分析國(guó)內(nèi)外汽車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展措施

田莉

摘要：隨著人們對(duì)汽車性能的要求逐漸增多，在汽車上出現(xiàn)的電子控制系統(tǒng)也在不斷增加，雖然這一系列技術(shù)的提高，帶來了很多的便利，但是也給汽車的生產(chǎn)帶來了很多的問題。比如：電路更加復(fù)雜、可靠性逐漸降低、生產(chǎn)成本逐漸增加等。為了可以解決這一系列的問題，逐漸對(duì)汽車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，目前對(duì)于這類型的技術(shù)主要是基于CAN總線和LIN總線技術(shù)。對(duì)于這類技術(shù)國(guó)內(nèi)外都有一定的技術(shù)進(jìn)展。本文主要是研究國(guó)內(nèi)外汽車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的現(xiàn)狀，找出其中存在的問題，提出相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：汽車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù);現(xiàn)狀;發(fā)展措施

0 ?引言

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，在汽車上逐漸有了比較廣泛的應(yīng)用，越來越多的電子電器設(shè)備出現(xiàn)在汽車上，便逐漸形成了一種獨(dú)有的系統(tǒng)，但是由于該系統(tǒng)中存在的電子電器設(shè)備比較復(fù)雜，所以導(dǎo)致汽車合身的布線就變得十分復(fù)雜。但是由于汽車的空間有限，所以在使用的時(shí)候會(huì)存在一定的問題，并且由于在安裝的時(shí)候存在難度，所以在使用的時(shí)候可靠性也會(huì)降低，所以當(dāng)在使用的過程中遇到問題的時(shí)候，想要進(jìn)行維修都是比較困難的一件事情。所以為了改變這樣的現(xiàn)狀，逐漸出現(xiàn)了很多的技術(shù)，可以提高可靠性，并且可以降低生產(chǎn)成本，該技術(shù)就是CAN技術(shù)[1]。本文主要是對(duì)國(guó)內(nèi)外的通訊技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究，并且總結(jié)出之后的發(fā)展趨勢(shì)。

1 ?汽車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的概述

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一輛汽車中，使用傳統(tǒng)的車身布線的方式，可以發(fā)現(xiàn)其電線長(zhǎng)度可達(dá)2km，電氣節(jié)點(diǎn)多達(dá)1500個(gè)。在這樣的情況下引入大量的電子控制單元。會(huì)讓整個(gè)設(shè)備信號(hào)更有保證，而且使用的數(shù)據(jù)化信息會(huì)比較多，這個(gè)時(shí)候就可以在不同的條件下進(jìn)行分享，傳統(tǒng)的方式并不能滿足。所以為了改善這樣的情況，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸產(chǎn)生，這個(gè)也成為了之后汽車發(fā)展的一個(gè)方向。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的時(shí)候，需要對(duì)其進(jìn)行分類，在分類時(shí)候主要是根據(jù)傳輸速率，分為四個(gè)部分，汽車動(dòng)力傳動(dòng)和安全與底盤控制系統(tǒng)、車身電子控制系統(tǒng)、車載多媒體系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)[2]。

1.1 汽車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展

對(duì)于汽車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來說，是需要一定發(fā)展過程的，并不能說是直接出現(xiàn)很大的發(fā)展和進(jìn)步。由于其中涉及中的單元比較多一些，所以在進(jìn)行發(fā)展的時(shí)候需要一定的過程。而且該技術(shù)主要是起源于國(guó)外，發(fā)展比較好的也是在國(guó)外。

在1983年的時(shí)候，Bosch首先開始研究這樣的技術(shù)，在經(jīng)過研究之后，出現(xiàn)了串行總線系統(tǒng);雖然已經(jīng)有了一定的成功，但是這個(gè)并不是最后的結(jié)果，在1986年的時(shí)候，他在SAE大會(huì)上首次公布CAN協(xié)議。之后Intel推出了第一片CAN控制器芯片，經(jīng)過幾年的發(fā)展，Bosch頒布CAN 2.0技術(shù)規(guī)范。雖然這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生，但是并沒有使用在汽車上，最早使用在汽車上在1991年，出現(xiàn)在Benz S系列轎車上實(shí)現(xiàn)。當(dāng)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)之后，為了可以讓這個(gè)技術(shù)使用更加規(guī)范，在這個(gè)時(shí)候CiA組織成立了，并且制定了第一個(gè)CAN應(yīng)用層協(xié)議CAL。

