VAN总线技术及应用

·设计·计算·研究VAN总线技术及应用刘勇1朱俊1杨伟2刘丰奎(1.四川大学;2深圳元征科技股份有限公司)【摘要】阐述了ⅤAN总线协议及其技术特点,描述了VAN的物理层和数据链层。以实例说明ⅤAN总线载波监听多路访问/冲突检测技术和E- Manchester编码。介绍了3类通信模块、报文格式及其各部分的组成及功能。对通信中5种条件下的通信帧进行了说明,最后介绍了VAN总线的两种典型应用形式和发展趋势主题词:VAN总线协议应用中图分类号:U4636文献标识码:A文章编号: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总线概述Mb/s(40m内),按SAE的分类(表1),应该属于C类当前各汽车厂商使用各种不同的总线,其功能表1SAE的汽车网络分类差异比较大。但有一个明显的趋势是,现场总线的应网络用正在普及,特别是高级轿车更是如此。VAN(Ve-类别位传输率/kbs应用场合hicle Area Network)又称车辆局域网,是现场总线A类低速,<10传输少量数据的场合,如控制行的一种,由法国的雷诸汽车公司和标致棘团联合开Bx中速:0一的信息校验场合如仅表发。VAN作为专门为汽车开发的总线,1994年成为C类高速,125-100实时控制场合,如动力系统国际标准。VAN通讯介质简单,位传输速率可达1ⅤAN与C类中的其他总线如表2所列2表2C类网络协议名称主要用户主要使用场合注释欧洲控制场合应用广泛基于IO198van Renault &PSA时控制场合主要在法国及法国合资企业,O159-3TTP/C TTTech实时控制场合由维也纳工业大学定制FlexRay BMW, Montorola& Daimler Chrysler实时控制场合符合未来汽车应用需求ⅤAN支持分布式实时控制的通讯网络,可广泛实时控制系统。现在,VAN在世界汽车生产中已经应用于汽车门锁、电动车窗、空调、自动报警以及娱得到大批量的应用。乐控制等系统。VAN总线作为串行通讯网络,与般总线相比其数据通讯具有突出的可靠性实时性2V中国煤化工和灵活性。VAN标准特别考虑了严峻的环境温度CNMHG属于lSO/OSI7电磁干扰和振动因素,尤其适用于需要现场总线的层模型,5U=3只刈理层和数据链层作了汽车技术设计·计算·研究定义因。TS是电压出现变化的最小时间单位4,1NRZ21VAN的物理层位持续时间=1TS,1 Manchester位持续时间=2TS。物理层负责通信连接、编码和解码、时钟同步,22ⅴAN的数据链层以及根据MAC层的要求,添加、去除特殊符号(SOF、数据链层定义了信息帧的数据结构、通信优先EOD、EOF),使两个MAC子层得以数据交换。权、通信格式、通信要求、总线仲裁以及错误检测及a.ⅤAN位传输速率可达1Mb/s,两根数据线处理等。为在总线上可靠地传输数据,要将数据打包数据线DATA和数据线 DATAB采用双绞线、同轴成帧。帧即为组成一个完整消息的一系列数据位,分电缆或光纤均可)可以在一根线条件下工作,其电压成几个域,每个域包括了预定义类型的数据。数据链示意如图1。其信号差动发送,能够获得强大可靠的层包含介质访问控制子层MAC和逻辑链路控制子噪声抗扰度与故障容差。层LLC。其中,MAC子层是ⅤAN协议的核心,负责DATA报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定,把接收到的报文提供给LLC子层,并接受来自LLC子层的报DATAB文,处理帧的封装和解封装。LLC子层负责报文滤波及错误处理。图1两根通信线DATA与 DATAB的电压示意a.VAN的帧由SOF、 ID COM DATA(远程帧b.