武鵬飛

摘 要：現(xiàn)實中汽車在人們生活中的“地位”不斷攀升，其原因在于汽車智能化和網(wǎng)絡(luò)化。各種舒適性、安全性、科技性的功能模塊被應(yīng)用于汽車中。傳統(tǒng)的點對點電控單元的控制方式，已經(jīng)不能適用于現(xiàn)代汽車的發(fā)展。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)明，不僅能良好的解決各電控單元的控制，而且更有利于汽車現(xiàn)代化的發(fā)展。本文圍繞車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀、功能、應(yīng)用及發(fā)展趨勢展開論述。

關(guān)鍵詞：車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 電控單元 智能化 應(yīng)用 發(fā)展趨勢

1 引言

隨著汽車電子控制系統(tǒng)進(jìn)入智能化和網(wǎng)絡(luò)化時代，汽車電子設(shè)備在車輛中的應(yīng)用逐漸增加，例如：電動座椅調(diào)節(jié)、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、車身穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）、主動懸架、信息娛樂多媒體等。傳統(tǒng)電子設(shè)備大多數(shù)采用點對點的單一通信方式，不同功能的ECU之間基本沒有信息的共享和傳遞。日益增多的汽車電子設(shè)備會導(dǎo)致汽車線束粗大。據(jù)統(tǒng)計，采用傳統(tǒng)點對點的布線方式，一輛豪華車輛的導(dǎo)線長度能達(dá)到2000多米，節(jié)點數(shù)可達(dá)1500個。如此，不僅龐大的線束占有駕駛艙內(nèi)有限的空間，而且對維修帶來更大的困難。隨著電器設(shè)備的增加，傳統(tǒng)布線方式逐漸不再為汽車帶來可靠性、穩(wěn)定性和安全性。為發(fā)展汽車輕量化和小型化，汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)運而生。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以簡化線束的同時，更能提高各電子控制單元之間數(shù)據(jù)和信號的共享，避免沒有必要的浪費和空間的節(jié)約。

2 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代已開始使用。德國Bosch聯(lián)合各大汽車廠，最先對車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。1983年，豐田汽車公司最早應(yīng)用了總線制的車門控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是集中控制的方式，車身ECU集中控制四個車門和尾門門鎖的開啟和鎖止。

1986年，因銅線有電阻率小，載流量大，穩(wěn)定性好的優(yōu)點，車身系統(tǒng)開始逐漸采用銅線作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接線。在1987年，日產(chǎn)公司和通用公司的集中型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已經(jīng)開始量產(chǎn)。期間，Bocsh公司提出車載局域網(wǎng)的協(xié)議就是，CAN總線（Control Area Network）。接著美國汽車工程師學(xué)會提出另一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議：SAE-J1850。日本豐田、日產(chǎn)、三菱、本田和馬自達(dá)公司均已按各自的設(shè)計方式對車身網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行批量生產(chǎn)。歐洲汽車廠家則采用CAN總線，在每個控制器均采用CAN來控制。目前，CAN總線系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能介紹及其優(yōu)勢

3.1 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能如下

3.1.1 實現(xiàn)多路傳輸

多路傳輸即在同一跑道上同時傳輸多個信號源或者信息。在通信系統(tǒng)中，信號的傳遞非?？欤ǖ赖膫鬏斈芰軓?。如果一條通道僅傳輸一路信號，這會資源是極大的浪費。多路復(fù)用能將多路信號按照系統(tǒng)邏輯順序?qū)⒍嘟M信號整合起來，在一條通道中傳遞，當(dāng)信號到達(dá)接收信號的控制單元，再將整合信號分離，從而實現(xiàn)一通道傳遞多種信號的能力。常見的三種多路傳輸?shù)姆绞接袝r分多路復(fù)用，頻分多路復(fù)用和碼分多址。

3.1.2 系統(tǒng)失效保護(hù)

為確保系統(tǒng)可以更可靠地為車輛服務(wù)，當(dāng)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)部分功能喪失時，系統(tǒng)應(yīng)具有自我處理的能力。該自我處理功能包含軟件自我處理和硬件自我處理。軟件失效保護(hù)功能即當(dāng)系統(tǒng)中一個控制裝置發(fā)生故障時，失效保護(hù)被觸發(fā)，相應(yīng)的電子控制單元將不接收來自故障裝置的信號，實現(xiàn)自我保護(hù);硬件失效保護(hù)即當(dāng)系統(tǒng)中ECU發(fā)送故障時，硬件失效保護(hù)打開，使其以系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定固定信號進(jìn)行輸出，從而更好的保障系統(tǒng)繼續(xù)工作。

3.1.3 系統(tǒng)“休眠”和“喚醒”休眠

該功能是：為了減少汽車在點火開關(guān)關(guān)閉時，整個系統(tǒng)對蓄電池的額外耗損。系統(tǒng)休眠時，通道將停止對信號的傳輸，以節(jié)約電能;當(dāng)系統(tǒng)有操作時，系統(tǒng)即刻被喚醒，隨時進(jìn)行信號的傳輸。

3.1.4 故障自診斷

在點火開關(guān)開啟時，系統(tǒng)通電首先完成整個系統(tǒng)的自我監(jiān)測。若無故障，汽車各功能可正常運行;若某功能存在故障，則儀表盤輸出故障燈。該功能既可以對傳輸線路進(jìn)行自診斷，也可以對有關(guān)電控元件進(jìn)行自診斷。

