车辆网之整车Can网络基本结构及转发机制

什么是ECU？

ECU-Electronic ControlUnit 电子控制单元，是汽车专用微机控制器, 一个ECU一般负责1个或多个智能硬件设备。
什么是智能硬件设备呢？
例如发动机，发动机进气量, 喷油量, 排气量都是有一块专门的负责控制的控制单元，这块单元相当于发动机的大脑。他具有信号发送, 信号接收, 参数存储等基本功能, 这个控制单元就是ECU。

什么是CAN网络？

CAN是控制器局域网络Controller Area Network, CAN的简称。

CAN网络的优势

1. 开放的标准
2. 低成本
3. 高速实时传递, 数据传递更安全可靠
4. 适用于各种汽车

CAN网络-当今主流结构图

CAN网络基本构成单元-ECU节点

	例如ABS(防抱死系统)这个ECU是专门用于车辆制动过程中防止车轮被抱死的一套智能设备。
	由于车上ECU太多, 每种ECU作用各不相同, 信号传输速率(波特率)也不一致。为了更加方便管理这些ECU, 我们把以上各类ECU按其功能/波特率分别布置在5条CAN总线上。

CAN网络基本构成单元-CAN总线

	CAN总线也叫CAN BUS, 为了方便测试人员理解, 可以理解成CAN支线(可理解成一个路由器上的5条分口引出来的分支网线)。
一般地, 分成5条CAN总线:
①PT CAN (PowerTrain CAN) ☞ 动力总成CAN总线
   	这条CAN总线主要负责车辆动力及最高安全级.
   	这条CAN总线上一般有以下ECU:
  	ECM (Engine Control Module) 发动机控制模块
   	SRS (Electronic Control Of Safety Airbag) 电子安全气囊
   	BMS (Battery Management System) 电池管理系统
   	......
   	PT CAN上是整车CAN网络信号优先级及信号传输速率最高的一条CAN总线.
  
②CH CAN (Chassis CAN)  ☞ 底盘控制CAN总线
     这条CAN总线主要负责汽车底盘及4个轮子的制动/稳定/转向
     这条CAN总线上一般有以下ECU:
     ABS (Antilock Brake System ) 防抱死制动系统
     ESP(Electronic Stability Program)车身电子稳定系统
     EPS(Electric Power Steering)电子转向助力
     ......
     CH CAN由于涉及整车制动/助力转向等, 所以其网络信号优先级也是较高的。
     
③Body CAN ☞ 车身控制总线 
     这条CAN总线主要车身上的一些提高舒适性/安全性的智能硬件的管理与控制
     这条CAN总线上一般有以下ECU:
     AC (Air Condition ) 空调
     AVM(Around View Monitor) 360环视
     BCM(Body Control Module) 天窗, 车窗, 雾灯, 转向灯, 雨刮...
     IMMO(Immobilizer) 发动机防盗系统
     TPMS(Tire Pressure Monitoring System) 胎压监控系统
     ......
     Body CAN其网络信号优先级也是较低, 因为以上设备都是辅助设备, 没有也可以
     
④ Info CAN (Infomercial CAN) ☞ 娱乐系统总线
    这条CAN总线主要车身上的一些提高娱乐性的智能硬件的管理与控制
    这条CAN总线上一般有以下ECU:
    VAES(Video Audio Enterment System) 车载娱乐系统(中控)
    IPK(Instrument Pack) 组合仪表, 当今的数字仪表, 基本有音乐, 地图, 通话等娱乐功能.
    ......
    Info CAN, 也是辅助可选设备, 所以优先级也是较低的.
     
⑤DiagCAN (Diagnose CAN) ☞ 诊断控制总线
    这条CAN总线主要提供远程诊断功能
    这条CAN总线上只有一个ECU:
    Tbox(Telematics BOX) 远程控制模块
    ......

CAN网络基本组成单元-网关

网关作为汽车网络系统的核心控制装置，网关负责协调不同结构和特征的CAN总线网络及其他数据网络之间的协议转换、数据交换、故障诊断等工作。

网关的基本功能包括

    1. 连接不同波特率(传输速度)的CAN总线/LIN总线, 以实现CAN网络的网关中继功能。
    2. 诊断报文/非诊断报文转发
    3. 诊断防火墙管理
    4. 节点在线监控
    5. 巡航控制器开关检测
    6. 脚踏板位置检测
    7. 网关休眠与唤醒管理
    8. ECU升级/网关升级
    9. 电压管理 

CAN信号转发机制

实例一: 仪表显示发动机转速
发动机的转速信号, 先从PT CAN的ECM(发动机引擎控制模块)节点发出, 网关收到后, 网关处理后广播以GW_开头的ECM信号到其他4条CAN总线上去。
Info CAN上的仪表(IPK)节点订阅(接收)了发动机转速信号, 则会将这个转速信号解析, 并显示到仪表盘去。由于以上信号发送频率太快, 比如5ms/次, 则你就会看到仪表盘上的转速，指针一直在不停地偏动。
示意图如下：

实例二: 安全带未扣紧, 仪表端报警
安全带未扣紧需要两个条件:
1. 车速大于5
2. 安全带扣未扣 ( 即无电压信号 )
车速一般是PT CAN上的ECM(发动机引擎控制模块)节点负责信号管理的。
安全带扣这个设备是Body CAN上的BCM(负责天窗, 车窗, 安全带扣, 雨刮等车身零部件设备…) 节点负责信号管理的。
即网关收到PT CAN上的ECM节点发出来的车速信号, 并收到了Body CAN上的BCM发出来的安全带扣电压值为异常值(比如0), 网关统一处理后转发并广播以GW_开头的信号帧, Info CAN上的仪表(IPK)节点订阅(接收)了GW_开头的相关安全带未扣信号帧，则会解析报警并显示到仪表盘去。如果安全带扣一直未扣紧, 则网关将一直发送GW_开头的相关安全带信号帧, 其信号值是安全带未扣紧，所以车主会听到一直报警。直到安全带扣上, 网关继续发送安全带相关的信号, 只是这个时候的信号值是安全带已扣紧，报警将立马消失。
示意图如下：