現(xiàn)代汽車車載網(wǎng)絡技術(shù)應用

郭雪劍

摘 要

車載網(wǎng)絡是現(xiàn)代汽車電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，本文就車載網(wǎng)絡形成的必要性及其應用進行了分析，并對車載網(wǎng)絡的發(fā)展前景做了研究，以便更好地理解新一代汽車電子控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】車載網(wǎng)絡 車身系統(tǒng) 動力傳動系統(tǒng) 安全系統(tǒng) 信息系統(tǒng)

1 汽車的網(wǎng)絡化

在傳統(tǒng)汽車中，開關(guān)、繼電器、電磁儀表等與電子相關(guān)的零部件構(gòu)成了汽車電器，它們之間信息交互是建立在點對點電氣信號連接基礎上的。電氣信號的種類也局限于模擬信號和開關(guān)信號。實施信號連接的電線束，通常稱為線束。

汽車中電器的技術(shù)含量和數(shù)量是衡量汽車性能的一個重要標志。汽車電器技術(shù)含量和數(shù)量的增加，意味著汽車性能的提高。但汽車電器的增加，同樣使汽車電器之間的信息交互橋梁——線束和與其配套的電器接插件數(shù)量成倍上升。在1955年平均一輛汽車所用線束總長度為45米；而到了2002年，一輛汽車所用的平均線束總長度達到了4000米。線束的增加不但占據(jù)了車內(nèi)的有效空間，增加了裝配和維修的難度，提高了整車成本，而且妨礙了整車可靠性的提高。

為了在提高性能與控制線束數(shù)量之間尋求一種有效的解決途徑，在20世紀80年代初，出現(xiàn)了一種基于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的車內(nèi)信息交互方式——車載網(wǎng)絡。

汽車制造商根據(jù)各個地方不同速度的要求，將會制定出幾個不同標準的車載網(wǎng)絡?！皩τ谒械钠囍圃焐虂碚f，車載網(wǎng)絡中的很多運行都涉及到工業(yè)標準，” 通用汽車公司的一位研究電子動力傳輸?shù)膶＜褼ennis Bogden說。“如果你獲得高速的數(shù)據(jù)是通過鏈接一個網(wǎng)絡，而低速的數(shù)據(jù)又是鏈接另一個網(wǎng)絡的話，我們就早已經(jīng)停止了各種各樣的技術(shù)嘗試，因為我們需要的僅僅是一個車載網(wǎng)絡?！?/p>

2 車載網(wǎng)絡的應用

車載網(wǎng)絡按照應用加以劃分，大致可以分為4個系統(tǒng)：車身系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、信息系統(tǒng)。

在動力傳動系統(tǒng)內(nèi)，動力傳動系統(tǒng)模塊的位置比較集中，可固定在一處，利用網(wǎng)絡將發(fā)動機艙內(nèi)設置的模塊連接起來。在將汽車的主要因素—行駛、停車與轉(zhuǎn)向這些功能用網(wǎng)絡連接起來時，就需要高速網(wǎng)絡。

動力CAN數(shù)據(jù)總線一般連接3塊電腦，它們是發(fā)動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數(shù)據(jù)總線實際可以連接安全氣囊、四輪驅(qū)動與組合儀表等電腦）?？偩€可以同時傳遞10組數(shù)據(jù)，發(fā)動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦2組。數(shù)據(jù)總線以500Kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7～20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權(quán)順序為ABS/EDL電控單元→發(fā)動機電控單元→自動變速器電控單元。

與動力傳動系統(tǒng)相比，汽車上的各處都配置有車身系統(tǒng)的部件。因此，線束變長，容易受到干擾的影響。為了防干擾應盡量降低通信速度。在車身系統(tǒng)中，因為人機接口的模塊、節(jié)點的數(shù)量增加，通信速度控制將不是問題，但成本相對增加，對此，人們正在摸索更廉價的解決方案，目前常常采用直連總線及輔助總線。

整個汽車車身系統(tǒng)電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門控單元電路。

主控單元按收開關(guān)信號之后，先進行分析處理，然后通過CAN總線把控制指令發(fā)送給各受控端，各受控端響應后作出相應的動作。車前、車后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執(zhí)行，并把執(zhí)行的結(jié)果反饋給主控端。門控單元不但通過CAN總接收主控端的指令，還接收車門上的開關(guān)信號輸入。根據(jù)指令和開關(guān)信號，門控單元會做出相應動作，然后把執(zhí)行結(jié)果發(fā)往主控單元。

