1. 概述
迄今為止，已有Bosch的CAN、SAE的J1850、ISO的VAN、Philips的D2B、LIN協(xié)會的LIN等多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。自1980年起，眾多國際知名汽車公司開始積極致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用。汽車網(wǎng)絡(luò)的使用解決了點(diǎn)對點(diǎn)式車身布線帶來的問題，更使車身布線（趨于）規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，降低了成本，增強(qiáng)了穩(wěn)定性。為方便研究和設(shè)計(jì)使用，美國汽車工程師協(xié)會(SAE)將汽車網(wǎng)絡(luò)根據(jù)速率劃分為A，B，C三類，如表1所示。
表1 汽車網(wǎng)絡(luò)的劃分
綜合考慮功能和位傳輸速率等因素，現(xiàn)有的汽車總線還包括多媒體信息系統(tǒng)總線、安全總線、診斷系統(tǒng)總線。
2. 汽車網(wǎng)絡(luò)的具體分類
2.1 A類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)
從目前的發(fā)展和使用情況來看（如表2所示），A類網(wǎng)的主要總線是TTP/ A( Time Triggered Protocol/ A)和LI N(Local Interconnect Net-work)。
表2 A類網(wǎng)絡(luò)的使用情況
⑴ TTP/ A協(xié)議最初由維也納工業(yè)大學(xué)制定，為時(shí)間觸發(fā)類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要應(yīng)用于集成了智能變換器的實(shí)時(shí)現(xiàn)場總線。它具有標(biāo)準(zhǔn)的UART，能自動識別加入總線的主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)在某段已知的時(shí)間內(nèi)觸發(fā)通信但不具備內(nèi)部容錯(cuò)功能。
⑵ LIN是在1999年由歐洲汽車制造商Audi, BMW, DaimlerChrysler, Volvo, Volkswagen和VCT公司以及Motorola公司共同組成的LIN協(xié)會共同努力下推出的用于汽車分布式電控系統(tǒng)的開放式的低成本串行通信標(biāo)準(zhǔn)，從2003年開始得到使用。
LIN是一種基于UART的數(shù)據(jù)格式、主從結(jié)構(gòu)的單線12V的總線通信系統(tǒng)，主要用于智能傳感器和執(zhí)行器的串行通信。從硬件、軟件以及電磁兼容性方面來看，LIN保證了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互換性。這極大地提高了開發(fā)速度，同時(shí)保證了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
LIN協(xié)議應(yīng)用開發(fā)的熱點(diǎn)集中在美國、歐洲和日本。估計(jì)在未來10年，平均每輛車將有LIN節(jié)點(diǎn)20個(gè)左右。這樣全世界每年將生產(chǎn)12億個(gè)LI N節(jié)點(diǎn)?？梢姡?/SPAN>LI N的應(yīng)用存在著巨大的潛在市場，協(xié)議本身也會在不斷應(yīng)用中得到完善。
綜上所述，LIN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛地被世界上的大多數(shù)汽車公司以及零配件廠商所接受，有望成為事實(shí)上的A類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 B類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)
B類網(wǎng)絡(luò)的使用情況如表3 所示。從目前來看，主要被應(yīng)用的B類總線標(biāo)準(zhǔn)有三種：低速CAN、J1850、VAN。
表3 B類網(wǎng)絡(luò)的使用情況
⑴ 1994年SAE正式將J1850作為B類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。最早，SAE J1850被用在美國Ford ,GM以及Chrysler公司的汽車中。現(xiàn)在，J1850協(xié)議作為診斷和數(shù)據(jù)共享被廣泛應(yīng)用在汽車產(chǎn)品中。但是，J1850并不是一個(gè)單一標(biāo)準(zhǔn)。Ford采用的J1850標(biāo)準(zhǔn)，其物理層與GM和Chrysler公司使用的不同。而GM和Chrysler公司在相同的物理層上又使用不同的數(shù)據(jù)-幀格式，并且三個(gè)公司使用各自的消息協(xié)議。預(yù)計(jì)在2006年或2007年將停止使用，然后全部轉(zhuǎn)至CAN總線。
⑵ VAN標(biāo)準(zhǔn)是ISO于1994年6月推出，它基于IS011519 -3，主要為法國汽車公司所用。但目前就動力與傳動系統(tǒng)而言，甚至在法國也集中在CAN總線上。