ⅤAN采用E- Manchester(增强型 Manches-无)、FCS(CRC)、 EOD ACK(可选)及EOF8部分组e码,通信速率最高可达1Mb/s如图2所示,E-成每帧之间有帧间距IS从表3可以看出,4个域Manchester码为3个NBZ码(不归零码),与一个(ID,coM、 DATA CRC)使用 E-Manchester码。对Manchester码作为一组,自同步无需填充NRZ码。帧结构的8个部分解释如下:EOD( End of data),除此外,ⅤAN还可以用脉冲波通信4。数据结束;EOF( End of Frame),帧结束;ID囑码说啊( Identification),标识;COM( Command),命令DATA,数据;FCS( Frame Check Sequence),帧校验序列;CRc( Cyclic Redundancy Code),循环冗余码;以上4控蝙码的信为0010ACK( Acknowledge),应答。图2E- Manchester编码b.3类通信模块如图3所示,即:主(0)、同步表3VAN的帧结构时长IDCOMDATACRCEODACKEOF1215(0-28)×8210(0-28)×1015+328(1)、从(16)以及多主多从混合和结构,其中0、1、16f.VAN只需通过滤波即可实现点对点、全局是在帧内的起始bit位置。广播方式传送数据。等级0KOg.ⅤAN协议可使用介质访问控制子层MAC检查可能发生的以下5种错误7:等级1LoMDATAtS EODACKTEOFD二 FCS EODACKIEO位错误发生在SOF、EOD、ACK、EOF,发送的图3ⅤAN的3类通信模块位与接受的位不同;c.帧内应答,即数据立即应答帧的数据请求代码错误在ID、COM、DATA、FCS4个域的和数据应答,“拼凑”为一帧(参见图10)。Manchester码错误;d.AN网络上的节点信息被分成不同的优先帧格式错误在ID、COM、DATA、FCS4个域级可满足不同的实时要求,高优先级的数据有权先中,通过位域检查帧的格式和大小来确定报文的正发送数据。TH中国煤化工e.VAN采用非破坏性总线仲裁技术(全帧逐CNMHG位仲裁)。仕節兮屮妥水ACK,接收端却未2007年第5期·设计·计算·研究发ACK,或者在命令域中不要ACK,接收端却发线读取权的节点,都成为接收节点,并且不会在总线ACK。再次空闲前发送报文。在数据传输时,VAN如果发生错误能自动32ⅤAN的报文格式重试,重试次数由用户设定。VAN能侦测通信线路在总线中传送的报文有两种,一种是数据帧短路和开路,当两条通信线中的一条通信线发生故(RTR=0),另一种是远程帧(即请求帧,RTR=1,无障(短路或者开路),可以在降级模式下运行,当线路DATA域),由8部分组成,如图56。故障解除,可自动恢复到正常状态。3ⅴAN总线技术介绍dullutmlunumID COM DATAD ACK EOF IFS3.1位仲裁图5VAN通讯的波形现场总线要求数据快速传送才能对数据进行实a.在标准格式中,报文的起始位称为帧起始时处理。几个节点同时发送数据时,要求快速地进行(S0F),前同步码指示帧的开始,并设置临时参考总线分配。快速变化的物理量(如汽车发动机负载)点,如图6。比起相对变化较慢的物理量(如汽车耗油状况)数据前同步码开始位D更频繁,要求传输更迅速。戀性VAN总线以报文为单位进行数据传送,报文的优先级结合在12位标识符中。具有最低二进制数的图6SOF域标识符则有最高的优先级。这种优先级一旦在系统b.标志符域( ID field),用于识别和说明帧中设计时被确立后就不能再被更改。总线采用载波监传递的数据,指示帧的目标地址。共12位,每4位一听多路访问/冲突、检测( CSMA/CD)技术,读取中的组(图7)。D域可以扩展。当几个节点(如图4所示,有3个节点ab)盟COM域同时发送报文时,假设他们的报文标识符(ID)前面01010101111|101101011几位相同,节点a的报文标识符最后两位是01,节点b的报文标识符最后两位是00,节点c的报文标图7ID域识符最后2位是11。