汽車車載網絡系統發展趨勢研究

武鵬飛

摘 要：現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絡化。各種舒適性、安全性、科技性的功能模塊被應用于汽車中。傳統的點對點電控單元的控制方式，已經不能適用于現代汽車的發展。車載網絡系統的發明，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代化的發展。本文圍繞車載網絡系統發展現狀、功能、應用及發展趨勢展開論述。

關鍵詞：車載網絡系統 電控單元 智能化 應用 發展趨勢

1 引言

隨著汽車電子控制系統進入智能化和網絡化時代，汽車電子設備在車輛中的應用逐漸增加，例如：電動座椅調節、防抱死制動系統（ABS）、車身穩定系統（ESP）、牽引力控制系統（TCS）、主動懸架、信息娛樂多媒體等。傳統電子設備大多數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備會導致汽車線束粗大。據統計，采用傳統點對點的布線方式，一輛豪華車輛的導線長度能達到2000多米，節點數可達1500個。如此，不僅龐大的線束占有駕駛艙內有限的空間，而且對維修帶來更大的困難。隨著電器設備的增加，傳統布線方式逐漸不再為汽車帶來可靠性、穩定性和安全性。為發展汽車輕量化和小型化，汽車網絡系統應運而生。車載網絡系統可以簡化線束的同時，更能提高各電子控制單元之間數據和信號的共享，避免沒有必要的浪費和空間的節約。

2 車載網絡系統的發展現狀

車載網絡系統從20世紀80年代已開始使用。德國Bosch聯合各大汽車廠，最先對車載網絡進行研究。1983年，豐田汽車公司最早應用了總線制的車門控制系統。該系統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，穩定性好的優點，車身系統開始逐漸采用銅線作為網絡系統的連接線。在1987年，日產公司和通用公司的集中型網絡控制系統已經開始量產。期間，Bocsh公司提出車載局域網的協議就是，CAN總線（Control Area Network）。接著美國汽車工程師學會提出另一種網絡通信協議：SAE-J1850。日本豐田、日產、三菱、本田和馬自達公司均已按各自的設計方式對車身網絡控制系統進行批量生產。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總線系統是應用最廣泛的網絡系統。

3 車載網絡系統的功能介紹及其優勢

3.1 車載網絡系統的功能如下

3.1.1 實現多路傳輸

多路傳輸即在同一跑道上同時傳輸多個信號源或者信息。在通信系統中，信號的傳遞非常快，通道的傳輸能力很強。如果一條通道僅傳輸一路信號，這會資源是極大的浪費。多路復用能將多路信號按照系統邏輯順序將多組信號整合起來，在一條通道中傳遞，當信號到達接收信號的控制單元，再將整合信號分離，從而實現一通道傳遞多種信號的能力。常見的三種多路傳輸的方式有時分多路復用，頻分多路復用和碼分多址。

3.1.2 系統失效保護

為確保系統可以更可靠地為車輛服務，當車載網絡系統部分功能喪失時，系統應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。軟件失效保護功能即當系統中一個控制裝置發生故障時，失效保護被觸發，相應的電子控制單元將不接收來自故障裝置的信號，實現自我保護;硬件失效保護即當系統中ECU發送故障時，硬件失效保護打開，使其以系統內設定固定信號進行輸出，從而更好的保障系統繼續工作。

3.1.3 系統“休眠”和“喚醒”休眠

該功能是：為了減少汽車在點火開關關閉時，整個系統對蓄電池的額外耗損。系統休眠時，通道將停止對信號的傳輸，以節約電能;當系統有操作時，系統即刻被喚醒，隨時進行信號的傳輸。

3.1.4 故障自診斷

在點火開關開啟時，系統通電首先完成整個系統的自我監測。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行自診斷，也可以對有關電控元件進行自診斷。

3.2 車載網絡系統的優勢

汽車網絡信號的傳輸方式是借著數據總線將各種功能模塊或者ECU聯接起來以實現車載網絡信號的傳輸。其中，控制信號和發送數據的功能模塊將信號和數據編碼翻譯，發送到總線。接受數據的功能模塊通過解碼翻譯，獲得相應的命令和數據。該系統的傳輸優勢如下：

（1）車載網絡系統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）車載網絡系統將不同功能的控制單元聯接，使信號的傳輸更便捷可靠;

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

（4）系統可直接通過系統軟件來實現控制系統的功能變化和升級，機動靈活性高;

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

4 車載網絡系統的應用

車載網絡系統主要應用于四大系統，即車身控制系統、動力傳動系統、多媒體信息娛樂系統和車輛安全系統。

4.1 在車身控制系統中的應用

車身系統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。車身系統主要有五個控制單元，可實現五個功能。控制單元分別是中央門鎖、電動車窗、照明開關、后視鏡調節和加熱及自診斷功能。

4.2 在動力傳動系統中的應用

動力數據總線連接三個電控單元：發動機控制單元、ABS控制單元和自動變速箱控制單元。CAN數據總線以500kbit/s的速率傳輸數據信號，每一組數據信號的傳輸時間是0.25毫秒，每一個電子控制單元在7-20毫秒內發送一次數據信號，并且各電子控制單元會按照順序在相應的時間內發送。其順序是ABS電控單元、發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中的應用

信息娛樂系統中信號容量較大，要求信號傳輸速率快。車載網絡采用光纖作為傳輸通道，滿足信息娛樂系統的各種要求。

4.4 在安全系統中的應用

根據各傳感器的信號，準確地控制各安全設備可靠的運行。該系統使用的節點數較多，所以要求該系統成本低，通信可靠性高，通信速度快。

5 車載網絡系統的趨勢

目前，各大汽車廠商均有自己設計的車身和動力系統的網絡控制系統。現在在售的大部分車輛都采用了車載網絡的控制系統。放眼望去，車載網絡系統在車輛上的應用會越來越普遍。車載網絡技術會逐漸向智能化、高速化、統一化發展。

5.1 智能化

汽車可根據駕駛員的目標設定，網絡系統會為駕駛者提供最優的選擇：綜合考慮天氣、車流量、交通堵塞等為駕駛員提供最佳路徑;根據以往駕駛習慣，提供最合適坐姿、懸架舒適性、底盤調校等。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。該系統下，大部分機械的操作和中間傳動機構被省略，例如換擋桿、轉向盤柱以及各種傳動連桿等，取而代之的是各種傳感器。駕駛員通過控制網絡控制系統來實現對車輛的掌握，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

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

5.3 網絡協議統一化

車載網絡系統是現今汽車的主流發展方向，各大汽車廠商都已經研發了自己的網絡系統。其各自的網絡系統應用的網絡協議標準都不相同，勢必增加汽車的生產成本，也會帶來維修設備不匹配的困難。汽車廠商和網絡系統供應商已漸漸達成一致：即在A類網絡中使用局域網，在B類網絡中低速控制器局域網已成為事實上的標準協議，在C類網絡中，對傳統的實時分布控制，高速控制器局域網將作為事實上的標準。

6 結語

現代汽車，車載網絡系統已經被普遍使用。隨著電子元件的發展，更多的汽車電子控制單元被安裝到網絡系統中。車載網絡系統的發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，汽車會發展成為集辦公、休閑、娛樂于一體的伙伴。

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