·設(shè)計·計算·研究VAN總線技術(shù)及應(yīng)用劉勇1朱俊1楊偉2劉豐奎(1.四川大學(xué);2深圳元征科技股份有限公司)【摘要】闡述了ⅤAN總線協(xié)議及其技術(shù)特點,描述了VAN的物理層和數(shù)據(jù)鏈層。以實例說明ⅤAN總線載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測技術(shù)和E- Manchester編碼。介紹了3類通信模塊、報文格式及其各部分的組成及功能。對通信中5種條件下的通信幀進行了說明,最后介紹了VAN總線的兩種典型應(yīng)用形式和發(fā)展趨勢主題詞:VAN總線協(xié)議應(yīng)用中圖分類號:U4636文獻標識碼:A文章編號:1000-3703(2007)05-0006-04Technique and application of VaN BusYong, Zhu Jun?, Yang Wei, Liu Fer(1. Sichuan University: 2 Shenzhen Yuanzheng Technology Co., Ltd.[Abstract]The article is mainly focused on the protocol of VAN bus and its technique characteristics, the physicallayer and data link layer are introduced. Take some practical example explain to the CSMA/CD technology and EManchester encode, then communication module, message format and its component and function are introduced. Five kindsof communication framesated. At the end of article, two typical applications and developing trend of van busdescribedKey words van bus, Protocol Application1AN總線概述Mb/s(40m內(nèi)),按SAE的分類(表1),應(yīng)該屬于C類當前各汽車廠商使用各種不同的總線,其功能表1SAE的汽車網(wǎng)絡(luò)分類差異比較大。但有一個明顯的趨勢是,現(xiàn)場總線的應(yīng)網(wǎng)絡(luò)用正在普及,特別是高級轎車更是如此。VAN(Ve-類別位傳輸率/kbs應(yīng)用場合hicle Area Network)又稱車輛局域網(wǎng),是現(xiàn)場總線A類低速,<10傳輸少量數(shù)據(jù)的場合,如控制行的一種,由法國的雷諸汽車公司和標致棘團聯(lián)合開Bx中速:0一的信息校驗場合如僅表發(fā)。VAN作為專門為汽車開發(fā)的總線,1994年成為C類高速,125-100實時控制場合,如動力系統(tǒng)國際標準。VAN通訊介質(zhì)簡單,位傳輸速率可達1ⅤAN與C類中的其他總線如表2所列2表2C類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議名稱主要用戶主要使用場合注釋歐洲控制場合應(yīng)用廣泛基于IO198van Renault &PSA時控制場合主要在法國及法國合資企業(yè),O159-3TTP/C TTTech實時控制場合由維也納工業(yè)大學(xué)定制FlexRay BMW, Montorola& Daimler Chrysler實時控制場合符合未來汽車應(yīng)用需求ⅤAN支持分布式實時控制的通訊網(wǎng)絡(luò),可廣泛實時控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在,VAN在世界汽車生產(chǎn)中已經(jīng)應(yīng)用于汽車門鎖、電動車窗、空調(diào)、自動報警以及娛得到大批量的應(yīng)用。樂控制等系統(tǒng)。VAN總線作為串行通訊網(wǎng)絡(luò),與般總線相比其數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性實時性2V中國煤化工和靈活性。VAN標準特別考慮了嚴峻的環(huán)境溫度CNMHG屬于lSO/OSI7電磁干擾和振動因素,尤其適用于需要現(xiàn)場總線的層模型,5U=3只刈理層和數(shù)據(jù)鏈層作了汽車技術(shù)設(shè)計·計算·研究定義因。TS是電壓出現(xiàn)變化的最小時間單位4,1NRZ21VAN的物理層位持續(xù)時間=1TS,1 Manchester位持續(xù)時間=2TS。