ISO 11898-22024 道路车辆控制器局域网（CAN）第2部分高速物理介质连接（PMA）子层标准立项发展报告

道路车辆控制器局域网（CAN）第2部分：高速物理介质连接（PMA）子层标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Roadvehicles—ControllerAreaNetwork(CAN)—Part2:High-speedphysicalmediumattachment(PMA)sublayer摘要控制器局域网（ControllerAreaNetwork,CAN）作为车载网络的核心通信协议，自20世纪80年代问世以来，已广泛应用于全球各类车辆电子系统，成为汽车电子控制单元（ECU）之间信息交互的事实标准。随着智能网联汽车技术的迅猛发展，对车载网络的数据传输速率、实时性、可靠性及电磁兼容性能提出了更为严苛的要求，高速物理介质连接（PMA）子层作为CAN协议栈中连接物理传输介质与数据链路层的关键桥梁，其技术规范的科学性与先进性直接决定了车载网络系统的整体性能。本报告基于ISO11898-2:2024标准文本，系统阐述了该标准的技术演进脉络、核心修订内容及产业应用价值，分析了当前智能网联汽车背景下高速CAN物理层技术面临的挑战与发展趋势。报告指出，ISO11898-2:2024在传输速率、信号质量、EMC性能及故障容错能力等方面实现了显著提升，其发布为车载以太网与CANFD融合组网提供了技术衔接基础，对推动汽车电子电气架构向域集中式与中央计算平台演进具有重要的支撑意义。本报告可为汽车电子行业技术人员、标准化工作者及相关产业决策者提供有价值的参考与借鉴。关键词：控制器局域网；物理介质连接；车载网络；ISO11898；高速通信；电磁兼容；智能网联汽车Keywords:ControllerAreaNetwork;PhysicalMediumAttachment;In-vehicleNetwork;ISO11898;High-speedCommunication;ElectromagneticCompatibility;IntelligentConnectedVehicle一、引言1.1研究背景汽车电子技术的飞速发展深刻改变了现代汽车的技术形态与功能格局。从最初的发动机电控单元、防抱死制动系统等独立电子装置，发展到如今涵盖高级驾驶辅助系统（ADAS）、车载信息娱乐系统、整车OTA升级、V2X车路协同等复杂功能的高度集成化电子电气架构，车载网络在其中扮演着不可或缺的“神经系统”角色。据统计，当前一辆中高端量产乘用车中部署的电子控制单元数量已超过100个，整车通信网络中传输的信号种类达数千种，这对车载网络协议的性能与可靠性提出了前所未有的挑战。控制器局域网（CAN）协议由德国博世公司于1983年率先提出，并于1993年由国际标准化组织正式发布为ISO11898系列标准。凭借其出色的实时性、可靠的差错处理机制以及良好的抗干扰能力，CAN总线在过去三十余年间始终占据车载有线网络的主导地位。然而，面对自动驾驶传感器海量数据回传、高精度地图实时更新、影音娱乐高带宽需求等新应用场景的涌现，传统CAN协议最高1Mbit/s的通信速率已逐渐成为系统性能的瓶颈。为此，ISO于2015年发布了CANFD（FlexibleData-rate）扩展协议，将数据段传输速率提升至5Mbit/s以上。ISO11898-2:2024作为该系列标准的重要组成，聚焦于高速物理介质连接（PMA）子层的规范定义，为更高性能的CAN通信提供了坚实的物理层保障。