车载网络系统概述

为什么会出现车载总线系统

1.线束和元件的不断增加与有限的车内空间产生了矛盾

      在传统的汽车中，电气信号的连接是通过线束实现的。随着汽车中电子部件数量的增加，线束与配套接插件的数量也在成倍上升。在1955年平均一辆汽车所用线束的总长度为45米，而到了2002年，平均一辆汽车所用线束的总长度却达到了4千米。线束的增加不但占据了车内的有效空间、增加了装配和维修的难度、提高了整车成本，而且妨碍整车可靠性的提高。

2.电控单元（ECU）的增多使网络通信的发展成为必然

电控单元，又称为ECU（Electrical Control Unit）。一般是汽车内部系统控制模块的代名词。ECU的主要部分是微机，而核心件是CPU。ECU将输入信号转化为数字形式，根据存储的参考数据进行对比加工，计算出输出值，输出信号再经功率放大去控制若干个调节伺服元件，例如继电器和开关等。因此，ECU实际上是一个“电子控制单元”（Electronic Control Unit），它是由输入电路、微机和输出电路等三部分组成。

 

 

迄今为止 ,已有多种网络标准。为方便研究和设计使用 ，美国汽车工程师协会(SAE :Society of Automotive Engineer)将汽车网络根据速率划分为 A,B,C,D,E五类 ,各类网络的特点见表1。

汽车网络标准具体分类 

1.A类网络标准

 从目前的发展和使用情况来看，A类网的主要总线   TTP/A(Time Triggered Protocol/A)和LIN(Local Interconnect Network)。

(1)TTP/A协议最初由维也纳工业大学制定，为时间触发类型的网络协议，主要应用于集成了智能变换器的实时现场总线。它具有标准的UARTUART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器) ，能自动识别加入总线的主节点与从节点，节点在某段已知的时间内触发通信但不具备内部容错功能。 

(2)LIN是在1999年由欧洲汽车制造商Audi、BMW、DaimlerChrysler、Volvo、Volkswagen和VCT 公司以及Motorola公司组成的LIN协会，共同推出的用于汽车分布式电控系统的开放式的低成本串行通信标准，从2003年开始使用。 

LIN是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。从硬件、软件以及电磁兼容性方面来看，LIN保证了网络节点的互换性，极大地提高了开发速度，同时保证了网络的可靠性。

由于LIN价格低廉，因此它可将MCU嵌入到车身零部件中，使其成为具备网络功能智能零部件（Smart Parts）从而进一步减少线束、降低成本。LIN网络已经广泛地被世界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受，有望成为事实上的A类网络标准。

 

2.B类网络标准 （VAN和CAN）

从目前B类网络的使用情况来看主要有两种：低速CAN和VAN。 

(1)VAN标准是ISO于1994年6月推出的。它基于ISO11519-3，主要为法国汽车公司所用。但目前就动力与传动系统而言，甚至在法国也集中在CAN总线上。

(2)CAN是德国Bosch公司从20世纪80年代初，为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps。1991年首次在奔驰S系列汽车中实现。低速CAN具有许多容错功能，一般用在车身电子控制中；而高速CAN则大多用在汽车底盘和发动机的电子控制中。

 

3.C类网络标准 

C类标准主要用于与汽车安全相关及实时性要求比较高的地方，如动力系统， 所以其传输速率比较高，通常在125kbps - 1Mbps之间，必须支持实时的周期性参数传输。

目前，C类网络中的主要协议包括高速CAN(ISO11898-2)、正在发展中的TTP/C和FlexRay等协议。

(1)TTP/C协议

TTP/C协议由维也纳工业大学研究，基于TDMA的访问方式。TTP/C是一个应用于分布式实时控制系统的完整的通信协议。 它能够支持多种容错策略， 提供容错的时间同步以及广泛的错误检测机制，同时还提供节点的恢复和再整合功能。其采用光纤传输的工程化样品速度将达到25Mbps。TTP /C 支持时间和事件触发的数据传输。TTP管理组织TTAGroup成员包括奥迪、SA、Renault、NEC、TTChip、Delphi等。

(2)FlexRay

FlexRay是BMW、Daimler Chrysler、Motorola和Philips等公司制定的功能强大的通信网络协议。它是基于FTDMA的确定性访问方式，具有容错功能及确定的通信消息传输时间，同时支持事件触发与时间触发通信。具备高速率通信能力。FlexRay采用冗余备份的办法，对高速设备可以采用点对点方式与FlexRay总线控制器连接，构成星型结构，对低速网络可以采用类似CAN总线的方式连接。

