车载网络技术

车载网络技术在汽车上的应用与展望 CompanyName Contents CompanyName 1车载网络技术的发展简史 从1980年起 汽车内开始装用网络 1983年 丰田公司在世纪牌汽车上最早采用了应用光缆的车门控制系统 实现了多个节点的连接通信 此系统采用了集中控制方法 1987年日产公司的车门相关系统 GM公司的车灯控制系统已经处于批量生产的阶段 这个时间德国的RobertBosch公司提出了汽车车载局域网 LAN 的基本协议 控制器局域网 ControllerAreaNetwork 简称CAN 接着 美国汽车工程师学会 SAE 提出了J1850 在美国通过采用SAEJ1850普及了数据共享系统 在SAE中也通过了CAN的标准 明确表示将转向CAN协议 随着汽车技术的发展 欧洲又以与CAN协议不同的思路提出了控制系统的新协议TTP TimeTriggeredProtocol 并已开始应用 CompanyName Contents CompanyName 2车载网络技术介绍 现场总线是用作现场控制系统的 直接与所有受控 设备 节点进行相连的通信网络 现场总线控制系统既是一个开放通信网络 又是一个全分布控制系统 它作为智能设备的联系纽带 使系统成为具有测量 控制 执行和过程诊断等综合能力的网络 然而现场的环境干扰因素众多 有些很强烈且带有突发性 这就决定了现场总线有别于一般网络 是一个具有自已特色的新型领域 CompanyName 2车载网络技术介绍 自20世纪80年代末以来 现场总线技术已经逐渐发展成熟 并在此特定的应用领域显示出其影响和优势 如 控制器局域网 CAN 车载局域网 VAN 局域网互联 LIN 过程现场总线 PROFIBOS 等 其中CAN总线和LIN总线是汽车电子控制中应用最广泛的总线 按照汽车网络的规模 车载网络应属于局域网 总线型结构 由于它要传输的信息帧都短小 要求实时性强 可靠性高 因而要求网络结构层次小 以有利于提高实时性和降低受干扰的概率 汽车网络结构主要包括两大部分 一是通信部分 二是网络管理部分 CompanyName 2车载网络技术介绍 现场总线的通信结构只采用了ISO OSI的三层模型 物理层 数据链路层和应用层 如图1所示 图1汽车局域网的参考模型 应用层 Application 数据链路层 Datelink 物理层 Physical 物理层 Physical 数据链路层 Datelink 应用层 Application 物理介质 发送端 接收端 CompanyName 2车载网络技术介绍 CompanyName 2车载网络技术介绍 目前汽车最新最快的数据传输方式应属于光纤网络 奔驰光纤通信系统 D2B 它利用光波来传送信息 数据按次序在光纤网络中传输 此系统用于收音机 卫星导航 CD 音控放大器 移动电话 道路交通导航系统之间 宝马光纤通信系统 MOST 全称是多媒体传输系统 MultimediaOrientedSystemTransportl 是专为在车辆中使用而开发的一种多媒体应用通信技术 在无线通信方面 采用Bluetooth规范 它主要是面向下一代汽车应用 如声音系统 信息通信等 典型一 典型二 CompanyName Contents CompanyName 3车载网络系统在汽车上的应用 网络技术在汽车上主要用于动力传动系统 车身系统安全系统和信息系统 其应用等级如图 车载网络的应用等级图 CompanyName 3车载网络系统在汽车上的应用 各类典型总线在应用领域上所对应的网络特性与节点成本进行了统计如图所示 各种典型车用总线与节点成本的统计图 CompanyName 4各种车用总线的介绍 1 CAN总线 2 局域网互联 LIN 3 面向媒体的系统传输 MOST 4 FlexRay CompanyName 4各种车用总线的介绍 CAN总线 CAN总线是由德国BOSCH公司为了解决汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发出的一种串行通信网络 具有短帧数据结构 非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通信方式适应了汽车实时性和可靠性的要求 己经成为国际标准 ISO11898 