車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀及對(duì)比分析

0 引言

現(xiàn)如今，汽車的功能越來(lái)越多，不再是單純的交通工具，其數(shù)字媒體、輔助駕駛、主動(dòng)安全、聯(lián)網(wǎng)通訊等輔助功能也不斷出現(xiàn)，推動(dòng)了整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和革新

。相信在不久的將來(lái)，機(jī)器視覺(jué)就能代替駕駛員識(shí)別道路信息，智能算法能幫助執(zhí)行簡(jiǎn)單的駕駛操作，而多媒體娛樂(lè)設(shè)備能夠?yàn)槌鲂刑峁└鼫剀笆孢m的氛圍，汽車會(huì)更智能、安全和舒適。

支撐這一切進(jìn)步和改革的基礎(chǔ)，主要是信息技術(shù)的硬件和軟件，這其中很重要的一項(xiàng)是數(shù)據(jù)通訊，也就是人們常說(shuō)的車載網(wǎng)絡(luò)。最初的汽車設(shè)備通訊通過(guò)金屬線和繼電器等傳輸，成本高而且穩(wěn)定性不好

。從20世紀(jì)60、70年代，電子元件在汽車中開(kāi)始使用并且占據(jù)的比重越來(lái)越大，汽車電子元件占整車成本比從1990年的8%左右，提高到2010年的39%左右，相應(yīng)的各種車載電子設(shè)備的故障診斷、狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)也越來(lái)越龐大，帶來(lái)的數(shù)據(jù)通訊壓力越來(lái)越大

。從20世紀(jì)80年代以來(lái)，以BOSCH為首的眾多汽車廠商，陸續(xù)開(kāi)發(fā)了CAN、LIN、MOST、Ethernet、Flex-Ray等通訊協(xié)議，以適應(yīng)不斷增加的數(shù)據(jù)傳輸壓力。

現(xiàn)階段，車載網(wǎng)絡(luò)采用了多種通訊協(xié)議混合，CAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)總通訊、OBD、電控發(fā)動(dòng)機(jī)、ABS等部分，LIN線主要用在車身電器、車窗等低速通訊領(lǐng)域，MOST用來(lái)傳遞多媒體數(shù)據(jù)，F(xiàn)lex-Ray用在主動(dòng)安全等方面，以太網(wǎng)協(xié)議在近幾年被引進(jìn)到車載網(wǎng)絡(luò)中，以期替代CAN作為主干網(wǎng)絡(luò)，來(lái)滿足毫米波雷達(dá)、車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)對(duì)通訊速度的更高要求。

1 CAN協(xié)議

CAN(Controller Area Network，控制器域網(wǎng))規(guī)范于ISO11898和ISO11519，2005年以后生產(chǎn)的汽車中，絕大部分都采用了CAN，是目前和未來(lái)至少5年內(nèi)，汽車的主流通訊標(biāo)準(zhǔn)。CAN協(xié)議由BOSCH公司開(kāi)發(fā)，20世紀(jì)80年代就開(kāi)始在車上運(yùn)行，應(yīng)用于大部分發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)和部分底盤電控系統(tǒng)及車載電器的網(wǎng)絡(luò)通訊中，并被推廣到醫(yī)療和工業(yè)等領(lǐng)域。

商家回應(yīng)：么么噠，謝謝思密達(dá)，對(duì)咱這么高的評(píng)價(jià)和支持，湯制的獅子頭是根據(jù)（春夏秋冬四個(gè)季節(jié)更換的哦），淮揚(yáng)菜講究不時(shí)不食，也就是每種湯制的獅子頭只售賣3個(gè)月哦。