網(wǎng)絡技術(shù)在汽車上的應用，不但增強了汽車的性能，而且減少了線束的用量。2003年6月在南京菲亞特下線的“派力奧·周末風”，由于采用了汽車整體車載網(wǎng)絡技術(shù)，從而減少了23%的線束，降低元件重量2.8千克。在“派力奧·周末風”中，車載網(wǎng)絡將前照燈照明、前/后窗自動玻璃清洗控制、轉(zhuǎn)向燈控制、后風窗雨刮器、內(nèi)部照明系統(tǒng)、單點觸電動窗自動升降、電子防盜系統(tǒng)通過網(wǎng)絡連為一體。

3 汽車網(wǎng)絡的發(fā)展

近兩年在中國生產(chǎn)，價格在8萬元～20萬元之間，采用車載網(wǎng)絡的轎車、SUV情況。價格在20萬元以下的轎車屬于普及型轎車，但車載網(wǎng)絡卻在近兩年在中國生產(chǎn)的普及型轎車中占據(jù)了相當大的比重，說明車載網(wǎng)絡已在轎車中進入產(chǎn)業(yè)化階段，它不再是高檔轎車獨享的專用高級技術(shù)。說明CAN總線已成為普及型轎車車載網(wǎng)絡的主流。

在車載網(wǎng)絡的發(fā)展過程中，通信介質(zhì)已日益引起關(guān)注，目前POF已得到大量應用。此前德國寶馬汽車公司宣布在2002年3月上市的最高級新款轎車“BMW7”系列中采用了50米POF。它表明大量采用POF車載網(wǎng)絡的汽車已經(jīng)開始進入實用階段。

數(shù)據(jù)通信對速度的要求是永無止境的。在車載網(wǎng)絡的發(fā)展過程中，介質(zhì)的通信速度是制約車載網(wǎng)絡應用和發(fā)展的一個重要因素。POF在汽車上的成功應用，不但推動了以Byteflight、FlexRay和MOST等現(xiàn)有的以POF為介質(zhì)的高速車載網(wǎng)絡的產(chǎn)業(yè)化應用，而且為下一代車載網(wǎng)絡的發(fā)展創(chuàng)造了條件。隨著人類生活空間的拓展，IT融合于汽車之中是未來發(fā)展的必然趨勢，而作為IT裝置之間實施信息交互媒介的網(wǎng)絡，將會有更多類似于IEEE 1394、Bluetooth等IT領域應用的網(wǎng)絡向汽車滲透。

隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，面對中國巨大的轎車市場，世界上各大汽車制造商紛紛與國內(nèi)汽車制造廠合作生產(chǎn)轎車，并且所生產(chǎn)轎車的技術(shù)含量正逐漸與世界同步。據(jù)相關(guān)資料報道，近年來在國內(nèi)生產(chǎn)的轎車中，汽車電子在汽車中所占的比例及其汽車電子的技術(shù)含量已超過世界轎車的平均水平。

目前國際汽車工業(yè)廣泛采用系統(tǒng)開發(fā)、項目平臺、全球采購、模塊化供貨等運作方式。最近上海、浙江、廣東已在不同程度上起動了汽車電子產(chǎn)業(yè)。政府的支持、市場的需求為中國汽車電子的發(fā)展提供了良好平臺。車載網(wǎng)絡是典型的實時嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)，而中國擁有較多的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員，提供了大量的人才儲備。這是中國汽車電子的發(fā)展機遇，也是具有自主知識產(chǎn)權(quán)車載網(wǎng)絡在中國的發(fā)展機遇。

車載網(wǎng)絡作為連接車內(nèi)機械、電器和電子信息的紐帶，是整車的核心技術(shù)，而國內(nèi)汽車工業(yè)的現(xiàn)狀將注定具有自主知識產(chǎn)權(quán)的車載網(wǎng)絡的大量運用還需要汽車企業(yè)和相關(guān)技術(shù)開發(fā)商付出大量的努力。

參考文獻

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作者單位

中天高科特種車輛有限公司 天津市 301700