电动汽车车载网络
引言
汽车技术发展到今天，很多新型电气设备得到了大量应用，尤其是电动汽 车的电气系统已经变成了一个复杂的大系统。为了满足电动汽车各子系统的实 时性要求，需要对公共数据实行共享
电动汽车作为清洁绿色的新能源汽车,将在未来交通体系中发挥越来越重要 的作用。
汽车中电器的技术含量和数量是衡景汽车性能的一个重要标志。汽车电器 技术含量和数量的增加，意味着汽车性能的提高。但汽车电器的增加，同样使 汽车电器之间的信息交且桥梁——线束和与其配套的电器接插件数量成倍上升。 在 1955 年平均一辆汽车所用线束总长度为 45 米。为了在提高性能与控制线束 数量之问寻求一种有效的解决途径，在 20 世纪 80 年代初，出现了一种基于数 据网络的车内信息交互方式——车载网络。
一、汽车车载网络的组成
车载网络按照应用加以划分，大致可以分为 4 个系统：车身系统，动力传 动系统、安全系统和信息系统。
车身系统电路主要有三大块：主控单元电路、受控单元电路、门控单元电 路。主控单元按收开关信号之后，先进行分析处理，然后通过 CAN 总线把控制 指令发送给各受控端，各受控端晌应后作出相应的动作。车前、车后控制端只 接收主拄端的指令，按主控端的要求执行，并把执行的结果反馈给主控端。门 控单元不但通过总接收主控端的指令，还接收车门上的开关信号输入。根据指 令和开关信号，门控单元会做出相应动作，然后把执行结果发往主控单元。
在动力传动系统内，动力传动系统模块的位置比较集中，可固定在一处， 利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来。在将汽车的主要因素一跑、停止 与拐弯这些功能用网络连接起来时，就需要较高速的网络传输速度。动力数据 总线一般连接 3 块电脑，它们是发动机、ABS／EDL 及自动变速器电脑(动力 CAN 数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑)。总线可以同时 传递 10 组数据，发动机电脑 5 组、ABS／EDL 电脑 3 组和自动变速器电脑 2 组。 数据总线以 500Kbit／s 速率传递数据，每一数据组传递大约需要 0.25ms，每 一电控单元 7-20ms 发送一次数据。优先权顺序为 ABS／EDL 电控单元--发动机
图 1 奥迪 A4 的车载网络系统
电控单元--自动变速器电控单元。
因此，线束变长，而且容易受到干扰的影响。为了防干扰应尽量降低通信 速度，但随着安全系统和信息系统的发展高速传输成为必然的趋势。且人机接 口的模块、节点的数量增加，通信速度控制及成本相对增加，使人们不得不摸 索更加高速、安全、廉价的解决方案。此时，汽车总线的概念被提出，总线技 术可以大大提高汽车电器控制的安全性、可靠性，降低汽车电子电控系统的维 护保养成本和故障率。
二、汽车车载网络分类及其发展趋势
2.1 汽车车载网络的分类
目前存在的多种汽车网络标准，SAE 车辆网络委员会将汽车数据传输网划 分为 A、B、C 三类：
A 类——面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有 1-10 kbps。主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。在 A 类网络中 存有多种协议标准，目前正在逐步兴起的是 LIN（Local
Interconnect
Network）总线，LIN 是面向低端通讯的一种协议，主要应用在通信速率要求不 高的场合，通过单总线的方式来实现。
B 类——面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为 10-100 kbps。主要应用于电子车辆信息中心故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统， 以减少冗余的传感器和其他电子部件。B 类网络系统标准主要包括控制器局域 网（Controller
Area
Network，CAN）协议、车辆局域网（Vehicle
of
Area
Network，VAN）协议以及汽车工程师协会（Society Engineers，SAE）的 SAE
Automotive
J1850 协议。在容错性能和故障诊断方面，CAN 具有
明显的优势，因此在汽车内部的动力电子系统等对实时性和可靠性要求较高的 领域占有不可替代的地位；考虑到成本因素，VAN 也在汽车网络中占有一席之 地，特别适用于车身电子系统等对实时性和可靠性要求相对较低，网络上的某 些节点功能比较简单的场合；SAE 汰。
C 类——面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达 1 Mbps，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS 等系统，以简化
J1850 由于其通信速率上的限制已逐渐被淘
分布式控制和进一步减少车身线束。在 C 类标准中，欧洲的汽车制造商从 1992 年以来，基本上采用的都是高速通讯的 CAN 总线标准 ISO11898，它可支持高达 1Mb/s 的各种通讯速率；而从 1994 以来 SAE J1939 则广泛用于卡车、大客车、 建筑设备、农业机械等工业领域的高速通讯，其通讯速率为 250kb/s。
另外还有是面向多媒体应用、高速信息流传输的高性能网络，位速率一般 在 2Mb/s 以上，目前已有位速率达到 400Mb/s 的网络标准，800Mb/s 的网络标 准也在研究使用。这类网络系统主要连接汽车内部用于多媒体功能的电子设备， 包括了语音系统、车载电话、音响、电视、车载计算机和 GPS 等系统。
一般来说，汽车通信网络可以划分为四个不同的领域，每个领域都有其独 特的要求：
1.信息娱乐系统:此领域的通信要求高速率和高带宽，有时会是无线传输。 目前主流应用协议有 MOST；
2.高安全的线控系统:由于此领域涉及安全性很高的刹车和导向系统，所 以它的通信要求高容错性、高可靠性和高实时性。可以考虑的协议有 TTCAN、FlexRay、TTP 等；
3.车身控制系统:在这个领域 CAN 协议己经有了二十多年的应用积累，其 中包括传统的车身控制和传动控制；
4.低端控制系统:此系统包括那些仅需要简单串行通信的 ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元，比如控制后视镜和车门的智能传感器以及激励器 等，这应该是 LIN 总线最适合的应用领域。
图 2 车上网络系统价格及传输速度分布
2.2 车载网络的发展趋势
在国外，目前汽车网络总线技术已经成为乘用车和商用车的标准配置，其 中 CAN 网络技术应用相当普及。在欧洲，80%的轿车不同程度上使用了该技术; 在美洲，汽车以使用 J1850 居多，具有代表性的有福特使用的 41.6KbpsJ1850 和通用、克莱斯勒使用的 10.4KbpsJ1850，但从趋势看正逐步往 CAN 技术转移。
目前国内使用总线技术的车型几乎全部使用 CAN 总线。CAN 总线开始在奥 迪 A6、奥迪 A4、宝来、帕萨特 BS、波罗、菲亚特派力奥、菲亚特西耶那、宝 马等产品上出现，主要应用在动力传动系统、安全系统(ABS、EBD、ASR、ESP 等)和车身系统(门、窗、空调、灯光、锁、座椅等)。相关技术的应用也带动了 我国网络总线研发能力迅速提高，整车企业可以介入网络总线相关技术标准的 研究和制定，但关键的总线技术还掌握在国外供应商手上。
X-by-Wire，即线控操作，是未来汽车的发展方向。该技术来源于飞机制造， 基本思想就是用电子控制系统代替机械控制系统，减轻重量，提高可靠性，如 Steer-by-Wire，Brake-by-Wire 等。由于整个设计思想涉及动力、制动、方向 控制等关键功能，对汽车网络也就提出了不同要求。在未来的 5 - 10 年里，X- by-Wire 技术将使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通信总线与高性能 CPU 相连的电气系统。
我国对于电动汽车车用总线技术的研究，主要分为两个阶段:即功能实现阶
电动汽车车载网络综述
