商用車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李敬斌

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

商用車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李敬斌

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

對(duì)商用車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行平臺(tái)化設(shè)計(jì)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組合及網(wǎng)關(guān)的靈活運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同車型、不同配置的應(yīng)用。將已有項(xiàng)目的開發(fā)成果應(yīng)用到新的項(xiàng)目，可以降低整車的設(shè)計(jì)和制造成本，避免了重復(fù)開發(fā)工作，縮短開發(fā)周期。

商用車；車載網(wǎng)絡(luò)；平臺(tái)化

隨著車輛功能不斷升級(jí)，車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，能達(dá)到信息共享、減少布線、降低成本及提高整車可靠性的目的。商用車車型品種繁多，每一種車型特性各不相同，消費(fèi)人群對(duì)車輛的配置需求也各不相同；交叉車型眾多，同一款車型可能搭載匹配多種發(fā)動(dòng)機(jī)，制動(dòng)形式可能是氣壓制動(dòng)或液壓制動(dòng)，整車電壓可能為24 V或12 V，這些都給車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)和零部件平臺(tái)的設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大困難，所以車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在商用車上的平臺(tái)化設(shè)計(jì)尤其重要。

1 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)化設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)標(biāo)桿車企業(yè)、關(guān)鍵零部件廠商的技術(shù)路線進(jìn)行調(diào)查分析，目前商用車領(lǐng)域車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)狀況如下：對(duì)于中重卡，制動(dòng)形式一般采用氣壓制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和ESC等重要配置遵守SAE J1939《車輛CAN網(wǎng)絡(luò)串行通信和控制協(xié)議》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱SAE J1939）；對(duì)于微卡、皮卡和輕客，制動(dòng)形式一般采用液壓制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和ESC等重要配置遵守ISO 11898《道路車輛CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議》標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱ISO 11898）；對(duì)于輕卡，此類車型為交叉車型，制動(dòng)形式既有氣壓制動(dòng)也有液壓制動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)選擇依據(jù)不明確，狀態(tài)不統(tǒng)一。

根據(jù)商用車車型特性的多樣性、配置復(fù)雜多變性，結(jié)合國(guó)內(nèi)主流主機(jī)廠和零部件供應(yīng)商的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展路線，構(gòu)建自主商用車車載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，采用2套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、2套動(dòng)力網(wǎng)段、3套車身網(wǎng)段、3種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)型態(tài)的設(shè)計(jì)原則。分別是：①2套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：SAE J1939系列和ISO 11898系列標(biāo)準(zhǔn)；②2套動(dòng)力網(wǎng)段：液壓式輕型商用車遵守ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)，氣壓式中重型商用車遵守SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)；③3套車身網(wǎng)段：重卡平臺(tái)、24 V輕卡平臺(tái)和12 V輕卡平臺(tái)；④3種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)型態(tài)：S型/I型/SI型。S型指的是整車網(wǎng)絡(luò)全部符合SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)；I型指的是網(wǎng)絡(luò)全部符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)；SI型指的是整車部分網(wǎng)絡(luò)符合SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)，部分網(wǎng)絡(luò)符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)。

圖1為商用車車載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)架構(gòu)圖，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組合及網(wǎng)關(guān)的靈活運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同車型、不同配置的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)的基本思路是同平臺(tái)車型采用一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置的變化來(lái)適應(yīng)不同車型的開發(fā)需求；不同平臺(tái)車型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做到層次分明、兼容性強(qiáng)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，應(yīng)用于低端到高端的各類平臺(tái)車型，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在同平臺(tái)和跨平臺(tái)車型上具有很高的復(fù)用性。

圖1 商用車車載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

2 車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

車載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)方案在應(yīng)用到具體項(xiàng)目時(shí)，由于商用車各類型車型的配置不盡相同會(huì)略有差異，以W項(xiàng)目為例進(jìn)行介紹，X項(xiàng)目作為平臺(tái)化基礎(chǔ)項(xiàng)目已經(jīng)完成開發(fā)。

X項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用單網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式（圖2），通信標(biāo)準(zhǔn)參考SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)，通信速率為250 Kb/s，數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符采用擴(kuò)展幀格式，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不內(nèi)置終端電阻。在此基礎(chǔ)上并規(guī)劃了可即插即用的雙網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（圖3），在最大程度上保證了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)零部件平臺(tái)的兼容。

圖2 單網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式

圖3 雙網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置

按照W項(xiàng)目產(chǎn)品配置定義表，整車網(wǎng)絡(luò)模塊配置有發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元、防抱死控制單元、組合儀表、車身控制單元和行車記錄儀等，具體如表1所示。

表1中，X系列車型配備康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)，后處理路線為SCR路線，包括氮氧傳感器和后處理控制單元2節(jié)點(diǎn)，為私有節(jié)點(diǎn)，即其發(fā)送信息不對(duì)外公布；W系列車型配備自產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，后處理路線不同于康明斯，無(wú)氮氧傳感器和后處理控制單元，但是包含渦輪增壓器和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)2個(gè)節(jié)點(diǎn)，這2個(gè)節(jié)點(diǎn)也是私有節(jié)點(diǎn)。