1.2标准基本信息本标准编号为ISO11898-2:2024，全称为《道路车辆——控制器局域网（CAN）——第2部分：高速物理介质连接（PMA）子层》，由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）下属的道路车辆技术委员会ISO/TC22（Roadvehicles）负责制定，具体由SC31分委会（Datacommunication）归口管理。标准于2024年3月22日正式发布，替代了此前实施的ISO11898-2:2016版本。其分类号归属于车用信息技术、车载计算机系统领域，标准语言为英语，电子版以加密PDF格式发行。1.3报告目的本报告旨在对该标准的立项背景、技术内容、修订要点及应用价值进行系统梳理与深度解读，帮助相关行业技术人员和管理人员准确理解标准内涵、把握技术趋势、指导工程实践。二、标准的技术定位与适用范围2.1CAN协议体系架构中的位置ISO11898系列标准按照开放系统互联（OSI）参考模型对CAN协议进行了层次化划分。其中，ISO11898-1定义了数据链路层（DataLinkLayer）和物理信令（PhysicalSignalling,PLS）子层，规定了CAN协议的帧格式、报文滤波、错误处理及故障界定等逻辑功能；ISO11898-2则专门针对物理介质连接（PMA）子层进行规范化，涵盖收发器（Transceiver）的电气特性、信号时序要求、总线故障保护机制以及电磁兼容（EMC）性能指标等内容。从协议栈的角度看，PMA子层位于物理介质（双绞线）与物理信令子层之间，承担着将数据链路层产生的逻辑信号转换为适合在物理信道上传输的模拟电信号，并反向完成信号的接收与恢复功能。因此，PMA子层的性能优劣直接决定了CAN网络的通信距离、传输速率上限、节点数量规模及在恶劣电磁环境下的工作可靠性。本次修订正是针对上述关键性能指标进行了系统优化与升级。2.2适用范围界定本标准适用于所有采用高速CAN物理层方案的公路车辆——包括乘用车、商用车及特种车辆——中部署的有线通信网络，涵盖动力总成控制、底盘控制、车身控制、主动安全系统、车载诊断系统（OBD）等应用领域。同时，对于采用CANFD等扩展协议的应用场景，高速PMA子层同样是其物理传输的基础。需要说明的是，本标准的适用范围也涵盖工业自动化、医疗设备、轨道交通等采用CAN技术但遵循道路车辆应用要求的领域，为这些领域的技术选型提供了参考依据。三、标准的技术发展历程与演进脉络3.1早期版本回顾ISO11898-2标准的第一版发布于2003年，其技术基础源自博世公司早期的CAN物理层设计规范。彼时的标准主要定义了125kbit/s至1Mbit/s传输速率范围内，高速CAN收发器在双绞线介质上的电气参数要求，包括显性/隐性电平的电压阈值、位定时参数、循环延迟、边沿斜率及总线端接方案等。2003年版标准为行业提供了统一的高速CAN物理层设计基准，有力推动了CAN技术在全球汽车产业的规模普及。2016年，ISO发布了第二版ISO11898-2:2016，该版本的主要技术变化在于引入了对CANFD协议的支持，将数据段最大传输速率提升至5Mbit/s，并对收发器的传播延迟、对称性等参数提出了更为严格的约束。同时，新版标准在电磁兼容（EMC）要求方面进行了大幅强化，增加了对宽带干扰、脉冲噪声等复杂电磁环境下的性能考核指标。这一版本的发布有效适应了当时汽车电子系统功能日益增多、联网日趋复杂的产业发展需求。3.2本次修订的驱动力进入2020年代，全球汽车产业正经历从“功能汽车”向“智能汽车”的深刻转型。高级别自动驾驶、软件定义汽车、车路云一体化等新理念、新架构不断涌现，对车载通信网络提出了远超以往的性能要求。具体而言，本次修订的核心驱动力包括以下几个方面：1.速率需求持续提升：高清摄像头、激光雷达等传感器产生的数据量呈指数级增长，域控制器之间的数据交互需要更高的物理层带宽支撑。虽然车载以太网的引入分流了部分高带宽需求，但CANFD在确定性时延、系统成本及成熟度方面的综合优势仍使其在动力与底盘等安全关键域中不可替代。