⑶ CAN是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1Mbps。1991年首次在奔馳S系列汽車中實(shí)現(xiàn)。同年，Bosch公司正式頒布了CAN技術(shù)規(guī)范(版本2 .0)，該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。1993年11月ISO正式頒布了國際標(biāo)準(zhǔn)IS011898，為CAN的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化鋪平了道路。此后，越來越多的北美和日本汽車公司也開始采用CAN網(wǎng)絡(luò)。1994年美國汽車工程師協(xié)會卡車和巴士控制和通信子協(xié)會選擇CAN作為SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。低速CAN具有許多容錯(cuò)功能，一般用在車身電子控制中，而高速CAN則大多用在汽車底盤和發(fā)動機(jī)的電子控制中。
綜上所述，CAN總線已憑借其突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性從眾多總線中突顯出來，已成為被世界接受的B類總線的主流協(xié)議。
2.3 C類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)
C類標(biāo)準(zhǔn)主要用于與汽車安全相關(guān)，以及實(shí)時(shí)性要求比較高的地方，如動力系統(tǒng)，所以其傳輸速率比較高，通常在125Kb/s到1Mb/s之間，必須支持實(shí)時(shí)的周期性的參數(shù)傳輸。
表4 C類網(wǎng)絡(luò)的使用情況
目前，C類網(wǎng)絡(luò)中的主要協(xié)議包括高速CAN(ISO11898 -2)、正在發(fā)展中的TTP/C, FlexRay等協(xié)議。
⑴ TTP/ C協(xié)議由維也納工業(yè)大學(xué)研發(fā)，基于TDMA的訪問方式。TTP/C是一個(gè)應(yīng)用于分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的完整的通信協(xié)議,它能夠支持多種的容錯(cuò)策略,提供了容錯(cuò)的時(shí)間同步以及廣泛的錯(cuò)誤檢測機(jī)制,同時(shí)還提供了節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)和再整合功能。其采用光纖傳輸?shù)墓こ袒瘶悠匪俣葘⑦_(dá)到25Mb/s。TTP/ C支持時(shí)間和事件觸發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸。TTP管理組織TTAGroup成員包括奧迪、SA、Renault、NEC、TTChip、Delphi等。
⑵ FlexRay是BWM、Daimler Chrysler、Motorola和Philips等公司制定的功能強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，基于FTDMA的確定性訪問方式，具有容錯(cuò)功能及確定的通信消息傳輸時(shí)間，同時(shí)支持事件觸發(fā)與時(shí)間觸發(fā)通信，具備高速率通信能力。FlexRay采用冗余備份的辦法，并且對高速設(shè)備可以采用點(diǎn)對點(diǎn)方式與FlexRay總線控制器連接，構(gòu)成星型結(jié)構(gòu)，對低速網(wǎng)絡(luò)可以采用類似CAN總線的方式連接。
⑶ 歐洲的汽車制造商基本上采用的都是高速CAN總線標(biāo)準(zhǔn)IS011898?？偩€傳輸速率通常在125Kb/s~1Mb/s之間。據(jù)Strategy Analytics公司統(tǒng)計(jì)，2001年用在汽車上的CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過1億個(gè).然而，作為一種事件驅(qū)動型總線，CAN無法為下一代線控系統(tǒng)提供所需的容錯(cuò)功能或帶寬，因?yàn)?/SPAN>X- by-Wire系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性要求都很高，必須采用時(shí)間觸發(fā)的通信協(xié)議，如TTP/ C或FlexRay等。
就目前來說，CAN協(xié)議仍為C類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的主流，但隨著下一代汽車中引進(jìn)X-by-Wire系統(tǒng)，TTP/ C和FlexRay將顯示出優(yōu)勢。它們之間的競爭還要持續(xù)一段時(shí)間，到底在未來的線控系統(tǒng)中哪一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)更具有生命力尚難定論。
2.4 診斷系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)