物理層負責(zé)通信連接、編碼和解碼、時鐘同步,22ⅴAN的數(shù)據(jù)鏈層以及根據(jù)MAC層的要求,添加、去除特殊符號(SOF、數(shù)據(jù)鏈層定義了信息幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、通信優(yōu)先EOD、EOF),使兩個MAC子層得以數(shù)據(jù)交換。權(quán)、通信格式、通信要求、總線仲裁以及錯誤檢測及a.ⅤAN位傳輸速率可達1Mb/s,兩根數(shù)據(jù)線處理等。為在總線上可靠地傳輸數(shù)據(jù),要將數(shù)據(jù)打包數(shù)據(jù)線DATA和數(shù)據(jù)線 DATAB采用雙絞線、同軸成幀。幀即為組成一個完整消息的一系列數(shù)據(jù)位,分電纜或光纖均可)可以在一根線條件下工作,其電壓成幾個域,每個域包括了預(yù)定義類型的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈示意如圖1。其信號差動發(fā)送,能夠獲得強大可靠的層包含介質(zhì)訪問控制子層MAC和邏輯鏈路控制子噪聲抗擾度與故障容差。層LLC。其中,MAC子層是ⅤAN協(xié)議的核心,負責(zé)DATA報文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯誤檢測和標定,把接收到的報文提供給LLC子層,并接受來自LLC子層的報DATAB文,處理幀的封裝和解封裝。LLC子層負責(zé)報文濾波及錯誤處理。圖1兩根通信線DATA與 DATAB的電壓示意a.VAN的幀由SOF、 ID COM DATA(遠程幀b.ⅤAN采用E- Manchester(增強型 Manches-無)、FCS(CRC)、 EOD ACK(可選)及EOF8部分組e碼,通信速率最高可達1Mb/s如圖2所示,E-成每幀之間有幀間距IS從表3可以看出,4個域Manchester碼為3個NBZ碼(不歸零碼),與一個(ID,coM、 DATA CRC)使用 E-Manchester碼。對Manchester碼作為一組,自同步無需填充NRZ碼。幀結(jié)構(gòu)的8個部分解釋如下:EOD( End of data),除此外,ⅤAN還可以用脈沖波通信4。數(shù)據(jù)結(jié)束;EOF( End of Frame),幀結(jié)束;ID囑碼說啊( Identification),標識;COM( Command),命令DATA,數(shù)據(jù);FCS( Frame Check Sequence),幀校驗序列;CRc( Cyclic Redundancy Code),循環(huán)冗余碼;以上4控蝙碼的信為0010ACK( Acknowledge),應(yīng)答。圖2E- Manchester編碼b.3類通信模塊如圖3所示,即:主(0)、同步表3VAN的幀結(jié)構(gòu)時長IDCOMDATACRCEODACKEOF1215(0-28)×8210(0-28)×1015+328(1)、從(16)以及多主多從混合和結(jié)構(gòu),其中0、1、16f.VAN只需通過濾波即可實現(xiàn)點對點、全局是在幀內(nèi)的起始bit位置。廣播方式傳送數(shù)據(jù)。等級0KOg.ⅤAN協(xié)議可使用介質(zhì)訪問控制子層MAC檢查可能發(fā)生的以下5種錯誤7:等級1LoMDATAtS EODACKTEOFD二 FCS EODACKIEO位錯誤發(fā)生在SOF、EOD、ACK、EOF,發(fā)送的圖3ⅤAN的3類通信模塊位與接受的位不同;c.幀內(nèi)應(yīng)答,即數(shù)據(jù)立即應(yīng)答幀的數(shù)據(jù)請求代碼錯誤在ID、COM、DATA、FCS4個域的和數(shù)據(jù)應(yīng)答,“拼湊”為一幀(參見圖10)。Manchester碼錯誤;d.AN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息被分成不同的優(yōu)先幀格式錯誤在ID、COM、DATA、FCS4個域級可滿足不同的實時要求,高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)有權(quán)先中,通過位域檢查幀的格式和大小來確定報文的正發(fā)送數(shù)據(jù)。TH中國煤化工e.VAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)(全幀逐CNMHG位仲裁)。仕節(jié)兮屮妥水ACK,接收端卻未2007年第5期·設(shè)計·計算·研究發(fā)ACK,或者在命令域中不要ACK,接收端卻發(fā)線讀取權(quán)的節(jié)點,都成為接收節(jié)點,并且不會在總線ACK。