如前文所述，CAN總線的通信速率達(dá)不到現(xiàn)代汽車對(duì)通訊速率和安全性等方面的要求，因此Charles M.Koziero等專家提出了車載以太網(wǎng)的概念。Bob Metcalfe發(fā)明的以太網(wǎng)技術(shù)，是一種計(jì)算機(jī)的局域網(wǎng)技術(shù)，從20世紀(jì)70年代初次應(yīng)用于個(gè)人局域網(wǎng)以來(lái)，經(jīng)歷了飛速的發(fā)展，以其為延伸，澳大利亞的高校制定并規(guī)范了無(wú)線協(xié)議Wi-Fi，規(guī)范于IEEE 802.11,是目前最主流的民用網(wǎng)絡(luò)通訊手段。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，現(xiàn)代以太網(wǎng)的傳輸速度非常高，能達(dá)到萬(wàn)兆級(jí)別。車載以太網(wǎng)用一對(duì)雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與民用的4對(duì)雙絞線不同，規(guī)范于IEEE 802.3bw，也叫100 BASE-T1標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)可以簡(jiǎn)化車輛各控制模塊之間的通訊，進(jìn)一步優(yōu)化車身網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并能夠淘汰一部分使用場(chǎng)景有限的標(biāo)準(zhǔn)，如D2B和Flex-Ray等。

21世紀(jì)初，戴姆勒和Vector等公司牽頭成立了Flex-Ray聯(lián)盟，制定了該協(xié)議，規(guī)范于ISO17458標(biāo)準(zhǔn)。采用FTDM(Flexible Time Division Multiple Access)技術(shù)。Flex-Ray是基于X-by-Wire總線標(biāo)準(zhǔn)指定的，這一標(biāo)準(zhǔn)原應(yīng)用于航天系統(tǒng)控制中，因其較高的可靠性和容錯(cuò)能力，被引進(jìn)到汽車行業(yè)中，同源的標(biāo)準(zhǔn)還有事件觸發(fā)協(xié)議和Byte-flight協(xié)議。Flex-Ray通訊速度可高達(dá)10 Mbps，比CAN速度更快，相應(yīng)成本也更高。Flex-Ray的出現(xiàn)基于汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)中電子線控技術(shù)的應(yīng)用，主要用于汽車底盤的控制中(如線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)等)，其數(shù)據(jù)傳送具有靈活性、容錯(cuò)性和確定性高，時(shí)延低等優(yōu)點(diǎn)，以時(shí)間觸發(fā)(Time trigger)為主，也兼顧事件觸發(fā)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多樣。

CAN 控制器根據(jù)CAN_L和CAN_H上的電位差來(lái)判斷總線電平，有顯性電平和隱性電平兩種，發(fā)送方通過(guò)使總線電平發(fā)生變化，將消息發(fā)送給接收方。顯性電平對(duì)應(yīng)邏輯0，此時(shí)CAN_H和CAN_L電位差為2 V左右，隱性電平對(duì)應(yīng)邏輯1，CAN_H和CAN_L電位差為0。在CAN總線的終端有一個(gè)120 Ω的電阻，作用是減少回波反射。

為了滿足新技術(shù)對(duì)通訊速度日益增長(zhǎng)的要求，在CAN的基礎(chǔ)上，BOSCH又改進(jìn)制定了CAN-FD和CAN-XL方案，調(diào)整了物理層的結(jié)構(gòu)，結(jié)合非破壞性仲裁技術(shù)，傳輸速率分別最高到5 Mbps和10 Mbps，字節(jié)長(zhǎng)度也大大延長(zhǎng)，支持最大超過(guò)64字節(jié)，豐富了報(bào)文準(zhǔn)確性

。

2 LIN協(xié)議

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，以太網(wǎng)技術(shù)并不是一個(gè)協(xié)議，而是IEEE 803.2的一系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議簇。車載以太網(wǎng)擁有傳輸速度高(實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為CAN的12倍左右

)、成本低、低時(shí)延、擴(kuò)展性、兼容性和安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足輔助駕駛、主動(dòng)安全等現(xiàn)代系統(tǒng)的要求。根據(jù)OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，以太網(wǎng)的每一層都可以添加防火墻及認(rèn)證加密的機(jī)制，例如傳輸層的TLS協(xié)議，通過(guò)TLS，可以進(jìn)行TCP/IP的節(jié)點(diǎn)認(rèn)證，報(bào)文加密和簽名等，因此安全性更高。