關(guān)于該技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，是從1993年開始，為了可以將各個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)控制在一定的范圍之內(nèi)，這個(gè)時(shí)候都是根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-11898CAN進(jìn)行的。使用了一年之后，在1994年的時(shí)候，SAE頒布了J1939標(biāo)準(zhǔn)，主要是用于卡車和巴士，這個(gè)更加具有針對(duì)性。之后在1999年，已經(jīng)有近6千萬個(gè)CAN控制器芯片可以在生產(chǎn)中被使用。由于掌握了技術(shù)，在2000年的時(shí)候，芯片的銷售額直接增長(zhǎng)為1億多。目前在歐洲，幾乎每一個(gè)汽車生產(chǎn)公司都會(huì)使用這樣的技術(shù)，雖然這個(gè)技術(shù)將來也會(huì)被取代，但是還是會(huì)持續(xù)使用很多年[3]。

1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸速率和特定研究已經(jīng)有了一定的成果，對(duì)于這方面的技術(shù)目前主要使用的是美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)SAE 車輛網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)進(jìn)行的分類，主要是將其分為四類，分別如下：

第一類主要是使用低速網(wǎng)絡(luò)，這類型的主要是針對(duì)傳感器或執(zhí)行器，通常一般在使用的時(shí)候，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常小于10kb/s，產(chǎn)生的這些在汽車運(yùn)行的時(shí)候主要用于后視鏡調(diào)整、燈光照明等控制。

第二類是中速網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于這類型的網(wǎng)絡(luò)主要是針對(duì)獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享，這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸一般是在10～125kb/s之間，產(chǎn)生的這些在汽車行駛的時(shí)候主要用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示、故障診斷等系統(tǒng)。

第三類主要是多路傳輸網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)主要是由高速實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸一般是控制在125 kb/s～1Mb/s之間，一般使用這個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)都會(huì)有比較高的要求，所以在使用的時(shí)候主要針對(duì)的是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和底盤控制。

第四類主要是高性能網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)主要是由多媒體設(shè)備、高速數(shù)據(jù)流傳輸，對(duì)于這類型控制的傳輸速率主要是在1 Mb/s以上，一般使用該傳輸速率的都是汽車導(dǎo)航等系統(tǒng)[4]。

1.3 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)

汽車在行駛的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到一些環(huán)境比較惡劣的情況，在這樣的條件下，想要接收比較好的信號(hào)的時(shí)候，就需要使用一定的手段，所以這個(gè)時(shí)候一定要確保網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有一定的保障。首先需要確保傳輸信息的安全性，這個(gè)時(shí)候的信號(hào)邏輯一定要更好，并且可以利用異步總線隨機(jī)地傳送數(shù)據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，需要事先確定順序，這個(gè)時(shí)候才能保證在接收信號(hào)和傳出信號(hào)的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)紊亂的情況，而且可以根據(jù)所接收的信號(hào)對(duì)其進(jìn)行判斷，并且可以根據(jù)得到的信息進(jìn)行判斷，這個(gè)時(shí)候可以提高整個(gè)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力;并且對(duì)于總線來說，需要將信息進(jìn)行散布，所以這個(gè)時(shí)候需要具有一定的尋址能力。

2 ?CAN技術(shù)

2.1 CAN技術(shù)的特點(diǎn)

對(duì)于汽車的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)而言，在使用的時(shí)候會(huì)有多種方式。對(duì)現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展來說，現(xiàn)在使用最多，并且技術(shù)最成熟的一種方式就是CAN技術(shù)，作為一種總線對(duì)技術(shù)進(jìn)行控制。主要是可以支持實(shí)時(shí)分布控制，在進(jìn)行使用的時(shí)候主要是通過雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維等介質(zhì)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行傳輸。

在進(jìn)行使用的時(shí)候，對(duì)于汽車不用的系統(tǒng)盡管是相同的技術(shù)也會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的差別。一般在使用的時(shí)候主要是應(yīng)用在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制部件、傳感器當(dāng)中，這個(gè)時(shí)候可以使用總線的位速率最大可達(dá)lMb/s CAN總線。對(duì)于這類型總線的設(shè)計(jì)和一般的通訊總線之間會(huì)存在很大的差距，這個(gè)時(shí)候該技術(shù)主要是彌補(bǔ)之前數(shù)據(jù)的不足，使用這樣的數(shù)據(jù)會(huì)更加可靠、實(shí)用并且更加靈活。因此，在用的時(shí)候主要特點(diǎn)如下：

