汽車車載網絡系統(tǒng)發(fā)展趨勢研究

武鵬飛

摘 要：現實中汽車在人們生活中的“地位”不斷攀升，其原因在于汽車智能化和網絡化。各種舒適性、安全性、科技性的功能模塊被應用于汽車中。傳統(tǒng)的點對點電控單元的控制方式，已經不能適用于現代汽車的發(fā)展。車載網絡系統(tǒng)的發(fā)明，不僅能良好的解決各電控單元的控制，而且更有利于汽車現代化的發(fā)展。本文圍繞車載網絡系統(tǒng)發(fā)展現狀、功能、應用及發(fā)展趨勢展開論述。

關鍵詞：車載網絡系統(tǒng) 電控單元 智能化 應用 發(fā)展趨勢

1 引言

隨著汽車電子控制系統(tǒng)進入智能化和網絡化時代，汽車電子設備在車輛中的應用逐漸增加，例如：電動座椅調節(jié)、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、車身穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）、主動懸架、信息娛樂多媒體等。傳統(tǒng)電子設備大多數采用點對點的單一通信方式，不同功能的ECU之間基本沒有信息的共享和傳遞。日益增多的汽車電子設備會導致汽車線束粗大。據統(tǒng)計，采用傳統(tǒng)點對點的布線方式，一輛豪華車輛的導線長度能達到2000多米，節(jié)點數可達1500個。如此，不僅龐大的線束占有駕駛艙內有限的空間，而且對維修帶來更大的困難。隨著電器設備的增加，傳統(tǒng)布線方式逐漸不再為汽車帶來可靠性、穩(wěn)定性和安全性。為發(fā)展汽車輕量化和小型化，汽車網絡系統(tǒng)應運而生。車載網絡系統(tǒng)可以簡化線束的同時，更能提高各電子控制單元之間數據和信號的共享，避免沒有必要的浪費和空間的節(jié)約。

2 車載網絡系統(tǒng)的發(fā)展現狀

車載網絡系統(tǒng)從20世紀80年代已開始使用。德國Bosch聯(lián)合各大汽車廠，最先對車載網絡進行研究。1983年，豐田汽車公司最早應用了總線制的車門控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是集中控制的方式，車身ECU集中控制四個車門和尾門門鎖的開啟和鎖止。

1986年，因銅線有電阻率小，載流量大，穩(wěn)定性好的優(yōu)點，車身系統(tǒng)開始逐漸采用銅線作為網絡系統(tǒng)的連接線。在1987年，日產公司和通用公司的集中型網絡控制系統(tǒng)已經開始量產。期間，Bocsh公司提出車載局域網的協(xié)議就是，CAN總線（Control Area Network）。接著美國汽車工程師學會提出另一種網絡通信協(xié)議：SAE-J1850。日本豐田、日產、三菱、本田和馬自達公司均已按各自的設計方式對車身網絡控制系統(tǒng)進行批量生產。歐洲汽車廠家則采用CAN總線，在每個控制器均采用CAN來控制。目前，CAN總線系統(tǒng)是應用最廣泛的網絡系統(tǒng)。

3 車載網絡系統(tǒng)的功能介紹及其優(yōu)勢

3.1 車載網絡系統(tǒng)的功能如下

3.1.1 實現多路傳輸

多路傳輸即在同一跑道上同時傳輸多個信號源或者信息。在通信系統(tǒng)中，信號的傳遞非常快，通道的傳輸能力很強。如果一條通道僅傳輸一路信號，這會資源是極大的浪費。多路復用能將多路信號按照系統(tǒng)邏輯順序將多組信號整合起來，在一條通道中傳遞，當信號到達接收信號的控制單元，再將整合信號分離，從而實現一通道傳遞多種信號的能力。常見的三種多路傳輸的方式有時分多路復用，頻分多路復用和碼分多址。

3.1.2 系統(tǒng)失效保護

為確保系統(tǒng)可以更可靠地為車輛服務，當車載網絡系統(tǒng)部分功能喪失時，系統(tǒng)應具有自我處理的能力。該自我處理功能包含軟件自我處理和硬件自我處理。軟件失效保護功能即當系統(tǒng)中一個控制裝置發(fā)生故障時，失效保護被觸發(fā)，相應的電子控制單元將不接收來自故障裝置的信號，實現自我保護;硬件失效保護即當系統(tǒng)中ECU發(fā)送故障時，硬件失效保護打開，使其以系統(tǒng)內設定固定信號進行輸出，從而更好的保障系統(tǒng)繼續(xù)工作。

3.1.3 系統(tǒng)“休眠”和“喚醒”休眠

該功能是：為了減少汽車在點火開關關閉時，整個系統(tǒng)對蓄電池的額外耗損。系統(tǒng)休眠時，通道將停止對信號的傳輸，以節(jié)約電能;當系統(tǒng)有操作時，系統(tǒng)即刻被喚醒，隨時進行信號的傳輸。

3.1.4 故障自診斷

在點火開關開啟時，系統(tǒng)通電首先完成整個系統(tǒng)的自我監(jiān)測。若無故障，汽車各功能可正常運行;若某功能存在故障，則儀表盤輸出故障燈。該功能既可以對傳輸線路進行自診斷，也可以對有關電控元件進行自診斷。

3.2 車載網絡系統(tǒng)的優(yōu)勢

汽車網絡信號的傳輸方式是借著數據總線將各種功能模塊或者ECU聯(lián)接起來以實現車載網絡信號的傳輸。其中，控制信號和發(fā)送數據的功能模塊將信號和數據編碼翻譯，發(fā)送到總線。接受數據的功能模塊通過解碼翻譯，獲得相應的命令和數據。該系統(tǒng)的傳輸優(yōu)勢如下：