3 MOST總線

MOST(Media Oriented Systems Transport，面向媒體的系統(tǒng)傳輸)主要應(yīng)用在液晶顯示、組合儀表、CD、影像和導(dǎo)航等設(shè)備上，是高速車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可應(yīng)用于車內(nèi)和車外類似的多媒體信息傳遞協(xié)議還有IEEE1394和D2B等。MOST采用多簇或環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同步數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)車內(nèi)多媒體信息傳遞。現(xiàn)在MOST主要由Mircochip公司更新，從其官網(wǎng)可以免費(fèi)查閱MOST各個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)文件。

車載以太網(wǎng)還可以更便捷高效地實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)用于ECU的遠(yuǎn)程刷機(jī)、固件升級(jí)、行車數(shù)據(jù)獲取和故障診斷等場(chǎng)景，其數(shù)據(jù)傳輸速度比傳統(tǒng)的CAN等更快，安全性更高。

那些被自己內(nèi)在目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的人比較不容易損耗自控力，而認(rèn)為自己是被迫進(jìn)行自我控制的人以及那些出于討好和滿足他人需求去行動(dòng)的人更容易耗盡自控力。

4 Flex-Ray

CAN的硬件結(jié)構(gòu)主要包括控制模塊、CAN controller、收發(fā)器和數(shù)據(jù)線，通過(guò)雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以減少電磁干擾。CAN包含數(shù)據(jù)幀和遙控幀等5種幀，數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁、控制、數(shù)據(jù)、CRC、ACK和幀結(jié)束7個(gè)段構(gòu)成，其報(bào)文仲裁、自檢等功能完善

，采用破壞性仲裁技術(shù)，高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文基本上沒(méi)有時(shí)延。

借助以太網(wǎng)的技術(shù)，ISO開(kāi)發(fā)和制定了DoIP(Diagnostic Communication over IP)協(xié)議，即ISO 13400。由于Ethernet比CAN和Flex-Ray等傳統(tǒng)通訊方式有更高速率和安全性，從而可在Transport Layer擁有更高的速度，支持更多節(jié)點(diǎn)，通過(guò)DoIP可以實(shí)現(xiàn)更高效的車輛故障預(yù)判和診斷，是目前UDS協(xié)議的主要研究方向。

Flex-Ray比CAN的通訊方式更復(fù)雜，成本也更高，但是其傳輸速度和安全性的提升有限，大部分廠商還是習(xí)慣于以CAN為主的架構(gòu)，而且CAN陣營(yíng)也不甘示弱，推出的CAN-XL有最高10 Mbit·s

的傳輸速度，足以填補(bǔ)CAN FD和車載以太網(wǎng)之間的空缺，而且完全向下兼容傳統(tǒng)的CAN，而Flex-Ray與Ethernet成本相近但傳輸速度不如后者，所以仍沒(méi)有得到很好的推廣。

5 Ethernet

CAN協(xié)議完全參照ISO的7層模型制定，包括物理和數(shù)據(jù)鏈路等層面。11898和11519在物理層不一樣，從而在成本、傳輸效率上有折中，ISO11898通訊速率為1 Mbps，ISO11519-2速率為最高125 Kbps，屬于低CAN，容錯(cuò)性較好，成本相對(duì)較高。

LIN(Local Interconnect Network，局域互聯(lián)網(wǎng))，作為CAN總線的輔助功能，主要用在車窗等不需要高速信號(hào)的設(shè)備控制上。LIN由汽車廠商合作開(kāi)發(fā)，從2000年左右開(kāi)始使用，現(xiàn)在采用的版本是LIN2.2，屬于串行總線，傳輸速率低，不超過(guò)40 Kbps，硬件上只需要用一根線而不是雙絞線，程序邏輯相比I2C或Modbus更加簡(jiǎn)單，與UART一樣，LIN的每個(gè)字節(jié)中有1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位，沒(méi)有ACK、仲裁段和CRC段，通過(guò)奇偶檢驗(yàn)位來(lái)判斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。LIN是單主多從體系架構(gòu)，從UART接口通訊，也無(wú)需單獨(dú)的晶振來(lái)同步，非常適合應(yīng)用于對(duì)傳輸速度要求不高的場(chǎng)景中。LIN也有一些缺點(diǎn)，例如傳輸速度低、數(shù)據(jù)的抗干擾性差等。另外，LIN的節(jié)點(diǎn)數(shù)不能太多，否則節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的阻抗會(huì)影響信號(hào)的傳輸，因此，LIN線只能作為CAN網(wǎng)絡(luò)的分支。