因此，在物理层进一步挖掘高速CAN的传输潜力是务实的技术路线。2.电磁兼容要求日益严苛：电动汽车的普及使车载电力电子设备的功率密度大幅提升，逆变器、DC-DC变换器等强干扰源对CAN总线的正常工作构成严峻挑战。同时，各国针对整车电磁兼容的法规要求持续加严，这要求物理层收发器具备更强的抗扰能力和更低的辐射发射水平。3.功能安全需求升级：ISO26262《道路车辆——功能安全》标准的深入实施，对车载通信系统提出了系统的失效避免与失效控制要求，物理层作为通信链路的关键环节，需在故障检测、降级运行等方面提供更强的保障能力。4.网络拓扑灵活化：传统的线性总线拓扑正在逐步向星形、树形及混合型拓扑演进，部分新架构甚至引入了有源星形耦合器等主动器件。这要求PMA子层具备更宽的共模电压范围、更灵活的拓扑适配能力及更完善的故障隔离机制。3.3主要技术修订内容ISO11898-2:2024在继承2016版基础框架的前提下，围绕上述需求进行了系统性的技术升级，主要体现在以下方面：（1）传输速率与信号质量优化新版标准在保持与CANFD协议兼容的前提下，对高速传输模式下的信号完整性提出了更为精细化的要求。具体而言，在5Mbit/s及以上速率条件下，对收发器的位时间对称性、传输延迟（LoopDelay）以及上升/下降沿的对称性指标均进行了收严，力求在更高的通信速率下保障位流采样的准确性，显著降低了高速传输场景下的误码率。同时，标准增加了对信号质量的量化评估方法，引入了更科学的眼图模板概念，便于设计与验证阶段的量化比较。（2）电磁兼容性能增强针对新能源汽车电磁环境的恶化趋势，新版标准系统地完善了EMC考核体系。在抗扰度方面，增加了对宽带噪声、窄带干扰及瞬态脉冲等多种干扰形态的考核频段与严酷等级；在辐射发射方面，收紧了150kHz至1GHz频率范围内的辐射限值要求，并细化了测量方法与布置规范。此外，标准还增加了对收发器共模扼流圈等外围EMC器件的选型指导，以帮助系统设计者从整体上优化网络方案的电磁兼容性能。（3）故障容错与网络管理能力提升为更好地支撑功能安全要求，新版标准强化了对物理层故障状态的检测、报告与恢复机制。具体而言，扩展了总线故障（对电源短路、对地短路、线间短路、线缆断线等）场景下的收发器行为要求，明确了在各类故障条件下收发器应维持或切换至的安全状态（如Fail-Silent模式）。同时，标准增强了对总线脱离（Bus-off）恢复策略的指导，在时间参数方面给出了更精细的容差控制要求，保障了网络从瞬态故障中快速恢复的能力。（4）拓扑支持与系统级设计指导面对新型网络拓扑的涌现，新版标准补充了对总线长度、节点分支长度（StubLength）、节点间距与通信速率之间关系的指导性内容。在传统线性拓扑的基础上，增加了对星形及混合型拓扑中信号传输特性的讨论，明确了在有源星形耦合器应用中收发器的附加要求。此外，标准还提供了PCB布局布线、线缆选型、接地策略等工程实现层面的最佳实践，形成了从器件级到系统级的完整技术规范链条。四、标准的主要参与制定单位介绍ISO11898-2:2024的制修订工作汇聚了全球范围内汽车制造企业、半导体芯片厂商、线缆连接器供应商以及科研机构的顶尖技术力量。其中，德国博世（Bosch）公司作为CAN总线技术的发明者和持续推动者，在该标准的制定过程中发挥了不可替代的主导作用——从其位于斯图加特的总部研发团队到全球各分部的应用工程师，博世多名专家承担了标准起草组（项目组）的召集人或技术编辑角色。博世公司在CAN技术领域拥有超过四十年的深厚积累，其CAN收发器IP核长期被全球主要汽车半导体厂商广泛授权使用。在此次标准修订过程中，博世牵头组织了多项针对高速传输信号完整性的实验室比对测试，联合多家芯片厂商和整车企业完成了对信号质量参数提案的验证；同时，博世基于其在功能安全领域的系统级经验，积极参与了故障容错相关条款的讨论与起草，在标准文本的严谨性方面做出了突出贡献。