再次空閑前發(fā)送報文。在數(shù)據(jù)傳輸時,VAN如果發(fā)生錯誤能自動32ⅤAN的報文格式重試,重試次數(shù)由用戶設(shè)定。VAN能偵測通信線路在總線中傳送的報文有兩種,一種是數(shù)據(jù)幀短路和開路,當兩條通信線中的一條通信線發(fā)生故(RTR=0),另一種是遠程幀(即請求幀,RTR=1,無障(短路或者開路),可以在降級模式下運行,當線路DATA域),由8部分組成,如圖56。故障解除,可自動恢復(fù)到正常狀態(tài)。3ⅴAN總線技術(shù)介紹dullutmlunumID COM DATAD ACK EOF IFS3.1位仲裁圖5VAN通訊的波形現(xiàn)場總線要求數(shù)據(jù)快速傳送才能對數(shù)據(jù)進行實a.在標準格式中,報文的起始位稱為幀起始時處理。幾個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時,要求快速地進行(S0F),前同步碼指示幀的開始,并設(shè)置臨時參考總線分配。快速變化的物理量(如汽車發(fā)動機負載)點,如圖6。比起相對變化較慢的物理量(如汽車耗油狀況)數(shù)據(jù)前同步碼開始位D更頻繁,要求傳輸更迅速。戀性VAN總線以報文為單位進行數(shù)據(jù)傳送,報文的優(yōu)先級結(jié)合在12位標識符中。具有最低二進制數(shù)的圖6SOF域標識符則有最高的優(yōu)先級。這種優(yōu)先級一旦在系統(tǒng)b.標志符域( ID field),用于識別和說明幀中設(shè)計時被確立后就不能再被更改。總線采用載波監(jiān)傳遞的數(shù)據(jù),指示幀的目標地址。共12位,每4位一聽多路訪問/沖突、檢測( CSMA/CD)技術(shù),讀取中的組(圖7)。D域可以擴展。當幾個節(jié)點(如圖4所示,有3個節(jié)點ab)盟COM域同時發(fā)送報文時,假設(shè)他們的報文標識符(ID)前面01010101111|101101011幾位相同,節(jié)點a的報文標識符最后兩位是01,節(jié)點b的報文標識符最后兩位是00,節(jié)點c的報文標圖7ID域識符最后2位是11。由于0(顯性位)優(yōu)先,而且仲裁高位到低位,節(jié)點c的倒數(shù)第2位是1(隱性位圖7中,MSB( Most significant bit)為最高有效首先被丟棄,退出競爭接下來看節(jié)點a和節(jié)點b的位;LSB( Least Significant B)為最低有效位。倒數(shù)第1位,節(jié)點a的倒數(shù)第1位是1,被丟棄,退c.命令域由4位組成 EXTRAK RWRTR EXT出競爭5。擴展位)為將來擴展使用,規(guī)定為1(隱性位);RAK用于接收模塊是否需要應(yīng)答ACK;RW指示讀寫發(fā)送端節(jié)點a:TXD一節(jié)點a失去仲裁,報文丟棄RTR位標明是數(shù)據(jù)幀還是請求幀在請求幀(RTR=節(jié)點b:TXD節(jié)點a贏得仲裁獲得總線讀家權(quán)1)中沒有數(shù)據(jù)字節(jié);RTR是 Manchester位點c失去伸裁,報文丟棄總線上DATAd.數(shù)據(jù)域(Data)范圍為0-28個字節(jié),數(shù)據(jù)傳圖4 CSMA/CD逐位非破壞仲裁輸時,MSB(最高有效位)在前?？偩€上的信號持續(xù)跟蹤,最后獲得總線讀取權(quán)e.FCS采用CRC(循環(huán)冗余碼),15位,通過多的節(jié)點的報文。在此例中,節(jié)點b的報文被跟蹤。項式g(x)=x5+x2+x2+2+x+x+x+x2+x+1計算檢測VAN具有較高的效率,總線總是被排隊利用。當多數(shù)據(jù)錯誤,判斷報文是否有錯。個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時,各節(jié)點優(yōu)先級由低f.數(shù)據(jù)結(jié)束域(EOD)指示數(shù)據(jù)結(jié)束。到高依次退出,實現(xiàn)邊仲裁、邊傳輸,最終最高優(yōu)先g.應(yīng)答域(ACK),發(fā)送節(jié)點發(fā)送隱性電平(邏輯權(quán)信息的節(jié)點獲得總線使用權(quán),節(jié)省了總線沖突仲1),如果有正確接收報文的節(jié)點,將發(fā)送主控電平裁時間?？偩€空閑后,這些節(jié)點將自動重發(fā)信息,實(邏中國煤化工現(xiàn)實時傳輸。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點在于,CNMHGTS的連續(xù)隱性位在網(wǎng)絡(luò)最終確定哪一個節(jié)點的報文被傳送以前報(參見圖文的起始部分已經(jīng)在總線上傳送了。