①對(duì)于該技術(shù)而言，主要是使用多主方式工作，所以對(duì)于任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要時(shí)刻可以進(jìn)行變換網(wǎng)絡(luò)，并且可以進(jìn)行信息的發(fā)送甚至是轉(zhuǎn)化，這樣就可以使用整個(gè)通信方式會(huì)更加靈活，并且在使用的時(shí)候會(huì)非常方便。

②在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)信息可以隨時(shí)直接進(jìn)行傳遞，但是也需要具有一定的順序，不然就會(huì)變得十分混亂，這個(gè)時(shí)候需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的劃分。并且可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的傳輸信息，而且傳遞信息的速度會(huì)變得非常快。

③在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，在信息同時(shí)發(fā)送的時(shí)候，在接收信息的時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)一些順序的變化，這樣在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候會(huì)更加的方便，并且可以節(jié)省很多的時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷比較重的時(shí)候，也可以適當(dāng)?shù)臏p輕任務(wù)，不會(huì)出現(xiàn)很嚴(yán)重的卡頓現(xiàn)象。

④在進(jìn)行信息傳輸?shù)臅r(shí)候，之前可能需要通過很多的方式，但是現(xiàn)在只需要使用幀濾波就可以實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，并且可以實(shí)現(xiàn)很多種信息的傳輸。

⑤在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)使用NRZ編碼，這個(gè)時(shí)候可以保證即使距離比較遠(yuǎn)，但是也可以實(shí)現(xiàn)比較高的傳輸率。

⑥在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)布置的時(shí)候，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，目前使用的最多的時(shí)候110個(gè)。但是不管節(jié)點(diǎn)有多少個(gè)，這個(gè)時(shí)候都會(huì)采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯(cuò)效果。

⑦對(duì)于該技術(shù)來說，使用的通信介質(zhì)是比較靈活的，很多介質(zhì)都可以使用，比如雙鉸線、同軸電纜或光纖三者都可以。

⑧在進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，難免就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這個(gè)時(shí)候一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的錯(cuò)誤比較嚴(yán)重，這個(gè)時(shí)候就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，但是其他的操作不會(huì)受到任何影響。

2.2 CAN技術(shù)的應(yīng)用

對(duì)于該技術(shù)的使用，目前在汽車上主要是采用2條CAN，分別控制汽車上不同的地方，這樣對(duì)汽車來說，行駛會(huì)更加的方便，而且在維修和安裝的時(shí)候也會(huì)更加簡(jiǎn)單。一個(gè)是控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于這條CAN一定要選擇高速，一般速率為500kb/s;另外一條選擇低速，一般速率是在100kb/s。具體的連接部位如圖1所示。

對(duì)于一些比較好的轎車來說，除了這兩條之外還有第三條技術(shù)，主要負(fù)責(zé)的是衛(wèi)星導(dǎo)航及智能通訊系統(tǒng)。為了可以讓該技術(shù)更加的先進(jìn)，技術(shù)已經(jīng)可以讓兩條技術(shù)之間不存在任何的聯(lián)系，其中一個(gè)出現(xiàn)問題不會(huì)影響到另一個(gè)。現(xiàn)在，使用這種技術(shù)并且支持CAN協(xié)議的有公司很多，很多都是比較大的公司，比如：英特爾、摩托羅拉、惠普、西門子等。將該技術(shù)運(yùn)用在汽車領(lǐng)域中的第一制造商是戴姆勒-奔馳，有了這樣的先例，之后很多比較先進(jìn)的汽車公司，也將這樣的技術(shù)逐漸在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中使用。

3 ?結(jié)語

通過上述所說，可以看出使用這樣的技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，使整個(gè)汽車的制造更加方便，而且功能越多。之前使用傳統(tǒng)的技術(shù)，所使用的成本比較高一些，但是使用該技術(shù)之后就會(huì)減少整個(gè)生產(chǎn)成本，并且也會(huì)減輕重量。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，已經(jīng)取得了一定的成就，但是技術(shù)還不是很完善，但是隨著技術(shù)的逐漸進(jìn)步，會(huì)得到更好的使用。

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