在车辆使用或维修的过程中,相信不少朋友都遇到过很多系统同时无法使用的情况,而导致这种情况的原因大多为车载网络总线瘫痪。想要处理这类的故障,除了需要较强的动手能力外,还需要懂得如何识别汽车网络拓扑图的理论知识,因为只有这样,才能在最短的时间内明白各控制模块之间的关系,并准确锁定故障点。
汽车网络拓扑严格来说,可以划分为四大类,即总线拓扑、星型拓扑、环形拓扑以及网状拓扑。当然,这四大拓扑结构也可以相互组合,形成混合拓扑机构。不过,在说这几大拓扑结构的优缺点之前,我们还是先聊聊什么是网络,什么是网络拓扑,只要你明白了这两个名词,后面的网络拓扑结构就非常好理解了。
网络和网络拓扑是什么?
我们这里说的网络是狭义上的网络,也就是车载网络——主要在汽车上使用的网络。我们可以将其理解为:一个由各种部件组成并且通过某种通信介质进行信息传递的系统。是不是感觉有点难以理解,别急,我么将定义中的部分名词换一种说法你就懂了。
“各种部件”其实就是汽车中的控制模块(如发动机控制模块ECU和变速箱控制模块TCU等),还可以是执行器(如车窗升降伺服电机和喷油嘴等),也可以是各类传感器(如曲轴位置传感器和爆震传感器等),但不论是控制模块还是传感器,我们在车载网络的理论中都统称为节点。
“某种通信介质”说的就是连接控制模块和传感器之间的导线,这个导线可以是CAN总线,也可以是LIN总线,还可以是MOST或FlexRay总线,具体看系统的需要。
现在我们可以把车载网络的定义“翻译”一下,即一个由汽车上控制模块、执行器和传感器组成并通过总线进行信息传递的系统就是车载网络。
那什么是网络拓扑呢?其实,所谓的网络拓扑就是控制模块、执行器和传感器三者之间相互连接而形成的结构关系。有了网络拓扑图,在维修网络瘫痪故障时,我们就能迅速判断哪些模块之间存在从属或平行关联,并根据网络拓扑的结构来找出故障发生的原因。
好了,说完网络和网络拓扑,接下来就进入正题,来聊聊四大主流的网络拓扑结构。
总线拓扑
总线拓扑也叫线型总线,在这样的拓扑结构里,各个节点通过导线将自己连接到一条主线上,每一个节点发送的消息都可以在主线网络中传输并共享,只有主线出现短路或断路时,整个网络才会瘫痪。比如曲轴位置传感器、喷油嘴、空气流量计它们连接在一根主线上,曲轴位置传感器坏了之后,就不会影响整个网络的通讯。通常CAN总线和LIN总线就会采用这样的拓扑结构。
星型拓扑
星型拓扑由中央节点和其它节点组成,这里的中央节点相当于一个处理器,其它节点一对一与中央节点相连接。也就是说其它节点之间不直接联系,而是将数据都传输给中央节点,由中央节点接收处理后再分发给其它节点。所以,在这个结构中,整个网络的传输速度,就取决于中央节点处理器的速度,当中央节点出现故障时,则整个网络瘫痪。一般FlexRay总线和TTP总线就会采取星型拓扑结构。
环形拓扑
环形拓扑是指每个节点与相邻的两个节点进行连接,并根据传递方向的不同又分为单环和双环两种结构。单环结构只能沿一个方向进行数据传输,所以其中的某一个节点出现故障之后,则整个系统瘫痪。在这里我们可以把单环结构想象为一个圆形的时钟,它只能朝着顺时针方向移动,当“三点”想给“五点”传递消息时,就必须经过“四点”,但如果传递到“四点”位置时卡住了,则代表信息传递失败,整个网络出现瘫痪。而双环结构则没有这样的问题,当信息传递到“四点”位置时卡住时,“三点”还可以逆时针通过“两点”进行信息传递。这样的环形拓扑结构常被MOST总线所使用。

网状拓扑
在网状拓扑中,基本上每个节点都与其它节点进行连接。这种拓扑结构的优点有很多,除了容错率和负载率很高之外,还拥有多个通信路径,具有较高的冗余机制,哪怕某一个节点或导线出现故障,它依旧可以正常使用。但是缺点也是明显,由于每个节点都和其它多个节点相连,所以它的复杂性和成本都大幅提高。不过这样的拓扑结构,常出现于汽车上的多媒体影音娱乐系统,如Bluetooth总线。
综上所述,汽车网络拓扑基本有四大类,放在实际情况中,这四类拓扑结构又会相互组合形成混合拓扑,但只要我们掌握了四类拓扑的特点,就可以减少处理汽车网络故障的时间,以上内容希望能对各位有所帮助。
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