除博世外，恩智浦（NXP）、英飞凌（Infineon）、德州仪器（TI）等全球主要车载收发器芯片供应商，以及大众、宝马、丰田等主要整车制造商的标准化技术专家也深度参与了各项技术指标的论证与协调工作。此外，连接器与线缆制造商（如泰科电子TEConnectivity、莱尼LEONI等）以及高校和科研机构亦为标准中的系统级指导内容提供了大量实验数据支持。正是上述产学研各方的通力协作，才保障了该标准在技术先进性、产业适用性和国际协调性三个维度的均衡统一。五、标准实施的产业影响与应用前景5.1对汽车电子产业链的影响ISO11898-2:2024的发布实施将对车载半导体、线缆连接器、电子控制单元（ECU）及整车制造等产业链各环节产生深远影响。在半导体层面，新版标准中更为严格的时序指标与EMC要求将促使收发器芯片设计厂商进行新一轮产品迭代升级，推动芯片在更先进工艺节点上的演进布局。在ECU层面，标准的实施将促使电子控制单元的硬件设计团队对物理层电路原理图、PCB布局布线及外围器件选型进行重新审视，推动设计规范的迭代更新。在整车层面，新标准为整车电子电气架构的规划提供了更清晰的物理层能力边界，有利于架构设计师在方案前期即做出更为科学与合理的通信网络选型决策。5.2对智能网联汽车技术发展的支撑作用智能网联汽车是当前全球汽车产业技术竞争的战略制高点。ISO11898-2:2024作为车载高速有线通信的物理层基础标准，其发布将从以下维度有力支撑智能网联汽车的技术发展：-面向自动驾驶的高可靠通信：高级别自动驾驶系统对通信链路的安全性要求极高，新版标准在故障容错、EMC抗扰等方面的强化，为自动驾驶控制数据的可靠传输提供了更坚实的物理层保障。-支撑域集中式架构落地：在新一代域集中式电子电气架构中，域控制器内部及域间通信大量采用CANFD乃至CANXL等高速扩展协议，新版标准在高速信号质量方面的提升为这些高带宽应用场景奠定了传输基础。-促进车载多协议融合组网：车载以太网正逐步渗透至诊断、娱乐及部分ADAS数据通路，而CAN系列在安全关键域的不可替代性使其将与以太网长期共存。新版标准明确了高速CAN物理层的性能上限与适配条件，为整车多协议混合组网的方案选型提供了技术依据。5.3标准实施的预期经济社会效益从经济效益维度来看，ISO11898-2:2024通过对物理层技术要求的统一和明确，有助于降低产业链各环节的适配与验证成本，加速新产品研发周期。从社会效益维度来看，物理层性能的提升与EMC指标的完善，将直接提升车载网络在实际道路电磁环境下的通信可靠性，降低因通信异常引发的安全风险，对提升道路交通安全水平具有积极的公共价值。六、结论与展望ISO11898-2:2024《道路车辆——控制器局域网（CAN）——第2部分：高速物理介质连接（PMA）子层》的发布，标志着CAN物理层技术在历经数十年的持续演进后实现了又一次重要跃迁。本标准的修订工作以智能网联汽车时代对通信速率、可靠性、安全性及电磁兼容性的更高需求为导向，在信号质量、EMC性能、故障容错及拓扑支持等方面实现了系统性的技术升级，为CAN协议在未来的长期服役提供了坚实的物理层基础。当前，ISO/TC22/SC31正在同步推进CANXL（ExtraLong）物理层规范的研究与制定工作，预计将实现10Mbit/s以上的数据段传输速率。同时，随着车载以太网技术的成熟与普及，如何实现CAN系列与以太网在物理层的高效融合与协同，也将是未来标准化工作的重要方向。可以预见，ISO11898-2:2024所确立的技术基线将持续影响未来相当长一段时期内车载有线通信系统的设计与开发实践。参考文献[1]ISO11898-2:2024,Roadvehicles—Controllerareanetwork(CAN)—Part