表1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置

2.2 信號(hào)/報(bào)文傳輸

網(wǎng)絡(luò)信號(hào)/報(bào)文信息如表2所示。

行車記錄儀為選配狀態(tài)，在無(wú)該配置的車型上面，由儀表采集里程傳感器的脈沖信號(hào)，儀表處理后將車速信號(hào)發(fā)送到總線上。在配備該模塊的車型上，因法規(guī)要求，由行車記錄儀采集里程表傳感器的信號(hào)，再通過(guò)普通IO口發(fā)送給儀表，儀表接受和處理后，將車速信號(hào)發(fā)送到總線上。

表2 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)/報(bào)文信息

2.3 總線類型及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

按照下面的公式對(duì)每幀報(bào)文的負(fù)載率進(jìn)行計(jì)算

單幀報(bào)文負(fù)載率＝［（1000 ms/報(bào)文周期）×幀長(zhǎng)度/波特率］×100 %

Busload =［（1000/T）×155/250000］×100 % = 62/ T（%）

式中：幀長(zhǎng)度包括幀長(zhǎng)度（131）和填充位（24），具體見表3。

網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)及指標(biāo)見表4。

表4 網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)及指標(biāo)

總線通信速率為250 kb/s，網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文的總負(fù)載率為31.45%，小于60%，即符合單個(gè)網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率設(shè)計(jì)要求，采用單網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞桨?。圖4所示為基于車載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，具體實(shí)施時(shí)網(wǎng)關(guān)Gateway可以是實(shí)體，也可以是虛擬件，甚至是導(dǎo)線直接連通，配置節(jié)點(diǎn)以實(shí)際項(xiàng)目為準(zhǔn)進(jìn)行增減。

圖4 基于車載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

考慮到車型配置及線束設(shè)計(jì)的靈活性，終端電阻做在線束總成內(nèi)，所有控制器內(nèi)部不允許帶終端電阻。2個(gè)終端電阻布置在儀表和發(fā)動(dòng)機(jī)EMS附近。

2.4 車載網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)及通信協(xié)議

對(duì)于同一網(wǎng)段的所有控制器必須遵從相同的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議規(guī)范，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)互不兼容。車載網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)見圖5，網(wǎng)絡(luò)分層的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)見表5。

圖5 車載網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)

表5 網(wǎng)絡(luò)分層的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

2.5 網(wǎng)絡(luò)管理

整車網(wǎng)絡(luò)中的ECU根據(jù)其電源情況可分為2種類型，包括點(diǎn)火鑰匙控制型（+15電節(jié)點(diǎn)）和常電型（+30電節(jié)點(diǎn)）。+15電節(jié)點(diǎn)是指點(diǎn)火鑰匙處于非OFF擋時(shí)ECU獲得電源，OFF擋時(shí)ECU失去電源。+30電節(jié)點(diǎn)是指ECU電源不受點(diǎn)火鑰匙控制，點(diǎn)火鑰匙處于OFF擋時(shí)可進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)參考《OSEK/VDX網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)》，采用直接式網(wǎng)絡(luò)管理方式，參與網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)有車身控制單元和儀表單元，其他節(jié)點(diǎn)需要遵守15電節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)規(guī)范。

3 結(jié)束語(yǔ)

車載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)可以將已有項(xiàng)目的開發(fā)成果應(yīng)用到新的項(xiàng)目，節(jié)約了大量重復(fù)開發(fā)工作，縮短開發(fā)周期。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)涉及多個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組合及網(wǎng)關(guān)的靈活運(yùn)用，將這些成熟的節(jié)點(diǎn)應(yīng)用到其他車型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同車型、不同配置的應(yīng)用，可以降低整車的設(shè)計(jì)和制造成本，這樣的設(shè)計(jì)理念對(duì)整車廠及供應(yīng)商都具有重要的意義。

［1］于國(guó)光，劉錦高.基于車載系統(tǒng)CAN總線技術(shù)的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009，36（4 A）：276-278.

［2］張培仁.CAN總線設(shè)計(jì)及分布式控制［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

（編輯 凌 波）

Commercial Vehicle Network Platform Design and Application

LI Jing-Bin
（Anhui Jianghuai Automobile Co.， Ltd.， Hefei 230601， China）

Platform design on commercial vehicle on-board network technology is applied through the combination of network protocols and the flexible use of gateways， to achieve the application on different models and configurations. This could help to apply the existing projects development results to new projects， which can reduce the vehicle design and manufacturing cost， avoid repeating work and shorten development cycle.

commercial vehicle; vehicle network; platform based design

U463.6

A

1003-8639（2017）06-0020-04

2017-02-22

李敬斌（1985-），男，工程師，主要從事汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。