現代汽車車載網絡技術應用

郭雪劍

摘 要

車載網絡是現代汽車電子技術發展的必然趨勢，本文就車載網絡形成的必要性及其應用進行了分析，并對車載網絡的發展前景做了研究，以便更好地理解新一代汽車電子控制系統。

【關鍵詞】車載網絡 車身系統 動力傳動系統 安全系統 信息系統

1 汽車的網絡化

在傳統汽車中，開關、繼電器、電磁儀表等與電子相關的零部件構成了汽車電器，它們之間信息交互是建立在點對點電氣信號連接基礎上的。電氣信號的種類也局限于模擬信號和開關信號。實施信號連接的電線束，通常稱為線束。

汽車中電器的技術含量和數量是衡量汽車性能的一個重要標志。汽車電器技術含量和數量的增加，意味著汽車性能的提高。但汽車電器的增加，同樣使汽車電器之間的信息交互橋梁——線束和與其配套的電器接插件數量成倍上升。在1955年平均一輛汽車所用線束總長度為45米；而到了2002年，一輛汽車所用的平均線束總長度達到了4000米。線束的增加不但占據了車內的有效空間，增加了裝配和維修的難度，提高了整車成本，而且妨礙了整車可靠性的提高。

為了在提高性能與控制線束數量之間尋求一種有效的解決途徑，在20世紀80年代初，出現了一種基于數據網絡的車內信息交互方式——車載網絡。

汽車制造商根據各個地方不同速度的要求，將會制定出幾個不同標準的車載網絡。“對于所有的汽車制造商來說，車載網絡中的很多運行都涉及到工業標準，” 通用汽車公司的一位研究電子動力傳輸的專家Dennis Bogden說。“如果你獲得高速的數據是通過鏈接一個網絡，而低速的數據又是鏈接另一個網絡的話，我們就早已經停止了各種各樣的技術嘗試，因為我們需要的僅僅是一個車載網絡。”

2 車載網絡的應用

車載網絡按照應用加以劃分，大致可以分為4個系統：車身系統、動力傳動系統、安全系統、信息系統。

在動力傳動系統內，動力傳動系統模塊的位置比較集中，可固定在一處，利用網絡將發動機艙內設置的模塊連接起來。在將汽車的主要因素—行駛、停車與轉向這些功能用網絡連接起來時，就需要高速網絡。

動力CAN數據總線一般連接3塊電腦，它們是發動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數據總線實際可以連接安全氣囊、四輪驅動與組合儀表等電腦）。總線可以同時傳遞10組數據，發動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦2組。數據總線以500Kbit/s速率傳遞數據，每一數據組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7～20ms發送一次數據。優先權順序為ABS/EDL電控單元→發動機電控單元→自動變速器電控單元。

與動力傳動系統相比，汽車上的各處都配置有車身系統的部件。因此，線束變長，容易受到干擾的影響。為了防干擾應盡量降低通信速度。在車身系統中，因為人機接口的模塊、節點的數量增加，通信速度控制將不是問題，但成本相對增加，對此，人們正在摸索更廉價的解決方案，目前常常采用直連總線及輔助總線。

整個汽車車身系統電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門控單元電路。

主控單元按收開關信號之后，先進行分析處理，然后通過CAN總線把控制指令發送給各受控端，各受控端響應后作出相應的動作。車前、車后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執行，并把執行的結果反饋給主控端。門控單元不但通過CAN總接收主控端的指令，還接收車門上的開關信號輸入。根據指令和開關信號，門控單元會做出相應動作，然后把執行結果發往主控單元。

網絡技術在汽車上的應用，不但增強了汽車的性能，而且減少了線束的用量。2003年6月在南京菲亞特下線的“派力奧·周末風”，由于采用了汽車整體車載網絡技術，從而減少了23%的線束，降低元件重量2.8千克。在“派力奧·周末風”中，車載網絡將前照燈照明、前/后窗自動玻璃清洗控制、轉向燈控制、后風窗雨刮器、內部照明系統、單點觸電動窗自動升降、電子防盜系統通過網絡連為一體。

3 汽車網絡的發展

近兩年在中國生產，價格在8萬元～20萬元之間，采用車載網絡的轎車、SUV情況。價格在20萬元以下的轎車屬于普及型轎車，但車載網絡卻在近兩年在中國生產的普及型轎車中占據了相當大的比重，說明車載網絡已在轎車中進入產業化階段，它不再是高檔轎車獨享的專用高級技術。說明CAN總線已成為普及型轎車車載網絡的主流。

在車載網絡的發展過程中，通信介質已日益引起關注，目前POF已得到大量應用。此前德國寶馬汽車公司宣布在2002年3月上市的最高級新款轎車“BMW7”系列中采用了50米POF。它表明大量采用POF車載網絡的汽車已經開始進入實用階段。

數據通信對速度的要求是永無止境的。在車載網絡的發展過程中，介質的通信速度是制約車載網絡應用和發展的一個重要因素。POF在汽車上的成功應用，不但推動了以Byteflight、FlexRay和MOST等現有的以POF為介質的高速車載網絡的產業化應用，而且為下一代車載網絡的發展創造了條件。隨著人類生活空間的拓展，IT融合于汽車之中是未來發展的必然趨勢，而作為IT裝置之間實施信息交互媒介的網絡，將會有更多類似于IEEE 1394、Bluetooth等IT領域應用的網絡向汽車滲透。

隨著中國經濟的高速發展，面對中國巨大的轎車市場，世界上各大汽車制造商紛紛與國內汽車制造廠合作生產轎車，并且所生產轎車的技術含量正逐漸與世界同步。據相關資料報道，近年來在國內生產的轎車中，汽車電子在汽車中所占的比例及其汽車電子的技術含量已超過世界轎車的平均水平。

目前國際汽車工業廣泛采用系統開發、項目平臺、全球采購、模塊化供貨等運作方式。最近上海、浙江、廣東已在不同程度上起動了汽車電子產業。政府的支持、市場的需求為中國汽車電子的發展提供了良好平臺。車載網絡是典型的實時嵌入式網絡系統，而中國擁有較多的嵌入式系統開發人員，提供了大量的人才儲備。這是中國汽車電子的發展機遇，也是具有自主知識產權車載網絡在中國的發展機遇。

車載網絡作為連接車內機械、電器和電子信息的紐帶，是整車的核心技術，而國內汽車工業的現狀將注定具有自主知識產權的車載網絡的大量運用還需要汽車企業和相關技術開發商付出大量的努力。

參考文獻

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[2]楊維俊.汽車車載網絡系統[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3]中國科學研究院.汽車電子成本與車載網絡發展[Z].弈虎在線，2011.

作者單位

中天高科特種車輛有限公司 天津市 301700