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)的使用解決了點對點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，增強了穩(wěn)定性。為方便研究和設(shè)計使用，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時現(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)點與從節(jié)點，節(jié)點在某段已知的時間內(nèi)觸發(fā)通信但不具備內(nèi)部容錯功能。
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)點的互換性。這極大地提高了開發(fā)速度，同時保證了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
LIN協(xié)議應(yīng)用開發(fā)的熱點集中在美國、歐洲和日本。估計在未來10年，平均每輛車將有LIN節(jié)點20個左右。這樣全世界每年將生產(chǎn)12億個LI N節(jié)點。可見，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?，F(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，并且三個公司使用各自的消息協(xié)議。預(yù)計在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1Mbps。1991年首次在奔馳S系列汽車中實現(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)動機的電子控制中。
綜上所述，CAN總線已憑借其突出的可靠性、實時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)，以及實時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，必須支持實時的周期性的參數(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是一個應(yīng)用于分布式實時控制系統(tǒng)的完整的通信協(xié)議,它能夠支持多種的容錯策略,提供了容錯的時間同步以及廣泛的錯誤檢測機制,同時還提供了節(jié)點的恢復(fù)和再整合功能。其采用光纖傳輸?shù)墓こ袒瘶悠匪俣葘⑦_到25Mb/s。TTP/ C支持時間和事件觸發(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，具有容錯功能及確定的通信消息傳輸時間，同時支持事件觸發(fā)與時間觸發(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)備可以采用點對點方式與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，2001年用在汽車上的CAN節(jié)點數(shù)目超過1億個.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)提供所需的容錯功能或帶寬，因為X- by-Wire系統(tǒng)實時性和可靠性要求都很高，必須采用時間觸發(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)一段時間，到底在未來的線控系統(tǒng)中哪一個標(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)動機微機和排放系統(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)
汽車信息娛樂和遠程信息設(shè)備，特別是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，需要功能強大的操作系統(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)（控制報文及控制整個網(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。IDB-1394網(wǎng)絡(luò)采用光纖技術(shù)，允許1394兼容的便攜式消費電子設(shè)備能夠連接到汽車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)并實現(xiàn)互操作。例如，Za-yante公司就為消費者市場提供1394物理層設(shè)備。最近與Ford公司聯(lián)合進行的一項演示包括數(shù)碼視頻相機以及Sony Play Station TM2游戲機、以及兩種視頻顯示器和一種DVD播放機的即插即用。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。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，簡化了擴展，當(dāng)在光纖環(huán)中增加一種新設(shè)備或功能時并不需要改變連接線纜。
⑷ 藍牙無線技術(shù)是一種用于移動設(shè)備和WAN／LAN接入點的低成本、低功耗的短距離射頻技術(shù)。藍牙標(biāo)準(zhǔn)描述了手機、計算機和PDA如何方便地實現(xiàn)彼此之間的互連，以及與家庭和商業(yè)電話和計算機設(shè)備的互連。藍牙特殊興趣組的成員包括AMIC,BMW ,Daimler Chrysler, Ford, GM, Toyota和Volkswagen。作為藍牙在汽車中應(yīng)用的一個例子，Johnson Controls公司的免提手機系統(tǒng)“Blue Connect”允許司機在雙手扶住方向盤的情況下通過支持藍牙功能的手機保持聯(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、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)議基于靈活的時分多路TDMA協(xié)議、以10Mb/s速率傳送數(shù)據(jù)，光纖可長達43m。其結(jié)構(gòu)能保證以一段固定的等待時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個傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，利用Byteflight來連接和收集前座保護氣囊、后座保護氣囊以及膝部保護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機，發(fā)揮最佳的保護效果。
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)來源于飛機制造，基本思想就是用電子控制系統(tǒng)代替機械控制系統(tǒng)，減輕重量提高可靠性，如Steer-by-Wire, Brake-by-Wire等。由于整個設(shè)計思想涉及動力、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)的汽車機械系統(tǒng)變成通過高速容錯通信總線與高性能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。但長遠來看,車載網(wǎng)絡(luò)還遠沒有達到成熟階段,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,同時為新的車上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供技術(shù)支持。
（轉(zhuǎn)載）