MOST通過(guò)光纜或電纜(MOST25,MOST50,MOST150)傳遞信息，運(yùn)行速度最高能到50 Mbps，硬件成本高，所以只在部分場(chǎng)景中使用。MOST的時(shí)鐘絕對(duì)同步，數(shù)據(jù)的傳輸和提取在發(fā)送前明確，所以基本沒(méi)有時(shí)延。MOST的傳輸線束對(duì)環(huán)境要求更高，溫度、振動(dòng)和電磁兼容性等方面都要兼顧，例如，采用光纜傳導(dǎo)時(shí)，曲率半徑應(yīng)不低于25 mm，光纜布置的時(shí)候，若光導(dǎo)纖維彎折過(guò)度，就會(huì)使信號(hào)減損。

本文設(shè)計(jì)了以可調(diào)衰減器和定向耦合器為核心器件的發(fā)射機(jī)互調(diào)發(fā)射測(cè)量鏈路，建立了基于衰減量調(diào)節(jié)的互調(diào)發(fā)射抑制比測(cè)量方法，并以某型電臺(tái)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)fc=|ft±fj|、fc=|2ft±fj|、fc=|3ft±fj|、fc=|2ft±2fj|和fc=|2fj±ft|等10種互調(diào)發(fā)射類型的互調(diào)發(fā)射抑制比進(jìn)行了測(cè)量.所有測(cè)量結(jié)果均符合本文的分析結(jié)論，說(shuō)明本文提出的測(cè)量方法是合理可行，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可信.

車載以太網(wǎng)是目前最有希望替代CAN總線的技術(shù)，相信在不久的將來(lái)，車載以太網(wǎng)會(huì)伴隨著智能汽車實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

在對(duì)大級(jí)別浪形進(jìn)行劃分后，我們對(duì)明年的行情有了個(gè)最基本的判斷和掌握。那么我們?cè)賮?lái)看一下當(dāng)前的小級(jí)別的浪形如何來(lái)進(jìn)行劃分。

6 OBD和UDS

OBD最初是為監(jiān)控排放相關(guān)的系統(tǒng)，由美國(guó)和歐洲指定的標(biāo)準(zhǔn)，全稱是Onboard Diagnose，規(guī)范于ISO 15031(Road vehicles—Communication between vehicle and external equipment for emissions-related diagnostics)。起初OBD通過(guò)K線進(jìn)行通訊，現(xiàn)在大多經(jīng)過(guò)CAN總線。車載網(wǎng)絡(luò)診斷協(xié)議現(xiàn)代汽車強(qiáng)制配備的一項(xiàng)功能，用戶和后市場(chǎng)從業(yè)人員可以通過(guò)OBD通用接口訪問(wèn)和控制ECU和VCU，進(jìn)行相應(yīng)的故障讀取、診斷和功能測(cè)試等操作。

與OBD相類似的還有一套基于CAN的車載故障診斷協(xié)議UDS(Unified Diagnostic Services)，上述的各類通訊協(xié)議互不兼容、各有優(yōu)劣，汽車制造商為了提高性能和降低成本，在車上都搭載了多種通訊方式，這給OEM(Original Equipment Manufacture)和下游的廠商增加了很多不必要的成本，隨著技術(shù)的發(fā)展，這種情況可能會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。UDS的出現(xiàn)就是為解決這個(gè)問(wèn)題，它把各種通訊協(xié)議和原理匯編為一個(gè)ISO標(biāo)準(zhǔn)。在OSI模型的七層中，UDS定義了基于各種協(xié)議的應(yīng)用，如圖1所示，涵蓋了CAN、Flex-Ray和Ethernet等主流通訊方式，通常來(lái)講，排放相關(guān)的車輛是需要同時(shí)支持以上幾種協(xié)議的。