故障診斷是現(xiàn)代汽車必不可少的一項(xiàng)功能，使用排放診斷的目的主要是為了滿足OBD-II (On Board Diagnose), OBD-III或E-OBD(European-On Board Diagnose)標(biāo)準(zhǔn)。
OBD-Ⅱ（On Board Diagnose）第二代隨車電腦診斷系統(tǒng)，是由美國汽車工程學(xué)會1994年提出，1994年以來美、日、歐一些主要汽車生產(chǎn)廠為了維修方便逐漸使用OBD-Ⅱ隨車診斷系統(tǒng)。這一系統(tǒng)集故障自診斷系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)、故障代碼、通訊方式系統(tǒng)、自檢測試模式為一體，具有監(jiān)視發(fā)動機(jī)微機(jī)和排放系統(tǒng)部件的能力。
2004年，美國GM、Ford、DC三大汽車公司對乘用車采用基于CAN的J2480診斷系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)。在歐洲，以往診斷系統(tǒng)中使用的是ISO9141，它是一種基于UART的通信標(biāo)準(zhǔn)。從2000年開始，歐洲汽車廠商就已經(jīng)開始使用一種基于CAN總線的診斷系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)ISO15765。 ISO15765是遵照ISO 14230-3及ISO 15031-5中有關(guān)診斷服務(wù)的內(nèi)容來制定的，因此，ISO 15765對于ISO 14230應(yīng)用層的服務(wù)和參數(shù)完全兼容，但并不限于只用在這些國際標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的場合。
表5 診斷系統(tǒng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的使用情況
目前，除了CAN網(wǎng)絡(luò)，LIN協(xié)議也已經(jīng)成為汽車診斷的總線標(biāo)準(zhǔn)。
2.5 多媒體信息系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)
汽車信息娛樂和遠(yuǎn)程信息設(shè)備，特別是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，需要功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)和連接能力。目前主要應(yīng)用的幾種總線協(xié)議如表6所示。
表6 多媒體信息系統(tǒng)總線使用情況
⑴ MOST網(wǎng)絡(luò)是由德國Oasis Silicon System公司開發(fā)的。MOST技術(shù)針對塑料光纖媒體而優(yōu)化，采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在器件層提供高度可靠性和可擴(kuò)展性。它可以傳送同步數(shù)據(jù)（音頻信號、視頻信號等流動型數(shù)據(jù)）、非同步數(shù)據(jù)（訪問網(wǎng)絡(luò)及訪問數(shù)據(jù)庫等的數(shù)據(jù)包）和控制數(shù)據(jù)（控制報(bào)文及控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)）。MOST受到包括BMW, Daimler Chrysler, Harman／Becker和Oasis公司的支持，已應(yīng)用在多款車型上，如BMW7系列、Audi A-8、Mercedes E系列等。
⑵ IDB-C和IDB-1394總線以及標(biāo)準(zhǔn)接口由IDB論壇負(fù)責(zé)管理。IDB-C基于CAN總線，目前已成為SAE的標(biāo)準(zhǔn)，即SAE2366。而IDB-1394則針對高速多媒體應(yīng)用而設(shè)計(jì)。IDB-1394網(wǎng)絡(luò)采用光纖技術(shù)，允許1394兼容的便攜式消費(fèi)電子設(shè)備能夠連接到汽車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)互操作。例如，Za-yante公司就為消費(fèi)者市場提供1394物理層設(shè)備。最近與Ford公司聯(lián)合進(jìn)行的一項(xiàng)演示包括數(shù)碼視頻相機(jī)以及Sony Play Station TM2游戲機(jī)、以及兩種視頻顯示器和一種DVD播放機(jī)的即插即用。與MOST相比，IDB-1394則最大限度地利用民用設(shè)備市場，通過將現(xiàn)有的部件應(yīng)用到車載設(shè)備上，解決了成本問題。
⑶ D2B是針對多媒體數(shù)據(jù)通信的一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可集成數(shù)字音頻、視頻和其它高數(shù)據(jù)速率同步或異步信號。主要使用Smart WireTM非屏蔽雙絞線對或單光纖。這種通信網(wǎng)絡(luò)由英國C&CElectronics公司推動，并得到Jaguar和Mercedes-Benz公司的支持。D2B旨在保持后向兼容的情況下與新技術(shù)一起演進(jìn)。D2B基于一種開放式架構(gòu)，僅使用一條聚合物光纖來處理車內(nèi)多媒體數(shù)據(jù)和控制信息，簡化了擴(kuò)展，當(dāng)在光纖環(huán)中增加一種新設(shè)備或功能時(shí)并不需要改變連接線纜。