其应用范围也从最初的汽车电控逐步扩展到工业控制的各个领域 成为最有前途的现场总线之一 CompanyName 4各种车用总线的介绍 CAN总线 CAN总线的优点 CompanyName 4各种车用总线的介绍 CAN总线 汽车传统布线网络图 汽车CAN总线布线网络图 CompanyName 4各种车用总线的介绍 LIN 局域网互联 LIN 是用于汽车分布式电控系统的一种新型低成本串行通信系统 它是一种基于UART的数据格式 主从结构的单线12V的总线通信系统 主要用于智能 传感器和执行器的串行通信 而这正是CAN总线的带宽和功能所不要求的部分 由于目前尚未建立低端多路通信的汽车标准 因此LIN正试图发展成为低成本的串行通信的行业标准 LIN的标准简化了现有的基于多路解决方案的低端SCI 同时将降低汽车电子装置的开发 生产和服务费用 LIN采用低成本的单线连接 传输速度最高可达20kb s 对于低端的大多数应用对象来说 这个速度是可以接受的 它的媒体访问采用单主 多从的机制 不需要进行仲裁 从节点中不需要晶体震荡器而能进行自同步 这极大地减少了硬件平台的成本 CompanyName 4各种车用总线的介绍 MOST 面向媒体的系统传输 MediaOrientedSystemsTransport MOST 是在汽车制造商和供应商中越来越受推崇的一种网络标准 它提供了一个可以管理所有多媒体设备的单个界面 能够处理针对不同目标的多个数据流 而不失和谐 MOST系统是利用光导纤维作为信息传导媒介 进行数字信号的传输 首先各控制元件将电磁脉冲信号转化为光脉冲信号 传送到光纤上 而后相应的接收电脑又将光脉冲信号转换回电磁脉冲信号 从而完成相应的控制功能 由于MOST系统的高传输速率 因此它可以做到只用两根光纤即可同时传递多路信号 CompanyName MOST网络的优点 低成本 高速 灵活 抗干扰 4各种车用总线的介绍 MOST CompanyName 4各种车用总线的介绍 FlexRay FlexRay是一个为车载应用系统高层网络和 线控 系统开发的通信标准 它的最大特点就是在提高数据传输率的条件下 能够满足汽车安全要求的可靠性指标 FlexRay利用两条独立的物理线路进行通信 每条线路的数据速率为10Mb s 两条通信线路主要用来实现冗余 因此消息传输具有容错能力 也可以利用两条线路来传输不同的消息 以使数据吞吐量可以加倍 CompanyName 4各种车用总线的介绍 FlexRay TTP C和FlexRay比较 在总线访问方式上 TTP C和FlexRay都提供了时间触发和事件触发方式 它们都能满足未来的 线控 X by wire 系统对系统的实时性和可靠性的要求 但FlexRay在事件触发方面 其节点共享决定了其灵活性更好 从成本方面来考虑 初始价格FlexRay不占优势 但是生产商在后期组装线上节约的时间和金钱以及用户维护成本的下降 将使得FlexRay在TTP C的竞争上具有优势 CompanyName 4各种车用总线的介绍 FlexRay FlexRay在物理连接结构方面总线监控与其监控的节点共用电源和同步时钟 FlexRay的节点结构图 CompanyName 4各种车用总线的介绍 FlexRay FlexRay具有以下特点 一个有故障耐受能力的系统必须保证网上成员不能将系统阻断 网络上的物理故障 例如 短路 可以将出问题的网络分支封闭 故障的封闭由独立事件控制 故障耐受能力 最大数据传输率为10Mb s 还可更高一些 FlexRay网的结构可以有四种形式 即 总线式星形网 星形总线混合式及多个星形串接式 数据传输率及结构 时间同步 整个网络有一个总体时钟 每一个控制单元有一个局部时钟 FlexRay系统有一个特定的控制算法 使网络中每一单个节点的局部时钟与总体时钟同步 利用偏移修正和时间修正这两种方法与总体时钟同步 CompanyName 4各种车用总线的介绍 FlexRay FlexRay的车载网络应用FlexRay的重要应用之一是线控操作 如线控转向 线控刹车等 即利用容错的电气 电子系统取代机械 液压部分 线控操作包括从转向到刹车和加速等所有汽车控制应用互连技术 它可以补充并将最终代替目前的机械和液压解决方案 就总体器件和组装来说 采用电子系统比采用机械和液压部件成本更