所有未獲得總8汽車技術(shù)設(shè)計·計算·研究i.在相鄰的兩條報文之間,幀間距IFS為4個VAN網(wǎng)絡(luò),另一種為ⅤAN-CAN混合網(wǎng)絡(luò)。神龍公TS的隱性位。如果VAN總線上有連續(xù)12個隱性位,同合資生產(chǎn)的愛麗舍、畢加索(1.6L、20L)和賽納則表明總線處于空閑狀態(tài)車均采用了VAN多路傳輸系統(tǒng)。與中國合資生產(chǎn)33VAN的5種通信幀的標致、雷諾車上的電器全部都是以ⅤAN的網(wǎng)絡(luò)R為隱性位,D為顯性位形式連接的,包括音響主機、顯示屏、碟箱、空調(diào)、車a.普通數(shù)據(jù)幀(RAK為隱性位,接收端應(yīng)答速表以及氣囊等。ACK)如圖8所示,圖中 Identifier為標識符。4.1單一的ⅤAN網(wǎng)絡(luò)最先開發(fā)的車載VAN舒適網(wǎng)主要用于汽車舒發(fā)送端適性調(diào)節(jié),比如空調(diào)、報警、導(dǎo)航、CD機、收放機、組則 ATTRAKTRWTRTEDATA畫圓合儀表、多功能顯示屏門鎖車窗、車燈等。主要應(yīng)圖8含ACK的數(shù)據(jù)幀用車型有賽納和畢加索,是純ⅤAN總線的車型?，F(xiàn)b.另一普通數(shù)據(jù)幀(RAK為顯性位,無ACK)在應(yīng)用的ⅤAN多路傳輸系統(tǒng)中,使用BSI(智能控如圖9所示制盒,即中央控制計算機)對各功能單元進行控制回h平回回(圖13),這樣既減少了對駕駛者本身素質(zhì)的依賴又提高了駕駛和乘車的舒適性及安全性?？偩€上[ SoF Hnife Exr TRAKR/WTRT DATA-1畫owm圖9無ACK的數(shù)據(jù)幀c.請求及立即回復(fù)數(shù)據(jù)幀(數(shù)據(jù)已經(jīng)準備好,衛(wèi)星導(dǎo)航《未裝)合表/多功環(huán)系立即回復(fù))如圖10所示。CD機收放機請求 SOF Idea報警裝置動調(diào)節(jié)空調(diào)(RFTA)ⅤAN總線連接線束連接AA忑N[o圖13AN多路傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意考慮到VAN總線的傳輸速率,中央控制計算圖10請求及立即回復(fù)數(shù)據(jù)幀機與其他子系統(tǒng)的控制計算機單元(如發(fā)動機控制從圖10可以看出,總線上的幀由兩部分“拼系統(tǒng)、ABS控制系統(tǒng)等)之間的通信仍然用普通的湊"而成,RTR位、DATA域、FCS域、EOD域以及E-線束實現(xiàn)。OF域均由被請求端產(chǎn)生,請求端的RTR被顯性位42AN-CAN混合網(wǎng)絡(luò)覆蓋。為了滿足市場對更多功能和更高舒適度的高d.遠程幀(請求數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)還未準備好,如果級車輛的需要,市場上又出現(xiàn)了Ⅴ AN-CAN雙網(wǎng)并RAK為隱性位,有ACK應(yīng)答,但無數(shù)據(jù)回復(fù))如圖存的轎車,其結(jié)構(gòu)如圖14所示。l1所示。動機制[h動變速[系陜了[真系統(tǒng)請求[sLmm上 ETTXARETTETECRGI EOD[m總線上[ SOFBesifier FExTTRAOTRYTRTR LICRG, FOD ACK Er圖14VAN-CAN混合結(jié)構(gòu)圖11遠程幀圖14中,CAN總線為多主系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),用于機械e.延遲回復(fù)的數(shù)據(jù)幀(數(shù)據(jù)準備好后,對先前功能發(fā)動機和底盤等。VAN舒適網(wǎng)用于儀表收放遠程幀進行數(shù)據(jù)回復(fù))如圖12所示。機、空調(diào)控制、導(dǎo)航系統(tǒng)等,為多主控式網(wǎng)絡(luò),傳輸速率為125kb/s。CAN和ⅤAN這兩種網(wǎng)絡(luò)都具有平”上巴可靠性簡單性經(jīng)濟性及健壯性其中CAN網(wǎng)絡(luò)往[ngm畫四回往用于連接轎車中實時控制的功能控制系統(tǒng)vAN圖12延遲回復(fù)數(shù)據(jù)幀多用在連接車身中的功能控制系統(tǒng)上。4AN的應(yīng)用中國煤化工廣泛應(yīng)用的vANCANCNMH勢,其中ⅤAN網(wǎng)絡(luò)VAN總線的應(yīng)用形式主要有兩種,一種為單一又分H車身網(wǎng)又分為車身網(wǎng)ⅤANI和車身網(wǎng)ⅤAN2,適用于安全氣囊、前2007年第5期設(shè)計·計算研究車身曲面造型光順性評價方法的研究與應(yīng)用張衛(wèi)莉1袁清華1黃重國1何伊林2(1.