第7章 课题二 汽车网络化（课件）《汽车文化》同步精品课堂（机工版·第4版）

同步精品课程——中职专业课 第7章课题二 汽车网络化 《汽车文化》（第4版）机械工业出版社 1 学习目标 第7章课题二汽车网络化 知识目标 能理解CAN总线的结构。 能力目标 能掌握线控技术的发展。 情感目标 1.让学生认识到汽车文化的重要性。 2.积极参与课堂，能够表达自己的观点和想法。 学习内容 01 1.能理解CAN总线的结构。 2.能掌握线控技术的发展。 3.能分析智能运输系统。 4.培养一丝不苟、严肃认真的工作作风。 新知学习 02 二、相关知识 7.2 汽车网络化 随着电子技术在汽车上的广泛应用，汽车上电子控制单元（控制器、控制模块）越来越多，如果仍采用常规的布线方式，将导致车上电线数目急剧增加，增加了成本、降低了车辆的可靠性并增加了维修难度。为便于多个电子控制单元之间相互连接、协调工作和信息共享，汽车上控制器局域网络（CAN）应运而生。 汽车上的应用电子控制装置 新知学习 02 CAN总线（CAN-BUS） CAN总线已成为汽车网络的标准装备，各汽车公司均采用CAN总线作为控制器联网的手段。前汽车上的网络连接方式通常采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500kb/s；另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。高速CAN的主要连接对象是发动机控制器、ABS及ASR控制器、安全气囊控制器等。低速CAN主要连接和控制的汽车内外部照明、灯光信号、空调、组合仪表及其他辅助电器等。 CAN总线典型的总线结构（多终端结构） 新知学习 02 CAN总线（CAN-BUS） 采用CAN总线控制的汽车信息系统的结构 新知学习 02 局部连接网络（LIN） 局部连接网络简称LIN（Local Interconnect Network）是由Audi、BMW、Daimler-Chrysler、Motorola、Volcano Communications Technologies（VCT）、Volkswagen和Volvo等公司组成的LIN联合体提出的一个汽车底层网络协议。其目的是给出一个价格低廉、性能可靠的低速网络，在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议，并逐渐取代目前各种各样的低端总线系统。LIN网络典型的应用是车上传感器和执行器的联网。 LIN网络结构 新知学习 02 7.2.3 基于时间触发的车上网络协议标准FlexRay 随着汽车电子控制系统、通信系统的发展以及“线控”CBW（Conrtol By wire）系统的增加，对车上网络提出了更高的要求。在此背景下，出现了一些数据传输速度高、可靠性高、通信时间离散度小并且延迟固定的车上通信网络标准，这些标准都支持时间触发通信方式。比较典型的这类车上网络协议标准有FlexRay、byteflight、TTP/C和TTCAN等。 新知学习 02 7.2.3 基于时间触发的车上网络协议标准FlexRay F1exRay系统适用于多种网络拓扑结构，包括总线结构、星形结构以及多星形结构。它的数据传输速度达到5Mbps，节点数可达64个。 FlexRay网络拓扑结构图 新知学习 02 线控技术——汽车结构与汽车设计的革命 线控又称CBW（Control By Wire），最早应用于航空领域，随着汽车电子技术和网络技术的发展，以网络通信为基础的线控技术将在未来汽车上普遍应用。 线控系统在人机接口、执行机构和传感机构之间，以及与其他的系统之间要进行大量的信息传输，要求网络的实时性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能实现”，以保证在故障时仍可实现装置的基本功能。 线控系统的基本结构原理 新知学习 02 线控技术的优势主要表现在以下方面: ①由于操纵控制通过驾驶人的手完成，不需要转向盘、转向管柱和脚踏板，这就减少了正面碰撞时的潜在危险性，改善了汽车的安全性和舒适性，并为汽车设计提供了更大的设计空间。 ②线控的灵活性大幅度降低了汽车设计、制造和生产成本。 ③线控汽车节省了许多机械连接装置、液压装置和气压装置，简化了结构，简化了生产工艺，便于实现汽车轻量化。 ④无需使用液压制动或其他任何液压装置使汽车更为环保。 ⑤便于实现个性化设计，由于驾驶特性如制动、转向、加速等过程都是程序设定的，设计师可设计不同的程序供用户选择。 新知学习 02 汽车线控转向系统简称SBW（Steering By Wire System），取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性。 