汽车电子网络结构

汽车作为一种交通工具，目前承担起了越来越多的功能。现代科技已经将网际网络、无线连接、个人通讯电子装置、娱乐设备等整合到汽车内部，与动力系统相结合，为乘客提供了前所未有的便利。而这一切都有赖于汽车网络技术，它是汽车电子发展的重要方向之一。
  过去，汽车通常采用点对点的通信方式，将电子控制单元及负载设备连接起来。随着电子设备的不断增加，势必造成导线数量的不断增多，从而使得在有限的汽车空间内布线越来越困难，限制了功能的扩展。同时导线质量每增加50 kg，油耗会增加0.2 L/100 km。此外，电控单元并不是仅仅与负载设备简单地连接，更多的是与设备及其他电控单元进行信息交流，并经过复杂的控制运算，发出控制指令，这些是不能通过简单地连接所能完成的。而单从线束本身来说，它也是汽车电子系统中成本较高，连接复杂的部件。
  随着汽车电子控制单元以及汽车电子装置的不断增多，采用串行总线实现多路传输，组成汽车电子网络，是一种既可靠又经济的做法。同时现代汽车基于安全性和可靠性的要求，正越来越多地考虑使用电控系统代替原有的机械和液压系统。
1．汽车电子网络结构
在汽车内部采用基于总线的网络结构，可以达到信息共享、减少布线、降低成本以及提高总体可靠性的目的。通常的汽车网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网关服务器来实现整车的信息共享和网络管理，如图1所示。
座椅模块
收音机
车载电话
CD播放
电视模块
导航系统
发动机管理系统
自动变速器
ABS+ASC
牵引控制系统
仪表板网关
子系统
动力系统
开关面板
车门模块
门锁
电动窗
后视镜
车灯系统
诊断
车身系统
娱乐及媒体系统
控制面板
座椅模块
传感器
位置电机
气囊控制
空调控制
控制面板
  车身系统的控制单元多为低速马达和开关量器件，对实时性要求低而数量众多。使用低速的总线连接这些电控单元。将这部分电控单元与汽车的驱动系统分开，有利于保证驱动系统通信的实时性。此外，采用低速总线还可增加传输距离、提高抗干扰能力以及降低硬件成本。
  动力与传动系统的受控对象直接关系汽车的行驶状态，对通讯实时性有较高的要求。因此使用高速的总线连接动力与传动系统。传感器组的各种状态信息可以广播的形式在高速总线上发布，各节点可以在同一时刻根据自己的需要获取信息。这种方式******限度地提高了通信的实时性。
故障诊断系统是将车用诊断系统在通信网络上加以实现。
信息与车载媒体系统对于通讯速率的要求更高，一般在2 Mb/s以上。采用新型的多媒体总线连接车载媒体。这些新型的多媒体总线往往是基于光纤通信的，从而可以充足保证带宽。
  网关是电动汽车内部通信的核心，通过它可以实现各条总线上信息的共享以及实现汽车内部的网络管理和故障诊断功能。
  随着新技术的不断发展，在未来的汽车网络中，还将会有专门用于气囊的安全总线系统，以及X-by-Wire系统。
2．汽车总线标准、协议
  国际上众多知名汽车公司早在20世纪80年代就积******力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同。为方便研究和设计应用，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C三类。
  A类是面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于1O kb/s，主要用于后视镜调整，电动窗、灯光照明等控制；B类是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在10-125 kb/s，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统；C类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网，位速率在125 kb/s-1 Mb/s之间，主要用于牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统。
  在今天的汽车中，作为一种典型应用，车体和舒适性控制模块都连接到CAN总线上，并借助于LIN总线进行设备控制。而汽车高速控制系统，通常会使用高速CAN总线连接在一起。远程信息处理和多媒体连接需要高速互连，视频传输又需要同步数据流格式，这些都可由D2B(Domestic Digital Bus)或MOST(Media Oriented Systems Transport) 协议来实现。无线通信则通过Blue tooth技术加以实现。而在未来的5-10年里，TTP(Time Trigger Protocol)和Flex Ray将使汽车发展成百分之百的电控系统，完全不需要后备机械系统的支持。
但是，至今仍没有一个通信网络可以完全满足未来汽车的所有成本和性能要求。因此，汽车制造商和OEM(Original Equipment Manufacture)商仍将继续采用多种协议(包括LIN、CAN和MOST等),以实现未来汽车上的联网。
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