商用車車載網絡技術平臺化設計與應用

李敬斌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

商用車車載網絡技術平臺化設計與應用

李敬斌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

對商用車車載網絡技術進行平臺化設計，通過網絡協議的組合及網關的靈活運用，實現對不同車型、不同配置的應用。將已有項目的開發成果應用到新的項目，可以降低整車的設計和制造成本，避免了重復開發工作，縮短開發周期。

商用車；車載網絡；平臺化

隨著車輛功能不斷升級，車載網絡技術被廣泛應用，車載網絡技術可實現各系統協調工作，能達到信息共享、減少布線、降低成本及提高整車可靠性的目的。商用車車型品種繁多，每一種車型特性各不相同，消費人群對車輛的配置需求也各不相同；交叉車型眾多，同一款車型可能搭載匹配多種發動機，制動形式可能是氣壓制動或液壓制動，整車電壓可能為24 V或12 V，這些都給車載網絡系統平臺和零部件平臺的設計帶來巨大困難，所以車載網絡技術在商用車上的平臺化設計尤其重要。

1 車載網絡技術平臺化設計

通過對標桿車企業、關鍵零部件廠商的技術路線進行調查分析，目前商用車領域車載網絡技術狀況如下：對于中重卡，制動形式一般采用氣壓制動，發動機、變速器和ESC等重要配置遵守SAE J1939《車輛CAN網絡串行通信和控制協議》標準（以下簡稱SAE J1939）；對于微卡、皮卡和輕客，制動形式一般采用液壓制動，發動機、變速器和ESC等重要配置遵守ISO 11898《道路車輛CAN網絡協議》標準（以下簡稱ISO 11898）；對于輕卡，此類車型為交叉車型，制動形式既有氣壓制動也有液壓制動，標準選擇依據不明確，狀態不統一。

根據商用車車型特性的多樣性、配置復雜多變性，結合國內主流主機廠和零部件供應商的技術現狀及發展路線，構建自主商用車車載網絡平臺化設計準則，采用2套網絡協議標準、2套動力網段、3套車身網段、3種網絡結構型態的設計原則。分別是：①2套網絡協議標準：SAE J1939系列和ISO 11898系列標準；②2套動力網段：液壓式輕型商用車遵守ISO 11898標準，氣壓式中重型商用車遵守SAE J1939標準；③3套車身網段：重卡平臺、24 V輕卡平臺和12 V輕卡平臺；④3種網絡結構型態：S型/I型/SI型。S型指的是整車網絡全部符合SAE J1939標準；I型指的是網絡全部符合ISO 11898標準；SI型指的是整車部分網絡符合SAE J1939標準，部分網絡符合ISO 11898標準。

圖1為商用車車載網絡平臺化設計架構圖，通過網絡協議的組合及網關的靈活運用，實現對不同車型、不同配置的應用。網絡平臺化設計的基本思路是同平臺車型采用一種網絡架構，通過網絡節點配置的變化來適應不同車型的開發需求；不同平臺車型的網絡拓撲結構做到層次分明、兼容性強，由簡單到復雜，應用于低端到高端的各類平臺車型，網絡節點在同平臺和跨平臺車型上具有很高的復用性。

圖1 商用車車載網絡平臺化設計架構圖

2 車載網絡應用

車載網絡平臺化設計方案在應用到具體項目時，由于商用車各類型車型的配置不盡相同會略有差異，以W項目為例進行介紹，X項目作為平臺化基礎項目已經完成開發。

X項目網絡拓撲結構采用單網段網絡拓撲結構形式（圖2），通信標準參考SAE J1939標準，通信速率為250 Kb/s，數據標識符采用擴展幀格式，所有網絡節點不內置終端電阻。在此基礎上并規劃了可即插即用的雙網段網絡架構（圖3），在最大程度上保證了網絡平臺對零部件平臺的兼容。

圖2 單網段網絡拓撲結構形式

圖3 雙網段網絡架構

2.1 網絡節點配置

按照W項目產品配置定義表，整車網絡模塊配置有發動機電控單元、防抱死控制單元、組合儀表、車身控制單元和行車記錄儀等，具體如表1所示。

表1中，X系列車型配備康明斯發動機，后處理路線為SCR路線，包括氮氧傳感器和后處理控制單元2節點，為私有節點，即其發送信息不對外公布；W系列車型配備自產發動機，后處理路線不同于康明斯，無氮氧傳感器和后處理控制單元，但是包含渦輪增壓器和廢氣再循環系統2個節點，這2個節點也是私有節點。

