)过于弯曲的光导纤维当一束光以小角度照射到折射率高的材料与折射率低的材料之间的界面时,那么光束就会被完全反射,这被称为全反射。光导纤维中的纤芯是折射率高的材料,涂层是折射率低的材料,所以全反射发生在纤芯的内部。这个效应取决于从内部照射到界面的光波角度,如果该角度过陡,那么光波就会离开纤芯,从而造成较大损失。当光导纤维弯曲或弯折过度时就会出现如图1-11所示的情况,故光导纤维的弯曲半径绝不能小于25mm。图1-11 过于弯曲的光导纤维中光波无法传输

光导纤维在电磁兼容性等方面有独特的优点,数据传输速度高,传输距离远。在车载网络中,特别在一些要求传输速度高的车载网络(如车上信息与多媒体网络)中,光纤都有很好的应用前景,但其受到成本和技术的限制,现在使用得并不多。

无线传输媒体中值得一提的是短程无线通信标准———蓝牙(Bluetooth)技术在汽车应用中的实现,该技术使汽车网络更加丰富多彩。

1-10什么是网关

车载网络系统发展到今天,一辆汽车上可能采用多条不同通信协议或不同传输速度的数据总线,这种情况下模块之间不能完全实现信息共享。所以必须有一种有特殊功能的模块能达到信息共享和不产生协议间的冲突,实现无差错的数据传输。网关(Gateway)就是这样一种模块,它又称网间连接器、协议转换器,能将采用不同通信协议或者不同传输速度的模块间传输的信息进行解码,重新编译,再将数据传输到不同的系统。它就像一个居民小区的门卫,任何人要进入小区,它都要先询问客人是否应邀前来,再通知某位住户有人来访了。

网关是复杂的网络互联设备,仅用于两个高层协议不同的网络互联。如图1-12所示,如果把高速总线看成一列特快列车,低速总线看成一列普快列车,其互相传输的信息看成旅客,则旅客要想换乘特快列车或普快列车,均需经过站台,这里的“站台”就是网关。图1-12 火车站与网关的类比示意图

如图1-13所示,网关是车载网络系统内部通信的核心,通过它不仅可以实现各条总线上的信息共享,还能实现车载网络系统的管理和故障诊断功能。图1-13 网关

车载网络系统中网关的作用有:

1)网关可以把局域网上的数据转变成可以识别的诊断数据语言,方便诊断。

2)网关可以实现低速网络和高速网络的信息共享。

3)与计算机系统中的网关作用一样,负责接收和发送信息。

4)激活和监控局域网络的工作状态。

5)实现汽车网络系统内数据的同步性。

6)对信息标识符进行翻译。网关有集成在组合仪表或控制单元内部的,也有单独安装的,一般安装在仪表板左下方或加速踏板上方。

1-11 车载网络系统采用哪种信息传输方式

常见的信息传输方式有:模拟信号传输和数字信号传输。

1.模拟信号传输“模拟”这个概念来源于希腊语“Analogos”,表示“类似于”。模拟信号是指与数据成比例的连续变化的物理常量(见图1-14)。模拟信号的特点是可以采用0~100%之间的任意值,因此该信号为无级方式。采用模拟信号的有指针式测量仪器、水银温度计、指针式时钟等。①—最大值 U—电压 t—时间

例如,听音乐时耳朵接收到模拟信号(声波连续变化),电气设备(音响系统、收音机、电话等)以同样的方式通过连续变化的电压表示出这种声音。但当这种电信号由某一设备向另一设备传输时,接收装置接收到的信息与发射装置发送的信息并不完全相同,这是由于受到电缆长度、导线电阻、无线电波和移动无线电信号等因素干扰造成的,故模拟信号传输的缺点是抗干扰能力差。此外,由于模拟信号电压变化太小可能无法显示出可靠的数值(如ABS、安全气囊和发动机管理系统等),因此出于安全技术的原因,在车辆应用方面不通过模拟方式传输信息。

2.数字信号传输“数字”这个概念来源于拉丁语“Digitus”,表示手指或脚趾。因此,“数字”就是指可以用几个手指就算清的所有事务,确切地说,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。因此,“数字”是“模拟”的对立形式。采用数字信号的有数字万用表、数字时钟、CD、DVD等。

图1-15为数字信号,当数字信号受干扰时,模块有过滤功能即只识别高电位如5V或低电位如0V,故抗干扰能强,缺点是传输带宽非常大。

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),称之为二进制信号传输。如图1-16所示,一个二进制信号只能识别两种状态:0和1,或高和低。二进制信号可以直接用来表示一些状态,例如:1表示车灯亮起,0表示车灯未亮起;0表示继电器已断开,1表示继电器已吸合;1表示供电,0表示未供电。图1-15 数字信号U—电压 t—时间图1-16 二进制信号①—高 ②—低 U—电压 t—时间

车载网络系统采用的信息传输方式均为二进制信号传输。在车辆应用中,高电平为1,低电平为0。为了能够清楚区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6~12V;低电平为0~2V;2~6V之间的范围即所谓的禁止范围,用于识别故障(见图1-17)。图1-17 高、低电平的范围①—高电平范围 ②—禁止范围 ③—低电平范围U—电压 t—时间

1-12 什么是比特和比特率

比特是计算机专业术语,英文为Bit,即Binary digit(二进制数)的缩写,是信息量的度量单位,为信息量的最小单位。

车载网络系统的数据总线上传输的数字信号是以电压的形式出现的。高电压(如5V或2.5V)被识别为数值1的状态(见图1-18),低电压(如0V)被识别为数值0的状态(见图1-19),数值1或0作为数据的最小单位,就是一个比特。而数据总线上传输的信息,就是一长串比特。图1-18 数值1的状态图1-19 数值0的状态

如表1-7所示,如果数据由两个比特组成,就有四种可能的组合方式,可以用来表示四条不同状态的信息,发往各模块。随着比特数的增加,其组合方式以2的N次方的数量增加,所传输的信息量也随之增加。表1-7 两个比特的组合

比特率是指每秒传送的比特(bit)数,单位为bit/s。比特率越高,传送的数据越大。比特率表示经过编码后的数据每秒钟需要用多少个比特来表示。比特率与编码数据的关系,简单地说就是比特率越高,数据传输的质量就越好,但编码后的文件就越大;如果比特率小则情况刚好相反。

1-13 什么是字节

8个比特构成一个字节(Byte)。例如,节气门的位置信息由8个比特组成,其组合方式有256种,所能传输的位置信息有256个,0°~102°的节气门信息可以以0.4°为间隔进行传输,见表1-8。表1-8 节气门的位置信息10

更大字节单位的常用名称:1KB(千字节)=2 B,即1024B;201MB(兆字节)=2 B,即1024KB(1048576B);1GB(千兆字节)30=2 B,即1024MB(1073741824B)。

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