（1）車載網絡系統(tǒng)可通過兩根線代替多根線，解決線束粗大冗長以及占空間件的問題;

（2）車載網絡系統(tǒng)將不同功能的控制單元聯(lián)接，使信號的傳輸更便捷可靠;

（3）局域網內部共享資源信號的速度比傳統(tǒng)點對點傳輸方式更快，從而提高車輛的相應速度，為乘員提供更有效率的服務;

（4）系統(tǒng)可直接通過系統(tǒng)軟件來實現控制系統(tǒng)的功能變化和升級，機動靈活性高;

（5）系統(tǒng)提供故障檢測端口，可用故障檢測儀直接對系統(tǒng)的每個功能進行檢測，提高維修人員的工作效率。

4 車載網絡系統(tǒng)的應用

車載網絡系統(tǒng)主要應用于四大系統(tǒng)，即車身控制系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、多媒體信息娛樂系統(tǒng)和車輛安全系統(tǒng)。

4.1 在車身控制系統(tǒng)中的應用

車身系統(tǒng)的部件遍布于車輛全車身，所以車身控制元件的總線束很長，傳輸信號是也容易受到干擾。車身系統(tǒng)主要有五個控制單元，可實現五個功能。控制單元分別是中央門鎖、電動車窗、照明開關、后視鏡調節(jié)和加熱及自診斷功能。

4.2 在動力傳動系統(tǒng)中的應用

動力數據總線連接三個電控單元：發(fā)動機控制單元、ABS控制單元和自動變速箱控制單元。CAN數據總線以500kbit/s的速率傳輸數據信號，每一組數據信號的傳輸時間是0.25毫秒，每一個電子控制單元在7-20毫秒內發(fā)送一次數據信號，并且各電子控制單元會按照順序在相應的時間內發(fā)送。其順序是ABS電控單元、發(fā)動機電控單元和自動變速箱電控單元。

4.3 在多媒體信息娛樂系統(tǒng)中的應用

信息娛樂系統(tǒng)中信號容量較大，要求信號傳輸速率快。車載網絡采用光纖作為傳輸通道，滿足信息娛樂系統(tǒng)的各種要求。

4.4 在安全系統(tǒng)中的應用

根據各傳感器的信號，準確地控制各安全設備可靠的運行。該系統(tǒng)使用的節(jié)點數較多，所以要求該系統(tǒng)成本低，通信可靠性高，通信速度快。

5 車載網絡系統(tǒng)的趨勢

目前，各大汽車廠商均有自己設計的車身和動力系統(tǒng)的網絡控制系統(tǒng)。現在在售的大部分車輛都采用了車載網絡的控制系統(tǒng)。放眼望去，車載網絡系統(tǒng)在車輛上的應用會越來越普遍。車載網絡技術會逐漸向智能化、高速化、統(tǒng)一化發(fā)展。

5.1 智能化

汽車可根據駕駛員的目標設定，網絡系統(tǒng)會為駕駛者提供最優(yōu)的選擇：綜合考慮天氣、車流量、交通堵塞等為駕駛員提供最佳路徑;根據以往駕駛習慣，提供最合適坐姿、懸架舒適性、底盤調校等。智能化地控制車輛行駛的時間，提高安全性和效率。

X-by-Wire（線控）是另外一種新汽車改革的方向。該系統(tǒng)下，大部分機械的操作和中間傳動機構被省略，例如換擋桿、轉向盤柱以及各種傳動連桿等，取而代之的是各種傳感器。駕駛員通過控制網絡控制系統(tǒng)來實現對車輛的掌握，大大提高了汽車的可操縱性和安全性。X-by-Wire更加突顯汽車的智能化和科技感，可以贏得大眾的青睞。

5.2 高速化

未來汽車網絡會是一個高帶寬、響應快的可移動的網絡系統(tǒng)。代步僅是人們使用汽車的小部分因素。汽車網絡的高速化發(fā)展，人們可以利用汽車進行實時辦公、娛樂、朋友溝通等。另外，汽車網絡的高速化，會讓系統(tǒng)承載更多的電子控制元件，以讓汽車實現更多的功能，同時，也會提高整個車載系統(tǒng)的可靠性和電子控制單元的響應速度。

5.3 網絡協(xié)議統(tǒng)一化

車載網絡系統(tǒng)是現今汽車的主流發(fā)展方向，各大汽車廠商都已經研發(fā)了自己的網絡系統(tǒng)。其各自的網絡系統(tǒng)應用的網絡協(xié)議標準都不相同，勢必增加汽車的生產成本，也會帶來維修設備不匹配的困難。汽車廠商和網絡系統(tǒng)供應商已漸漸達成一致：即在A類網絡中使用局域網，在B類網絡中低速控制器局域網已成為事實上的標準協(xié)議，在C類網絡中，對傳統(tǒng)的實時分布控制，高速控制器局域網將作為事實上的標準。

6 結語

現代汽車，車載網絡系統(tǒng)已經被普遍使用。隨著電子元件的發(fā)展，更多的汽車電子控制單元被安裝到網絡系統(tǒng)中。車載網絡系統(tǒng)的發(fā)展會減少更多線束和資源的浪費，同時提高汽車的舒適性、安全性和可靠性。在不久的將來，汽車會發(fā)展成為集辦公、休閑、娛樂于一體的伙伴。

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