《中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報(bào)告(2017)》藍(lán)皮書調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模連續(xù)三年保持11%左右增長(zhǎng)率。2016年一季度，移動(dòng)端閱讀人數(shù)較桌面電腦端多2 000萬(wàn)人。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，主流移動(dòng)手機(jī)終端己具備流暢接收與處理圖片、音頻、視頻等多媒體資源的能力。人們可以不受時(shí)空限制獲取信息，學(xué)習(xí)形式呈現(xiàn)碎片化特點(diǎn)，移動(dòng)學(xué)習(xí)(M-Learning)興起。移動(dòng)學(xué)習(xí)是利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)智能手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理PDA等無(wú)線移動(dòng)通信設(shè)備獲取教育信息、教育資源和教育服務(wù)的一種新型數(shù)字化學(xué)習(xí)形式[2]。

7 其他類型的車載網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議

車載網(wǎng)絡(luò)的通訊手段種類繁多，很多廠商為此付出了大量努力，也有一些標(biāo)準(zhǔn)曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)又逐漸被淘汰，這其中應(yīng)用最多的是K線，但是K線通訊速率太低，無(wú)法滿足目前車載網(wǎng)絡(luò)的需求，已被逐步淘汰。

SAE也推出了一種汽車傳感器與 ECU 通信的新標(biāo)準(zhǔn)SAE J2716，簡(jiǎn)稱SENT(Single Edge Nibble Transmission，單邊半波傳輸)。該標(biāo)準(zhǔn)具有成本低、邏輯簡(jiǎn)單且抗干擾等優(yōu)勢(shì)，但是SENT是連續(xù)單向傳輸，因此應(yīng)用范圍有限。奧托立夫和BOSCH等公司還協(xié)同制訂了PSI5協(xié)議，該協(xié)議硬件成本低，抗干擾性好，主要應(yīng)用在外設(shè)氣囊等安全部件上。

由旅游外語(yǔ)系教師管理，并聘請(qǐng)前廳和客房經(jīng)理負(fù)責(zé)公寓的運(yùn)營(yíng)，下設(shè)“接待服務(wù)部”負(fù)責(zé)日常管理運(yùn)行，并配備了穩(wěn)定的勤工助學(xué)隊(duì)伍。

（2）問(wèn)卷調(diào)查：可用于小組成員之間的自評(píng)、互評(píng)，同時(shí)教師也可對(duì)本組學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，多采用自行設(shè)計(jì)問(wèn)卷，涉及對(duì)教學(xué)形式的態(tài)度、在本次教學(xué)中的投入和參與程度、學(xué)習(xí)效果、能力的提高、評(píng)判性思維、分享精神、教師的作用、PBL教案評(píng)價(jià)等方面[10]。

還有一些已經(jīng)基本銷聲匿跡的網(wǎng)絡(luò)通訊手段，例如UART、通用的E&C、克萊斯勒的CCD、福特的ACP和豐田的BEAN等，還有諸如藍(lán)牙、IEEE 802.11、Safety Bus、IDB和物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用不是特別廣泛的協(xié)議。目前，藍(lán)牙主要應(yīng)用在音樂(lè)等場(chǎng)景中，基于Wi-Fi和物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議應(yīng)用也并不多，不過(guò)其在Car-Play等車載軟件應(yīng)用中很有前景，可以實(shí)現(xiàn)安全高效的手機(jī)車輛通訊、車聯(lián)網(wǎng)，甚至取代傳統(tǒng)的汽車鑰匙來(lái)控制車輛?；蛟S在不久的將來(lái)，隨著車載以太網(wǎng)的發(fā)展和安全性的提高，這會(huì)是最有潛力的協(xié)議之一。

8 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)看，目前的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)各異，車載網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)制定和推廣任重道遠(yuǎn)，既要考慮傳輸效率和抗干擾能力，又要兼顧安全性、成本等諸多因素。車輛網(wǎng)、車輛大數(shù)據(jù)平臺(tái)、智能輔助駕駛等技術(shù)已經(jīng)是大勢(shì)所趨，在這個(gè)群雄紛爭(zhēng)的領(lǐng)域，相信時(shí)代會(huì)大浪淘沙，留下最適合汽車的車載通訊黃金標(biāo)準(zhǔn)，也相信我們國(guó)家的汽車行業(yè)和高校會(huì)在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)制定和推廣中，做出不可磨滅的貢獻(xiàn)。

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