表1 網絡節點配置

2.2 信號/報文傳輸

網絡信號/報文信息如表2所示。

行車記錄儀為選配狀態，在無該配置的車型上面，由儀表采集里程傳感器的脈沖信號，儀表處理后將車速信號發送到總線上。在配備該模塊的車型上，因法規要求，由行車記錄儀采集里程表傳感器的信號，再通過普通IO口發送給儀表，儀表接受和處理后，將車速信號發送到總線上。

表2 網絡信號/報文信息

2.3 總線類型及拓撲結構

按照下面的公式對每幀報文的負載率進行計算

單幀報文負載率＝［（1000 ms/報文周期）×幀長度/波特率］×100 %

Busload =［（1000/T）×155/250000］×100 % = 62/ T（%）

式中：幀長度包括幀長度（131）和填充位（24），具體見表3。

網絡性能參數及指標見表4。

表4 網絡性能參數及指標

總線通信速率為250 kb/s，網絡所有節點發送的報文的總負載率為31.45%，小于60%，即符合單個網段網絡負載率設計要求，采用單網段網絡拓撲方案。圖4所示為基于車載網絡平臺化設計規劃的網絡架構圖，具體實施時網關Gateway可以是實體，也可以是虛擬件，甚至是導線直接連通，配置節點以實際項目為準進行增減。

圖4 基于車載網絡平臺化設計規劃的網絡架構圖

考慮到車型配置及線束設計的靈活性，終端電阻做在線束總成內，所有控制器內部不允許帶終端電阻。2個終端電阻布置在儀表和發動機EMS附近。

2.4 車載網絡分層結構及通信協議

對于同一網段的所有控制器必須遵從相同的網絡通信協議規范，否則會導致系統內的各個節點互不兼容。車載網絡分層結構見圖5，網絡分層的通信協議標準見表5。

圖5 車載網絡分層結構

表5 網絡分層的通信協議標準

2.5 網絡管理

整車網絡中的ECU根據其電源情況可分為2種類型，包括點火鑰匙控制型（+15電節點）和常電型（+30電節點）。+15電節點是指點火鑰匙處于非OFF擋時ECU獲得電源，OFF擋時ECU失去電源。+30電節點是指ECU電源不受點火鑰匙控制，點火鑰匙處于OFF擋時可進入睡眠狀態。

網絡管理標準參考《OSEK/VDX網絡管理標準》，采用直接式網絡管理方式，參與網絡管理節點有車身控制單元和儀表單元，其他節點需要遵守15電節點網絡管理設計規范。

3 結束語

車載網絡平臺化設計可以將已有項目的開發成果應用到新的項目，節約了大量重復開發工作，縮短開發周期。網絡系統的開發涉及多個節點，通過網絡協議的組合及網關的靈活運用，將這些成熟的節點應用到其他車型，以實現對不同車型、不同配置的應用，可以降低整車的設計和制造成本，這樣的設計理念對整車廠及供應商都具有重要的意義。

［1］于國光，劉錦高.基于車載系統CAN總線技術的應用［J］.計算機科學，2009，36（4 A）：276-278.

［2］張培仁.CAN總線設計及分布式控制［M］.北京：清華大學出版社，2012.

（編輯 凌 波）

Commercial Vehicle Network Platform Design and Application

LI Jing-Bin
（Anhui Jianghuai Automobile Co.， Ltd.， Hefei 230601， China）

Platform design on commercial vehicle on-board network technology is applied through the combination of network protocols and the flexible use of gateways， to achieve the application on different models and configurations. This could help to apply the existing projects development results to new projects， which can reduce the vehicle design and manufacturing cost， avoid repeating work and shorten development cycle.

commercial vehicle; vehicle network; platform based design

U463.6

A

1003-8639（2017）06-0020-04

2017-02-22

李敬斌（1985-），男，工程師，主要從事汽車電氣系統設計工作。