汽车线控转向系统的组成 新知学习 02 光纤信息传输网络与汽车媒体MOST网络 汽车多媒体设备、信息设备的MOST网络（Media Oriented Systems Transport ）是媒体信息传送的网络标准。 MOST网络具有一下特点： ①保证低成本的条件下，达到24. 8MB/s的数据传输速度。 ②不需要额外的主控计算机系统，结构灵活、性能可靠和易于扩展。 ③使用光纤作为信息传输介质，可以连接视听设备、通信设备以及信息服务设备。 ④支持“即插即用”方式，在网络上可以随时添加和去除设备。 ⑤支持声音和压缩图像的实时处理、支持数据的同步和异步传输等。 新知学习 02 MOST网络适应汽车多媒体设备应用环境的需要，具有可靠、成本低、系统简单、结构灵活、数据兼容性好和良好的抗电磁干扰性能。 车上多媒体设备、信息设备的MOST网络应用 新知学习 02 智能运输系统与汽车智能化 智能运输系统（ITS） 智能运输系统又称ITS（Intelligent Transport System），是将数字通信网络、自动控制、人工智能等先进技术有效地综合运用于交通运输设施、服务控制和车载装备，加强人、车辆、道路三者之间的信息联络，所形成的一种高效、安全、环保、节能的综合运输系统。随着计算机技术、通信技术、电子控制技术的发展， 20世纪90年代以来，智能运输系统在汽车导航、电子收费、辅助安全驾驶、交通管理优化、公共交通支持、商业车辆管理等领域获得了广泛的应用。 新知学习 02 全球定位系统（GPS）和北斗卫星导航系统（CNSS） 全球定位系统GPS（Global Positioning System）是在20世纪70年代中期美国国防部在子午仪卫星导航系统基础上发展起来的，于1994年全面建成，是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。 GPS定位原理 新知学习 02 车辆导航系统 全球定位系统、北斗卫星导航系统、地理信息系统GIS（Global Information System）和全球移动通讯系统GSM（Global System For Mobile Communications）的发展，为智能交通系统ITS的发展和应用奠定了基础。北斗卫星导航系统是中国独立研制的全球卫星定位与通信系统（CNSS），是继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。 车辆导航系统是指采用车载GPS定位装置确定车辆的行驶位置，与预先存储的数字地图数据进行地图匹配，实时动态地显示车辆在路网中的位置，并优化车辆达到目的地的最佳路径以及达到相应路段后的路径诱导。 新知学习 02 汽车导航系统主要由GPS接收器、车载导航ECU、液晶显示器、车载传感器和CD-ROM驱动器等部分组成。 汽车GPS导航装置的布置 新知学习 02 不停车电子收费系统（ECT） 不停车电子收费系统又称ETC系统（Electronic Toll Collection System），不仅为车主用户、高速公路运营商提供快捷的路桥收费的交易服务，还为ITS领域智能化信息服务提供了技术支持。 采用ETC系统，电子收费系统从根本克服了由于收费过程造成的交通延误与交通拥堵，减少了停车次数和时间，减少了燃油消耗和排气污染，提高了道路运输生产效率、降低收费公路管理成本。 不停车电子收费系统的组成 新知学习 02 汽车专用智能车道系统与自动驾驶车辆 汽车专用智能车道系统由车--路通信系统和车--车通信系统组成。 汽车专用智能车道系统与自动驾驶车辆 新知学习 02 LCX电缆沿路线连续设置，磁性标记埋设于车道中央路表。在每辆车上装备有数个磁性传感器，测距传感器即雷达探测器，用以测定车自身与前面行驶车辆或障碍物间距。 CCD摄像机即图象传感器，用来辨别和区分道路与障碍。天线及处理系统，用于与LCX通信，接收并处理信息。 车辆自动控制装置能够实现自动驾驶，进行行驶速率与行驶方向自动控制。 当发生异常情况时，如路侧设备与车辆通信先进安全汽车中断，车辆本身会发出预警信息，车辆行驶状态由自动方式转为人工方式。 新知学习 02 汽车智能避撞系统 汽车的防撞系统包括纵向防撞系统、侧向防撞系统和交叉口防撞系统。纵向防撞主要防止汽车高速行驶情况下的追尾事故，防撞系统须具有环境监视、防撞判定和车辆自动控制功能。汽车行驶时，系统始终进行道路和障碍物监测计算。当车头接近前面车辆车尾时，该系统发出防迫尾警告，提醒驾驶员采取制动措施。若驾驶员没有及时采取制动措施，系统便启动紧急制动装置，使车辆自动制动或减速。