由于0(显性位)优先,而且仲裁高位到低位,节点c的倒数第2位是1(隐性位图7中,MSB( Most significant bit)为最高有效首先被丢弃,退出竞争接下来看节点a和节点b的位;LSB( Least Significant B)为最低有效位。倒数第1位,节点a的倒数第1位是1,被丢弃,退c.命令域由4位组成 EXTRAK RWRTR EXT出竞争5。扩展位)为将来扩展使用,规定为1(隐性位);RAK用于接收模块是否需要应答ACK;RW指示读写发送端节点a:TXD一节点a失去仲裁,报文丢弃RTR位标明是数据帧还是请求帧在请求帧(RTR=节点b:TXD节点a赢得仲裁获得总线读家权1)中没有数据字节;RTR是 Manchester位点c失去伸裁,报文丢弃总线上DATAd.数据域(Data)范围为0-28个字节,数据传图4 CSMA/CD逐位非破坏仲裁输时,MSB(最高有效位)在前。总线上的信号持续跟踪,最后获得总线读取权e.FCS采用CRC(循环冗余码),15位,通过多的节点的报文。在此例中,节点b的报文被跟踪。项式g(x)=x5+x2+x2+2+x+x+x+x2+x+1计算检测VAN具有较高的效率,总线总是被排队利用。当多数据错误,判断报文是否有错。个节点同时向总线发送信息时,各节点优先级由低f.数据结束域(EOD)指示数据结束。到高依次退出,实现边仲裁、边传输,最终最高优先g.应答域(ACK),发送节点发送隐性电平(逻辑权信息的节点获得总线使用权,节省了总线冲突仲1),如果有正确接收报文的节点,将发送主控电平裁时间。总线空闲后,这些节点将自动重发信息,实(逻中国煤化工现实时传输。这种非破坏性位仲裁方法的优点在于,CNMHGTS的连续隐性位在网络最终确定哪一个节点的报文被传送以前报(参见图文的起始部分已经在总线上传送了。所有未获得总8汽车技术设计·计算·研究i.在相邻的两条报文之间,帧间距IFS为4个VAN网络,另一种为ⅤAN-CAN混合网络。神龙公TS的隐性位。如果VAN总线上有连续12个隐性位,同合资生产的爱丽舍、毕加索(1.6L、20L)和赛纳则表明总线处于空闲状态车均采用了VAN多路传输系统。与中国合资生产33VAN的5种通信帧的标致、雷诺车上的电器全部都是以ⅤAN的网络R为隐性位,D为显性位形式连接的,包括音响主机、显示屏、碟箱、空调、车a.普通数据帧(RAK为隐性位,接收端应答速表以及气囊等。ACK)如图8所示,图中 Identifier为标识符。4.1单一的ⅤAN网络最先开发的车载VAN舒适网主要用于汽车舒发送端适性调节,比如空调、报警、导航、CD机、收放机、组则 ATTRAKTRWTRTEDATA画圆合仪表、多功能显示屏门锁车窗、车灯等。主要应图8含ACK的数据帧用车型有赛纳和毕加索,是纯ⅤAN总线的车型。现b.另一普通数据帧(RAK为显性位,无ACK)在应用的ⅤAN多路传输系统中,使用BSI(智能控如图9所示制盒,即中央控制计算机)对各功能单元进行控制回h平回回(图13),这样既减少了对驾驶者本身素质的依赖又提高了驾驶和乘车的舒适性及安全性。总线上[ SoF Hnife Exr TRAKR/WTRT DATA-1画owm图9无ACK的数据帧c.请求及立即回复数据帧(数据已经准备好,卫星导航《未装)合表/多功环系立即回复)如图10所示。CD机收放机请求 SOF Idea报警装置动调节空调(RFTA)ⅤAN总线连接线束连接AA忑N[o图13AN多路传输系统结构示意考虑到VAN总线的传输速率,中央控制计算图10请求及立即回复数据帧机与其他子系统的控制计算机单元(如发动机控制从图10可以看出,总线上的帧由两部分“拼系统、ABS控制系统等)之间的通信仍然用普通的凑"而成,RTR位、DATA域、FCS域、EOD域以及E-线束实现。OF域均由被请求端产生,请求端的RTR被显性位42AN-CAN混合网络覆盖。