浅析汽车车载网络技术

浅析汽车车载网络技术

摘

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关键词:汽车 网络技术 计算机 电子技术

第一章 汽车车载网络技术基础知识

第一节 认识车载网络技术

随着汽车电子技术的不断的发展，车辆上的电控系统的数量不断地增多，而且功能也越来越复杂。如果仍采用传统的布线方式，即每一个电脑都要与多个传感器、执行器之间通信，将导致汽车上电线数目急剧增加。电控系统的增加虽然增加了汽车的动力性、经济型和舒适性，但随之增加的复杂的电路也降低了汽车的可靠性，增加量维修的难度。

特别是近年来，越来越严格的安全、环保技术法规和用户苛刻的个性化使用要求，使得制造商不得不依赖电子技术不断改进其产品的性能，可以说汽车技术所取得的每一项进步都离不开电子技术在汽车上的应用。早期汽车内部的传感器、控制器和执行器之间的通讯沿用点对点的连线方式，连成复杂的网状结构。随着汽车内部电控系统的日益复杂，以及对汽车内部控制功能单元相互之间通讯能力要求的日益增长，采用点对点连线，就需要大把的线束，这种传统构建汽车内部通讯的方式在电线布置、可靠性以及重量等方面都给汽车的设计和制造带来了很大的困扰，电子控制系统间的数据通讯变得越来越重要。因此围绕减少车内连线，实现数据的共享和快速交换，同时提高可靠性等方面，在快速发展的计算机网络基础上，实现了以分布式控制单元为基础构造的汽车电子网络系统。

汽车网络是指借助双绞线、同轴电缆或光纤等通讯介质，将车内众多的控制模块（或节点）联结起来，使若干的传感器、执行机构和ECU 公用一个公共的数据通道，通过某种通讯协议，在网络控制器的管理下共享传输通道和数据。汽车网络最开始出现在当时的高档豪华汽车上，也缺少相应的标准化的通讯协议的支持。随着越来越复杂、精密的功能单元被委托给外部供应商生产，汽车制造商开始从定义各自的专门协议发展到采用整个业界范围内认可的标准化通讯协议，提供了不同供应商的产品进行系统集成的可能性，使汽车网络迅速进入主流车型，到今天车载电控系统的网络已经成为现代车辆中至关重要的部分，在我国也已形成研究和开发使用的热潮。汽车网络减少了线束的使用，改善了系统的灵活性，通过系统的软件可以实现系统功能的变化,消除了冗余传感器，实现了数据共享，也提高了对系统故障的诊断能力。可以说一辆车就是一个网络，汽车的智能化也是在网络基础上才能实现，网络还把汽车的行驶状态参数传送到显示屏上，司机可一目了然，大大方便了驾驶。

汽车局域网即是多台计算机共用一条传输线，按照国际上普遍接受的美国汽车工程师协会SAE提出的关于汽车网络的划分，汽车内部的网络可以分为 A 类（通讯速率<10kb/s 的低速网络，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等系统）、B 类（通讯速率在10 kb/s～125 kb/s 之间的中速网络，主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示等系统）、C 类（通讯速率在125 kb/s～1Mb/s 之间的高速网络，用于实时控制，主要用于悬架、发动机、ABS 等系统）和 D 类（通讯速率在1Mb/s 以上，用于车内的多媒体网络）。汽车电子设备的工作环境相当恶劣，除能耐受宽范围的环境温度（－40℃～125℃或更高）外，还要耐受较强的机械振动、冲击及化学品腐蚀，此外设计中要特别考虑的是电磁兼容问题，随着移动电话、无线寻呼、卫星通信等无

线电设备的普及应用以及汽车自身的点火系统、各种电机等产生的干扰，汽车的电磁环境日趋复杂恶劣。这些干扰通过网络传入某控制系统，可能会引起ECU 的误判断、产生误动作（如汽车的安全气囊在行驶过程中突然受到干扰触发,就会造成很严重的事故），同时也要避免电信号产生辐射干扰。因此汽车网络工作的可靠性较一般计算机网络要高的多，它是提高汽车可靠性和安全性的重要保证。

图1 典型的网络结构

1—ABS模块；2—动力系统控制模块（PCM）；3—电子自动温度控制（EATC）；4—集成控制板（ICP）；5—虚像组合仪表；6—照明控制模块（LCM）；7—驾驶员座椅模块（DSM）；8—驾驶员车门模块

（DDM）；9—移动电话模块；10—汽车动态模块

第二节车载网络系统组成介绍

1 微处理器（MCU或CPU）

从1975年摩托罗拉公司为GM生产第一个微处理器68009应用在1978年Cadillac

汽车上计程）开始到目前，汽车上的微处理器类型已经逐渐由8位、16位发展到32位，CPU的结构也由RISC逐渐取代CISC，最近推出了16/32位RISC微控制器的M.Core TM 平台。

最近各汽车公司推出的新车型，多数都采用了可编程（FLASH）的32位芯片。IBM 和INTEL宣布合作开发的车载计算机平台将采用奔腾MMX处理器，控制功能由简单的计程向复杂的高端应用领域拓展。

2 汽车网络互连标准

为了解决信息共享、减少布线问题以及满足政府排放法规要求，汽车制造商和相关组织开发了汽车网络，目前主要的汽车网络互连规范有德国BOSCH最早开发推出的欧洲规范CAN和美国汽车工程师协会（SAE）开发的美国规范J1850.其他的总线类型（如；V AN、LIN、TTP等）在汽车内部网络也有使用，不过CAN和LIN基本上已经成为事实上的标准。IDB（ITS data bus）为汽车网络拓展提供了标准。下面简单介绍CAN、J1850和IDB标准，在下一章将详细介绍CAN、LIN、LAN、MOST和蓝牙系统。

2．1 CAN标准

控制器局域网CAN（Controller Area Network）是由德国BOSCH公司于1986年提出并推广应用的，按照ISO的有关部门规定，CAN拓扑结构为总线式，所以也称CAN 总线。最初为CAN总线1.0版，1990年推出CAN总线1.2修订版，1991年推出CAN 总线2.0版。目前,CAN总线不但已经成为汽车总线的主要互连规范,而且被公认为最有前途的几种工业现场总线之一，已由ISO TC22技术委员会批准为国际标准，是唯一被批准为国际标准的现场总线。1993年国际CAN用户及制造商组织（简称CIA）在欧洲成立，主要作用是解决CAN总线实际应用中的问题，提供CAN产品及其开发工具，推广CAN总西南的应用。CAN总线的典型结构如图2所示。

图2 CAN总线的典型结构

CAN采用多主工作方式，节点之间不分主从，节点之间有优先级之分。通信方式