激光扫描雷达安装在车辆前端的中央位置，将检测车距和前面车辆方位信号输入防撞预测系统，激光扫描雷达监测范围在5m～120m，以保证在潮湿路面上，后车减速制动后，不致碰撞前面暂停车辆。 新知学习 02 汽车智能防尾撞系统的组成和控制系统 新知学习 02 汽车智能声控系统 声控系统是未来汽车智能控制的一项重要内容。当汽车行驶时，驾驶员可以通过声音下达指令，进行打开收音机和选择频率、调节车内空调温度、拨打移动电话等操作。世界著名的汽车公司均推出过各具特色的声控系统，如法国雪铁龙公司与美国微软公司共同开发了一种汽车用电脑网络系统，驾驶员可以通过这个系统口授各种指令，车上的电子系统则由一个“女士”的声音来回应他的指令，并按照指令执行相应的操作。德国奔驰公司的S级车的声控系统则能对车内显示屏周围的各种按钮进行控制，并采用了光纤技术，使驾驶员的口授指令能得到快速执行。 新知学习 02 无人驾驶汽车 无人驾驶汽车，涉及人工智能、认知科学、机器人技术与车辆工程等众多学科，是未来智能汽车的发展方向。无人驾驶汽车是一种将探测、识别、判断、决策、优化、优选、执行、反馈、纠控功能融为一体，集微电脑、微电机、绿色环保动力系统、新型结构材料等顶尖科技成果为一体的智慧型汽车。 1925年，第一辆无人驾驶汽车正式亮相。来自美国陆军的电子工程师Francis P. Houdina坐在一辆用无线电操控着前车的汽车上。这两辆组合式的汽车通过后车发射无线电波来控制前车的方向盘、离合器、制动器等部件。 新知学习 02 1925年，第一辆无人驾驶汽车正式亮相。来自美国陆军的电子工程师Francis P. Houdina坐在一辆用无线电操控着前车的汽车上。这两辆组合式的汽车通过后车发射无线电波来控制前车的方向盘、离合器、制动器等部件。 百度无人驾驶汽车 新知学习 02 20世纪80年代，我国开始对智能移动机器人进行研究。2013年，百度开始自主研发无人驾驶汽车。 2015年12月，百度对外宣布其无人驾驶车已在国内首次实现城市、环路及高速道路混合路况下的全自动驾驶。百度无人驾驶车 往返全程均实现自动驾驶，并实现了多次跟车减速、变道、超车、上下匝道、调头等复杂驾驶动作，完成了进入高速（汇入车流）到驶出高速（离开车流）的不同道路场景的切换。 谷歌无人驾驶汽车 新知学习 02 2020年10月30日，华为发布HI智能汽车解决方案，包括 1 个全新的计算与通信架构和5大智能系统：智能车云、智能网联、智能驾驶、智能座舱和智能电动，以及激光雷达、 AR-HUD 等全套的智能化部件。 华为智能汽车解决方案 新知学习 02 重点：CAN总线的结构 难点：线控技术的发展 新知学习 02 小试牛刀 03 1.汽车电子控制技术发展的第四阶段（智能化阶段）的标志性技术特点是( ) A.电子燃油喷射系统 B.CAN总线与高速车用微机应用 C.集成电路取代电子管 D.ABS防抱死系统普及 答案：B.CAN总线与高速车用微机应用 2.CAN总线技术是汽车电子控制技术发展到哪个阶段的产物( ) A.模拟电子电路控制阶段 B.微型计算机控制阶段 C.车载局域网控制阶段 D.分立电子装置阶段 答案：C.车载局域网控制阶段 3. LIN网络的主要设计目标是( ) A. 低成本辅助控制 B.高实时性数据传输 C. 冗余容错功能 D.支持复杂多媒体传输 答案：A. 低成本辅助控制 4.FlexRay网络拓扑结构的典型特征是( ) A.基于双绞线的串行通信 B.纯环形冗余设计 C.星型与总线型混合 D.仅支持单主控制器 答案： C.星型与总线型混合 小试牛刀 03 5.线控转向系统（Steer-by-Wire）与传统转向系统的核心区别在于( ) A.机械连接完全保留 B.采用液压助力机构 C.依赖CAN总线传输信号 D.取消方向盘与车轮的物理连接 答案：D.取消方向盘与车轮的物理连接 6.MOST网络主要用于车内何种场景( ) A.动力系统控制 B.安全气囊通信 C.多媒体数据传输 D.发动机管理 答案：C.多媒体数据传输 小试牛刀 03 7.电子控制动力转向系统（EPS）的核心组件包括( ) A.涡轮增压器 B.电动机与扭矩传感器 C.液压泵与储液罐 D.离合器总成 答案： B.电动机与扭矩传感器 8.智能运输系统（ITS）的基础组成部分不包括 ( ) A.GPS定位模块 B.交通信号协同控制 C.车载娱乐系统 D.车辆间通信（V2V） 答案：C.车载娱乐系统 小试牛刀 03 课堂小结 04 1.CAN总线已成为汽车网络的标准装备，各汽车公司均采用CAN总线作为控制器联网的手段。 2.汽车导航系统主要由GPS接收器、车载导航ECU、液晶显示器、车载传感器和CD-ROM驱动器等部分组成。 作业布置 05 (1)简述CAN总线结构。 (2)简述汽车导航系统的组成。 感谢观看 $$