3.2 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)勢

汽車網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸方式是借著數(shù)據(jù)總線將各種功能模塊或者ECU聯(lián)接起來以實現(xiàn)車載網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸。其中，控制信號和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能模塊將信號和數(shù)據(jù)編碼翻譯，發(fā)送到總線。接受數(shù)據(jù)的功能模塊通過解碼翻譯，獲得相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的傳輸優(yōu)勢如下：

（1）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可通過兩根線代替多根線，解決線束粗大冗長以及占空間件的問題;

（2）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將不同功能的控制單元聯(lián)接，使信號的傳輸更便捷可靠;

（3）局域網(wǎng)內(nèi)部共享資源信號的速度比傳統(tǒng)點對點傳輸方式更快，從而提高車輛的相應(yīng)速度，為乘員提供更有效率的服務(wù);

（4）系統(tǒng)可直接通過系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能變化和升級，機動靈活性高;

（5）系統(tǒng)提供故障檢測端口，可用故障檢測儀直接對系統(tǒng)的每個功能進(jìn)行檢測，提高維修人員的工作效率。

4 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要應(yīng)用于四大系統(tǒng)，即車身控制系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、多媒體信息娛樂系統(tǒng)和車輛安全系統(tǒng)。

4.1 在車身控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

車身系統(tǒng)的部件遍布于車輛全車身，所以車身控制元件的總線束很長，傳輸信號是也容易受到干擾。車身系統(tǒng)主要有五個控制單元，可實現(xiàn)五個功能。控制單元分別是中央門鎖、電動車窗、照明開關(guān)、后視鏡調(diào)節(jié)和加熱及自診斷功能。

4.2 在動力傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用

動力數(shù)據(jù)總線連接三個電控單元：發(fā)動機控制單元、ABS控制單元和自動變速箱控制單元。CAN數(shù)據(jù)總線以500kbit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)信號，每一組數(shù)據(jù)信號的傳輸時間是0.25毫秒，每一個電子控制單元在7-20毫秒內(nèi)發(fā)送一次數(shù)據(jù)信號，并且各電子控制單元會按照順序在相應(yīng)的時間內(nèi)發(fā)送。其順序是ABS電控單元、發(fā)動機電控單元和自動變速箱電控單元。

4.3 在多媒體信息娛樂系統(tǒng)中的應(yīng)用

信息娛樂系統(tǒng)中信號容量較大，要求信號傳輸速率快。車載網(wǎng)絡(luò)采用光纖作為傳輸通道，滿足信息娛樂系統(tǒng)的各種要求。

4.4 在安全系統(tǒng)中的應(yīng)用

根據(jù)各傳感器的信號，準(zhǔn)確地控制各安全設(shè)備可靠的運行。該系統(tǒng)使用的節(jié)點數(shù)較多，所以要求該系統(tǒng)成本低，通信可靠性高，通信速度快。

5 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的趨勢

目前，各大汽車廠商均有自己設(shè)計的車身和動力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在在售的大部分車輛都采用了車載網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)。放眼望去，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在車輛上的應(yīng)用會越來越普遍。車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)會逐漸向智能化、高速化、統(tǒng)一化發(fā)展。

5.1 智能化

汽車可根據(jù)駕駛員的目標(biāo)設(shè)定，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會為駕駛者提供最優(yōu)的選擇：綜合考慮天氣、車流量、交通堵塞等為駕駛員提供最佳路徑;根據(jù)以往駕駛習(xí)慣，提供最合適坐姿、懸架舒適性、底盤調(diào)校等。智能化地控制車輛行駛的時間，提高安全性和效率。

X-by-Wire（線控）是另外一種新汽車改革的方向。該系統(tǒng)下，大部分機械的操作和中間傳動機構(gòu)被省略，例如換擋桿、轉(zhuǎn)向盤柱以及各種傳動連桿等，取而代之的是各種傳感器。駕駛員通過控制網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對車輛的掌握，大大提高了汽車的可操縱性和安全性。X-by-Wire更加突顯汽車的智能化和科技感，可以贏得大眾的青睞。

5.2 高速化

未來汽車網(wǎng)絡(luò)會是一個高帶寬、響應(yīng)快的可移動的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。代步僅是人們使用汽車的小部分因素。汽車網(wǎng)絡(luò)的高速化發(fā)展，人們可以利用汽車進(jìn)行實時辦公、娛樂、朋友溝通等。另外，汽車網(wǎng)絡(luò)的高速化，會讓系統(tǒng)承載更多的電子控制元件，以讓汽車實現(xiàn)更多的功能，同時，也會提高整個車載系統(tǒng)的可靠性和電子控制單元的響應(yīng)速度。

5.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議統(tǒng)一化

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是現(xiàn)今汽車的主流發(fā)展方向，各大汽車廠商都已經(jīng)研發(fā)了自己的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)都不相同，勢必增加汽車的生產(chǎn)成本，也會帶來維修設(shè)備不匹配的困難。汽車廠商和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供應(yīng)商已漸漸達(dá)成一致：即在A類網(wǎng)絡(luò)中使用局域網(wǎng)，在B類網(wǎng)絡(luò)中低速控制器局域網(wǎng)已成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，在C類網(wǎng)絡(luò)中，對傳統(tǒng)的實時分布控制，高速控制器局域網(wǎng)將作為事實上的標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語

現(xiàn)代汽車，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)被普遍使用。隨著電子元件的發(fā)展，更多的汽車電子控制單元被安裝到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展會減少更多線束和資源的浪費，同時提高汽車的舒適性、安全性和可靠性。在不久的將來，汽車會發(fā)展成為集辦公、休閑、娛樂于一體的伙伴。

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