为了满足市场对更多功能和更高舒适度的高d.远程帧(请求数据,数据还未准备好,如果级车辆的需要,市场上又出现了Ⅴ AN-CAN双网并RAK为隐性位,有ACK应答,但无数据回复)如图存的轿车,其结构如图14所示。l1所示。动机制[h动变速[系陕了[真系统请求[sLmm上 ETTXARETTETECRGI EOD[m总线上[ SOFBesifier FExTTRAOTRYTRTR LICRG, FOD ACK Er图14VAN-CAN混合结构图11远程帧图14中,CAN总线为多主系统网络,用于机械e.延迟回复的数据帧(数据准备好后,对先前功能发动机和底盘等。VAN舒适网用于仪表收放远程帧进行数据回复)如图12所示。机、空调控制、导航系统等,为多主控式网络,传输速率为125kb/s。CAN和ⅤAN这两种网络都具有平”上巴可靠性简单性经济性及健壮性其中CAN网络往[ngm画四回往用于连接轿车中实时控制的功能控制系统vAN图12延迟回复数据帧多用在连接车身中的功能控制系统上。4AN的应用中国煤化工广泛应用的vANCANCNMH势,其中ⅤAN网络VAN总线的应用形式主要有两种,一种为单一又分H车身网又分为车身网ⅤANI和车身网ⅤAN2,适用于安全气囊、前2007年第5期设计·计算研究车身曲面造型光顺性评价方法的研究与应用张卫莉1袁清华1黄重国1何伊林2(1.北京科技大学;2成都多沐汽车工程有限公司摘要】依据车身曲线曲面的光顺准则,结合车身曲面造型的工作流程,提出了分阶段、多层次的曲面光顺性评价方法。阐述了该方法各阶段的基本原理和具体内容,在 CEM Surf软件环境中应用该方法对某车型前保险杠曲面的光顺性进行了评价。实际应用表明,采用该方法可以有效地控制曲面造型过程的质量,并能缩小曲面的制作周期主题词:车身曲面造型光顺性评价中图分类号:U463.82文献标识码:A文章编号: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,曲面具有良好的光顺性可以降低加工难度、缩减加工周期和降低制造成本。因此,在车汽车车身具有新颖的外观、流畅的线条和光顺身曲面造型的各个阶段,都必须对曲面光顺性进行的曲面对于提高汽车的市场竞争力极为重要。从制分析、检查,对曲面的光顺品质进行评价和优化田。照大灯、车门、车窗、车门玻璃、座椅、微粒过滤器以及转向盘等,传输速率为625kb/s的典型速率田。3 ISo11519-3 Road Vehicles-Low-Serial Serial Data Commu5结束语4 Mahmud S M Protocols for Wired and Wireless Networks in当前,世界各汽车厂商由于各种原因而采用不VehiclesYstems.http://www.engin.umd.umich.edu/vv/sl_wo-同总线。尽管ⅤAN已经成为国际标准,但真正得到5 Atmel Corporation. atasheet of TSs463Bhp:// ww atmel应用主要在法国,在中国的中法合资汽车厂也都采com/dyn/ resources/ prod__documents/doc4102 pdf, 2003-04用ⅤAN总线。VAN总线作为CAN总线的主要竟争12者,具有较高的性价比和广阔的应用前景。6方茂功毕加索20VAN多路传输系统汽车维修与保养,参考文献2004(3):30-341 ROUCHE D汽车车载网络(ⅤAN/CAN/LIN)技术详解北7V850E/VANSTORMM京:机械工业出版社2006TH中国煤化工9EEIVOUMO02001-82魏学哲等,一种新的汽车网络分类方法及其主流协议的发CNMHG任编辑辛民)展趋势htp://w..aenmag.com/tech/end_zyzx.asp?id=修改稿收到日期为2007年3月15日。