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车内局域网(LAN)通信协议现状与发展动向

来源:作者:2021-05-18 11:16

电子技术汽车上广泛应用,导致车身布线庞大而复杂。据统计,一辆采用传统布线方法高级轿车中,其导线长度可达2km,电气接点可达1500个,汽车网络技术应运而生,成为汽车技术发展一个方向。




很早以来,多路通信技术被看成解决车用线束不断增加方法。世界各大汽车制造公司都制定专用标准。,多路通信技术价格昂贵只用于高级车上。近年来,车用电子系统不断增加,数据输送速度不足,小型经济型车也要求向高功能方向发展,再加上线束不断增加,形成“肥大化”,以此为背景,自2000年开始,国外轿车上开始使用控制器局域网(CAN)标准通信协议。


现在最多使用通信协议就是高速CAN,其中最重要局域网应用于动力传动系统与部件车身系通信。控制器局域网(CAN)特点是,事件触发器(Event trigger)、CSMA/CA方式总线空载,则所有电控单元均能发出信号,而当信号冲突时,让高优先度信号先发出,然后再是其他信号发出)。当网上信息量增加时,就很难保证响应时间和预测性。现代高级轿车上设有70个以上电控单元,网络上信息量有不断增加趋势,网络加以分割,每一个车身系或动力传动系分别设有网络,必需数据网间连接器(gateway)进行转接车辆内应用二个通信协议)。

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以下概要介绍车身系、动力传动系、多媒体系统及用于安全系统车内局域网




 1.车身系

(1)低速控制器局域网CAN(Controller Area Network.~125kbps)这是CAN低速版本。其构成与高速CAN基本相同,双线式总线中,单侧发生故障(短路、断线)仍然继续通信。导线介质是铜线,使用单线或双绞电线。


(2)LIN(LocalInterconnect Network,~20kbps)

 LIN是局部互联网,这是车身系统低速通信专用通信协议,使用成本低(I/F为通用型UART),主/从方式(采用单个主控制器/多个从设备方式)。Rev.2.0规格已经公布(2003年9月),导线采用铜线(单线)。


2.动力传动系

(1)高速控制器局域网(Controller Area Network,~1Mbps)

这是现最广泛使用车内局域网通信协议。其特点是,事件触发器,CSMA/CA方式。预计北美自2007年开始,高速CAN(500kbps)作为诊断用通信协议将制定标准并成为法规。导线为铜线,一般使用双绞线。


(2)FlexRay(~10Mbps)

FlexRay是高速容错网络协议,是新一代车内局域网通信协议。以欧洲为中心,正开发中。Ver.2.0规格已公布(2004年9月),其特点是高速性,采用TDMA方式(采用同步方式,以通信程序进行管理),高可靠性(设有双线束驱动器,具有信号发送定时监视功能),可考虑应用于汽车安全系统中,搭载Flex Ray汽车预计2008年问世。Ver.2.0上使用铜线。


3. 多媒体系统

①MOST(MediaOriented Systems Transport,~24.5Mbps)

它是以欧洲车为中心,已经实用化。通信导线使用塑料光纤(POF:plastic fiber)。


②IDB-1394(~400Mbps)

这是广泛应用于个人微机周边设备、家电IEEE1394车载版,导线为铜线及塑料光纤(POF),但尚未用于车辆上,2004年世界智能交通系统(ITS)会议日本爱知、名古屋展出过试制车。


4.安全系统

(1)Safe-by-wire(~160kbps)

Safe-by-wire就是车载安全系统电子线控,它是应用安全气囊等安全系统专门通信协议。Safe-by-wire Consortium与BST合并,成立Safe-by-wire plus Consortium,并公布了ASR2.0(2004年9月)。其特点是电源重叠方式,TDMA方式,高可靠性(网络双重化)导线采用铜线。

   

现正对车身系各个系统适用专用通信协议进行分析。今后,成本、信息量及其所要求可靠性,必须考虑使用对各系统最适用通信协议。

 

通信线束来说,通信速度高速化发展,必须考虑电磁兼容性(EMC)问题而采取必要屏蔽措施。将来有可能从现采用双绞线改为屏蔽线进一步改为塑料光纤(POF)。采用塑料光纤既能解决电磁兼容性问题,又能实现轻量化。由玻璃制造光纤应用将进一步实现更高速通信,但必须解决成本、组装性、环境友好性诸类问题。


此外,车内局域网扩大应用,使电控单元(ECU)软件开发作业增加。是专业软件,很难其他车种上再利用。,解决这一问题,现出现了基础软件通用化应用动向,如AUTOSAR,JASPAR通用化基础软件。应用通用化基础软件,不需要有意识区别硬件不同,可以提高开发效率(只属于应用性开发),实现应用软件再利用。由此可以缩短开发时间,提高质量以确保汽车整车公司与汽车零部件制造公司国际竞争力。

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