汽车车载网络技术及其应用

汽车车载网络技术及其应用

【摘要】随着信息技术的飞速发展，汽车功能越来越完善，汽车设计也更加人性化。汽车上的电子设备数量急剧增加，使得各设备之间的连接和通讯越来越困难。如何解决电气设备的增加与设备间通讯差、传输效率低的矛盾已成为汽车工程师急需解决的问题。本文介绍了汽车车载网络的分类、主要网络协议及其应用情况，指出了今后汽车网络研究的动向。

【关键词】汽车；车载网络；数据总线；应用

随着汽车电子化程度的不断提高，电子控制单元的大量引入，汽车综合控制系统中大量的控制信号需要实时交换，传统线束已远远不能满足这种需求。从20世纪80年代起，众多国际知名汽车公司、电子元器件公司及科研机构针对上述问题，在借鉴计算机网络技术和现场总线技术的基础上，开发出各种适用于汽车环境的汽车网络技术。目前车载网络主要应用在车身控制系统、动力传递系统、信息系统和安全系统等领域。车载网络系统已成为汽车构造的一个重要组成部分。

1.车载网络技术及类型

1.1车载网络

车载网络是计算机网络技术与自动化控制技术相结合产生的新兴技术领域，它支持汽车向智能化发展。人们把所有点对点连接映射为一个通信介质（总线），所有电子控制单元（ECU）共享总线、数据以位连续的形式传输，总线网络由此产生。

1.2汽车车载网络的类型

汽车车载网络系统的分类很多，类型也不完全相同。美国汽车工程协会（SAE）根据数据传输速度的高低，定义了3类网络，其中，A类网络为面向传感器、执行器的低速网络；B类网络为面向数据共享的中速网络；C 类网络为面向实时控制的高速网络，数据传输网络如表1所示。

近年来，汽车行业迅猛发展，世界各大汽车研究所加大了汽车研究力度，汽车厂商加大研究成本推出了许多新的汽车通用协议。现今的汽车通用协议很难归类到原先的SAE定义的三类网络中。现今网络大致分为5类，借鉴SAE的分类方式，可将这五类网络称为A、B、C、D、E类网络协议。

1.2.1 A类网络协议

A类网络有多种通信协议，根据目前发展和使用的状况，该类网络的主流协议将是LIN。LIN是用于连接智能传感器、执行器的低成本串行通信网络。LIN

采用SCI、UART等通用硬件接口，配以相应的驱动程序，成本低廉，配置灵活，适应面较广，主要包括：电动车窗、对舒适要求高的电动座椅、车内照明系统和车外照明系统，它们的传输速度一般为1Kb/s～20Kb/s。表2是A类汽车车载网络协议的内容。

1.2.2 B类网络协议

B类网络对实时性要求不太高，主要面向独立模块之间的数据共享。根据目前发展和使用的状况，该类网络的主流协议是低速CAN、SAEJ1850和V AN。B 类车载网络协议如表3所示。

1.2.3 C类网络协议

C类网络对实时性要求高，主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网，如动力系统。根据目前发展和使用的状况，该类网络的主流协议是高速CAN （ISO11898-2）、正在发展的TTP/C和FlexRay等协议。C类车载网络协议如表4所示。

目前，高速CAN仍为C类网络协议的主流，但是，作为一种事件驱动型总线，CAN无法为下一代线控系统（X-By-Wire系统）提供所需的容错功能或带宽，因为X-By-Wire系统实时性和可靠性要求都很高，随着下一代汽车中引进X-By-Wire系统，TTP/C和FlexRay会显示优势。它们之间的竞争还要持续一段时间，在未来的线控系统中，到底哪一种标准更具有生命力尚难定论。

1.2.4 D类网络协议

D类网络协议传输协议是在对网络传输效率较高的情况下产生的，它的传输速率基本在300Kb/s～500Kb/s，主要面向多媒体通信系统、导航系统等高速率传输模块。D类车载网络协议如表4所示。

1.2.5 E网络协议

E类网络主要面向乘客的安全系统，主要应用与车辆被动安全领域。在E类网络应用场合中可能存在2条或多条总线。

2.车载网络技术的应用

2.1CAN的用状况

车身控制使用的CAN网络，以CAN为主网，控制电控发动机、自动变速系统、ABS系统等车身安全模块，并将转速、车速、油温等共享至全车，实现汽车智能化控制。

目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速

CAN，速率达到500kb/s。主要面向实时性要求较高的控制单元，如发动机、自动变速箱、ABS、电动机等；另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。主要是针对车身控制的，如车灯、电动车门、电动车窗等信号的采集以及反馈。其特征是信号多但实时性要求低，因此实现成本较低。

2.2 LIN的应用状况

典型的LIN总线应用是汽车中的联合装配单元，如：电动门锁、方向盘、电动座椅座椅、空调、照明控制系统、湿度传感器等。对于这些成本比较敏感的单元，LIN可以使那些机械元件如智能传感器、制动器或光敏器件得到较广泛的使用。这些元件可以很容易的连接到汽车网络中并得到十分方便的维护和服务。在LIN实现的系统中通常将模拟信号量用数字信号量所替换，这将使总线性能优化。

2.3 局域网的应用状况

目前，国内外中高档轿车，如上海大众帕萨特B5和波罗、一汽大众宝来和奥迪A6、广州本田、东风雪铁龙等车采用了LAN技术。应用的典型LAN结构包括：ABS电控单元、照明电控单元、电动座椅电控单元、车门电控单元、车载电话电控单元和汽车动态电控单元等。

3.结束语

汽车电控装置的增加提高了轿车的动力性，经济性和舒适性，但是在进行信息传递时，有几个信号就要有几条信号传输线。在追求经济及实用的今天，粗大的线束不但占用了汽车上的宝贵资源，而且也越来越难以将它安装到隐蔽的位置。最终的结果就是电控单元端子数增加，线路复杂，故障率增多，汽车可靠性降低，并且使维修更加困难，故推广使用车载网络系统十分必要，而且具有较强的技术推广应用前景。

参考文献：

[1]杨生辉，赫扎特.车载网络技术[J].汽车运用，2010（1）：37～38.

[2]曹万科.CAN协议车载网络若干关键理论研究[D].东北大学，2008.

[3]杨宇.汽车车载网络技术的应用探讨[J].科技向导（信息技术），2012（8）：328.