⑷ 藍(lán)牙無線技術(shù)是一種用于移動設(shè)備和WAN／LAN接入點(diǎn)的低成本、低功耗的短距離射頻技術(shù)。藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)描述了手機(jī)、計(jì)算機(jī)和PDA如何方便地實(shí)現(xiàn)彼此之間的互連，以及與家庭和商業(yè)電話和計(jì)算機(jī)設(shè)備的互連。藍(lán)牙特殊興趣組的成員包括AMIC,BMW ,Daimler Chrysler, Ford, GM, Toyota和Volkswagen。作為藍(lán)牙在汽車中應(yīng)用的一個(gè)例子，Johnson Controls公司的免提手機(jī)系統(tǒng)“Blue Connect”允許司機(jī)在雙手扶住方向盤的情況下通過支持藍(lán)牙功能的手機(jī)保持聯(lián)系。
⑸ ZigBee TM無線網(wǎng)絡(luò)在汽車上應(yīng)用的解決方案是針對藍(lán)牙技術(shù)受車內(nèi)電磁噪聲影響的問題而提出的。ZigBee可以工作在低于1GHz與2.45GHz的頻帶范圍，傳輸速率為250kbps，主要應(yīng)用范圍包括工業(yè)控制、家庭自動化、消費(fèi)類應(yīng)用以及潛在的汽車應(yīng)用。日前，ZigBee聯(lián)盟發(fā)布了首批成功完成互操作性測試的四款平臺。這些平臺將用來測試未來數(shù)月內(nèi)推出的ZigBee產(chǎn)品，為ZigBee在各領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用鋪平道路。
2.6 安全總線和標(biāo)準(zhǔn)
安全總線主要是用于安全氣囊系統(tǒng)，以連接加速度計(jì)、安全傳感器等裝置，為被動安全提供保障。目前已有一些公司研制出了相關(guān)的總線和協(xié)議，包括Delphi公司的SafetyBus和BMW公司的Byteflight。
Byteflight協(xié)議是由BMW, Motorola, Elmos, Infineon等公司共同開發(fā)的，試圖用于安全保障系統(tǒng)。此協(xié)議基于靈活的時(shí)分多路TDMA協(xié)議、以10Mb/s速率傳送數(shù)據(jù)，光纖可長達(dá)43m。其結(jié)構(gòu)能保證以一段固定的等待時(shí)間專門用于來自安全元件的高優(yōu)先級信息，而允許低優(yōu)先級信息使用其余的時(shí)段。這種決定性的措施對安全是至關(guān)重要的。
Byteflight不僅可用于安全氣囊系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊，還可用于X-by-Wire系統(tǒng)的通訊和控制。BMW公司在其2001年9月推出的BMW 7系列車型中，采用了一套名為ISIS的安全氣囊控制系統(tǒng)，它是由14個(gè)傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，利用Byteflight來連接和收集前座保護(hù)氣囊、后座保護(hù)氣囊以及膝部保護(hù)氣囊等安全裝置的信號。在緊急情況下，中央電腦能夠更快更準(zhǔn)確地決定不同位置的安全氣囊的施放范圍與時(shí)機(jī)，發(fā)揮最佳的保護(hù)效果。
3. 汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨向
X-by-Wire即線控操作是未來汽車的發(fā)展方向。該技術(shù)來源于飛機(jī)制造，基本思想就是用電子控制系統(tǒng)代替機(jī)械控制系統(tǒng)，減輕重量提高可靠性，如Steer-by-Wire, Brake-by-Wire等。由于整個(gè)設(shè)計(jì)思想涉及動力、制動、方向控制等關(guān)鍵功能，對汽車網(wǎng)絡(luò)也就提出了不同要求。在未來的5至10年里，X-by-Wire技術(shù)將使傳統(tǒng)的汽車機(jī)械系統(tǒng)變成通過高速容錯(cuò)通信總線與高性能CPU相連的電氣系統(tǒng)。在一輛裝備了綜合駕駛輔助系統(tǒng)的汽車上，目前存在相互競爭的幾種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括前文提到的TTP、Byteflight和FlexRay 以及TTCAN(時(shí)間觸發(fā)的CAN)。
至于哪一種總線網(wǎng)絡(luò)會成為今后的標(biāo)準(zhǔn)，目前還尚難定論。但長遠(yuǎn)來看,車載網(wǎng)絡(luò)還遠(yuǎn)沒有達(dá)到成熟階段,信息與電子技術(shù)發(fā)展很快,車輛上的應(yīng)用又有比較大的滯后,所以車上信息與電子技術(shù)的應(yīng)用還有很大的發(fā)展空間。它們將對車上通信與控制網(wǎng)絡(luò)提出一些新的需求,同時(shí)為新的車上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供技術(shù)支持。
（轉(zhuǎn)載）