(3)高速CAN

欧洲的汽车制造商基本上采用高速CAN总线标准ISO11898。总线传输速率通常在125kbps-1Mbps 之间。据Strategy Analytics公司统计，2001年用在汽车上的CAN节点数目超过1亿个。然而，作为一种事件驱动型总线，CAN无法为下一代线控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，必须采用时间触发的通信协议，如TTP/C或FlexRay等。

CAN协议仍为C类网络协议的主流

4.D类网络标准 

面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速率一般在 2Mb/S 以上，主要用于CD等播放机和液晶显示设备。

汽车信息娱乐和远程信息设备，特别是汽车导航系统，需要功能强大的操作系统和连接能力。

 

目前主要应用的几种总线协议如下表所列。

(1)MOST网络

MOST网络是由德国Oasis Silicon System公司开发的。MOST技术针对塑料光纤媒体而优化，采用环行拓扑机构，在器件层提供高度可靠性和可扩展性。它可以传送同步数据(音频信号、视频信号等流动型数据)、非同步数据(访问网络及访问数据库等的数据包)和控制数据(控制报文及控制整个网络的数据)。MOST得到包括BMW、Daimler Chrysler、Harman/Becker和Oasis公司的支持，已应用在多款车型上，如BMW7系列、Audi A-8、Mercedes E系列等。

(2)Blue tooth

随着蓝牙技术的发展，短距点对点通讯的蓝牙技术在汽车中寻求到了发展空间，其相对低廉的成本和简便的使用方法得到汽车业界的认同。蓝牙无线技术是一种用于移动设备和WAN/LAN接入点的低成本、低功耗的短距离射频技术。蓝牙标准描述了手机、计算机和PDA如何方便地实现彼此之间的互连，以及与家庭和商业电话和计算机设备的互连。蓝牙特殊兴趣组的成员包括AMIC、BMW、Daimler Chrysler、Ford、GM、Toyota和Volkswagen。

(3)ZigBee无线网络

ZigBee无线网络在汽车上应用的解决方案是针对蓝牙技术受车内电磁噪声影响的问题而提出。ZigBee可以工作在低于1GHz与2.45GHz的频带范围，传输速率为250kbps，主要应用范围包括工业控制、家庭自动化、消费类应用以及潜在的汽车应用。目前，ZigBee联盟发布了首批成功完成互操作性测试的四款平台。这些平台将用来测试未来数月内推出的ZigBee产品，为ZigBee在各领域的实际应用铺平道路。

5. 安全总线和标准 (E类总线)

安全总线主要用于安全气囊系统，以连接速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供保障。目前已有一些公司研制了相关的总线和协议，包括Delphi公司的SafetyBus和BMW公司的Byteflight。

车载总线技术发展趋势及优缺点

 

X-by-Wire，即线控操作，是未来汽车的发展方向。该技术来源于飞机制造，基本思想就是用电子控制系统代替机械控制系统，减轻重量，提高可靠性，如Steer-by-Wire，Brake-by-Wire等。由于整个设计思想涉及动力、制动、方向控制等关键功能，对汽车网络也就提出了不同要求。在未来的5 - 10年里，X-by-Wire技术将使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通信总线与高性能CPU 相连的电气系统。

由于各方面的原因,汽车行业要建立一个统一的汽车网络协议体系,还有不少困难. 不过,目前对汽车网络的应用已逐渐形成这样的看法:在低速网络中使用LIN;在中速网络中采用低速CAN;在高速网络中,对现行汽车的实时分布控制方式,高速 CAN 将成为事实上的标准,但在采用 X-by-wire 技术的下一代汽车中,TTP/C与 FlexRay的竞争暂未完结;面向多媒体导航系统的MOST协议看来势头正猛,它在减重和抗干扰方面有独特的优点,但它是一个封闭性的平台,它的对手IDB1394的是一个开放标准,可最大限度利用民用设备市场,因此具有很大潜力;在面向乘员的安全系统的网络中,Byteflight 显示了其独特的优势.

除蓝牙技术以外(无线通讯范畴),它们在位速率和成本上所占据的范围几乎不存在重叠区域.并且成本与位速率呈现递增关系.这反映出网络在汽车领域已被不同的车用总线所”瓜分”,而且这些总线在各自领域呈现出独霸一方的局面.