北京科技大學(xué);2成都多沐汽車工程有限公司摘要】依據(jù)車身曲線曲面的光順準則,結(jié)合車身曲面造型的工作流程,提出了分階段、多層次的曲面光順性評價方法。闡述了該方法各階段的基本原理和具體內(nèi)容,在 CEM Surf軟件環(huán)境中應(yīng)用該方法對某車型前保險杠曲面的光順性進行了評價。實際應(yīng)用表明,采用該方法可以有效地控制曲面造型過程的質(zhì)量,并能縮小曲面的制作周期主題詞:車身曲面造型光順性評價中圖分類號:U463.82文獻標識碼:A文章編號:1000-3703(2007)05-0010-05Research and application on Smoothing evaluationMethodology for Car-Body Surface ModelingZhang Weili, Yuan Qinghua, Huang Zhongguo, He YilinI University of Science and Technology 2 Chengdu Domore Automobile Engineering Co, Ltd.[ Abstract ]According to the smoothing criterion of the curves and surfaces of car-body, combining the car-bodysurface modeling process, a graded and multi-layered evaluation methodology for the evaluation of the surface smoothingproposed The basic principle and idiographic content of various stages in the application of the methodology wasesented, and it was used to evaluate the smoothing of a front bumper's surfaces of a car in ICEM Surf softwareenvironment. The application confirms that the methodology can effectively control the quality of the process and reduceKey words: Car-body Surface modeling, Smoothing evaluation1前言造加工的角度,曲面具有良好的光順性可以降低加工難度、縮減加工周期和降低制造成本。因此,在車汽車車身具有新穎的外觀、流暢的線條和光順身曲面造型的各個階段,都必須對曲面光順性進行的曲面對于提高汽車的市場競爭力極為重要。從制分析、檢查,對曲面的光順品質(zhì)進行評價和優(yōu)化田。照大燈、車門、車窗、車門玻璃、座椅、微粒過濾器以及轉(zhuǎn)向盤等,傳輸速率為625kb/s的典型速率田。3 ISo11519-3 Road Vehicles-Low-Serial Serial Data Commu5結(jié)束語4 Mahmud S M Protocols for Wired and Wireless Networks in當前,世界各汽車廠商由于各種原因而采用不VehiclesYstems.http://www.engin.umd.umich.edu/vv/sl_wo-同總線。盡管ⅤAN已經(jīng)成為國際標準,但真正得到5 Atmel Corporation. atasheet of TSs463Bhp:// ww atmel應(yīng)用主要在法國,在中國的中法合資汽車廠也都采com/dyn/ resources/ prod__documents/doc4102 pdf, 2003-04用ⅤAN總線。VAN總線作為CAN總線的主要竟爭12者,具有較高的性價比和廣闊的應(yīng)用前景。6方茂功畢加索20VAN多路傳輸系統(tǒng)汽車維修與保養(yǎng),參考文獻2004(3):30-341 ROUCHE D汽車車載網(wǎng)絡(luò)(ⅤAN/CAN/LIN)技術(shù)詳解北7V850E/VANSTORMM京:機械工業(yè)出版社2006TH中國煤化工9EEIVOUMO02001-82魏學(xué)哲等,一種新的汽車網(wǎng)絡(luò)分類方法及其主流協(xié)議的發(fā)CNMHG任編輯辛民)展趨勢htp://w..aenmag.com/tech/end_zyzx.asp?id=修改稿收到日期為2007年3月15日。