電子技術(shù)為解決汽車所面臨的諸多問題提供了最佳方案。汽車電子化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志。隨著信息技術(shù)的發(fā)展, 汽車已經(jīng)逐步進入電腦控制時代。從電控噴油、電子點火、自動變速到ABS、電子轉(zhuǎn)向助力，從巡航自控，到通信導(dǎo)航、移動辦公、車載娛樂等，汽車電子系統(tǒng)在整車中所占的比重正逐年增大，其成本在汽車整車成本中所占比例也正逐步提高。所有汽車創(chuàng)新的80%以上、以及高端汽車總體制造成本的23%都來自汽車電子。汽車電子對提高汽車的動力性、經(jīng)濟性、安全性，改善汽車行駛穩(wěn)定性和舒適性，對推動汽車工業(yè)以及電子工業(yè)的技術(shù)發(fā)展具有重要作用。

汽車電子始于上世紀(jì)五十年代的電子管收音機，六十年代有了電控噴油與變速器電子控制裝置，七十年代出現(xiàn)了電子點火、電子控制防抱死制動系統(tǒng)；八十年代已初步形成汽車電子控制技術(shù)，出現(xiàn)了微機控制的汽車儀表系統(tǒng)，到九十年代美國通用、福特等公司生產(chǎn)的汽車全部采用電控汽油噴射，標(biāo)志著汽車電子控制技術(shù)已走向成熟。而現(xiàn)代汽車電子發(fā)展的重要方向是將計算機、控制、通信、電子傳感器等技術(shù)融入汽車，使汽車由傳統(tǒng)意義上的機械產(chǎn)品向機電一體化、向自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的高新技術(shù)方向發(fā)展。現(xiàn)在汽車上已裝有上百個各類傳感器，某些高端汽車上單臺車使用的CPU個數(shù)已達到幾十甚至上百個。在使汽車更加自動化的基礎(chǔ)上，開始著手解決汽車與社會融為一體的相關(guān)問題，因而使得網(wǎng)絡(luò)在汽車電子系統(tǒng)中的地位與作用日漸突出。

當(dāng)汽車內(nèi)部電子設(shè)備之間采用傳統(tǒng)的一對一連線方式時，電子設(shè)備的數(shù)量增加將導(dǎo)致連線大幅度增長。有資料表明，1955年汽車制造中的連線長度是45米，而今天高端車內(nèi)的接線已經(jīng)超過了4000米。連線增加致使車輛重量隨之增加，并削弱車輛性能。為適應(yīng)汽車電子設(shè)備迅速增加的應(yīng)用需要，汽車電子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生。

在汽車電子網(wǎng)絡(luò)中，各電子設(shè)備之間采用數(shù)字式串行通信，一對總線上掛接多個設(shè)備。這種網(wǎng)絡(luò)連接方式可以節(jié)省大量線纜，簡化車內(nèi)連線，有資料表明，一臺寶馬車僅由于4個車門采用網(wǎng)絡(luò)式接線，便可在增加功能的同時使車輛重量減少15公斤。同時還能使車內(nèi)的電子設(shè)備在分布式應(yīng)用中共享信息與資源。

汽車電子網(wǎng)絡(luò)不僅只改變電子設(shè)備間點對點的連線方式，而且正在改變著汽車部件。分布式電子系統(tǒng)一旦真正替代了機械與液壓系統(tǒng)，將使汽車部件及其工作方式發(fā)生重要變化。車輛將變得更輕。更便宜、更安全、更節(jié)能。發(fā)展。汽車電子網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為支撐汽車上測量、控制、通信、娛樂、辦公設(shè)備運行的重要工具。

2． 汽車電子網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

汽車電子網(wǎng)絡(luò)初現(xiàn)于上世紀(jì)八十年代。歷經(jīng)近年來的快速發(fā)展，已經(jīng)形成了連接車內(nèi)傳感器、儀表、各部件的電控單元ECU、以及通信、導(dǎo)航、娛樂、移動辦公等電子設(shè)備的多功能多層次混合網(wǎng)絡(luò)。圖1為汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖?？梢钥吹剑依藦牡退俚礁咚?、從電纜到光纖，從有線到無線，從離散ECU到中央智能控制，從傳感、顯示到操作，從車載娛樂到通信、導(dǎo)航的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)以IEEE1394b作為汽車內(nèi)部的高速主干網(wǎng)段，其傳輸速率最高可達千兆位。車內(nèi)的數(shù)據(jù)庫、人機界面、計算機、導(dǎo)航系統(tǒng)等要求信息交換量大的電子設(shè)備都可以成為該網(wǎng)段的成員。1394b網(wǎng)段的一側(cè)通過網(wǎng)關(guān)連接到汽車的控制網(wǎng)段LIN和CAN，控制網(wǎng)段主要用于連接汽車部件中的傳感器、執(zhí)行器、各類ECU等，屬于汽車網(wǎng)絡(luò)中的低速網(wǎng)段，其典型的傳輸速率只有20K、125K、250Kbps；1394b網(wǎng)段的另一側(cè)通過網(wǎng)關(guān)連接到汽車內(nèi)部面向多媒體的網(wǎng)段MOST，其傳輸速率為25Mbps。主要用于連接車載娛樂系統(tǒng)中CD、DVD一類的音頻視頻設(shè)備。此外1394b網(wǎng)段還可通過藍牙無線網(wǎng)關(guān)，以短距離無線通信的方式，與車內(nèi)的藍牙設(shè)備通信。汽車作為交通工具，還可通過遠距離無線通信的方式，如借助全球移動通信系統(tǒng)GSM，解決其移動中與社會溝通信息的需要。

圖1. 汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖

3． 汽車電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介

下面簡要介紹幾種用于汽車電子的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

3．1 IDB( Intelligent Transportation Systems Data Bus) IDB即智能交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。其主要技術(shù)特色是致力于汽車電子部件的即插即用，無需針對對不同構(gòu)造重新設(shè)計產(chǎn)品。智能交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線由世界范圍的汽車制造商組織Automotive Multimedia Interface Collaboration, 負(fù)責(zé)制定這個規(guī)范, 以支持如數(shù)字收音機、數(shù)字電視、車載電話、PC機和導(dǎo)航系統(tǒng)等高帶寬設(shè)備。該規(guī)范首先認(rèn)可IDB-C（CAN）作為低速網(wǎng)絡(luò)，其音頻總線可選，并選擇了MOST和IDB-1394b作為高速網(wǎng)。而IDB-1394b正是基于IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE1394b是車內(nèi)信息與音視娛樂設(shè)施的總線解決方案，它采用光纖或非屏蔽的5類雙絞線電纜作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)。光纖的優(yōu)點是可以把電磁干擾降低到最低，而5類雙絞線則可以降低節(jié)點費用，設(shè)計者可以根據(jù)應(yīng)用需要在這兩者之間權(quán)衡選擇。

3．2 LIN （Local Interconnect Network）

LIN是用于連接智能傳感器、執(zhí)行器的低成本串行通信總線。由主要汽車制造商和半導(dǎo)體生產(chǎn)商共同開發(fā)。其標(biāo)準(zhǔn)的1.0版本于1999年6月創(chuàng)建，到2000年11月制定了LIN標(biāo)準(zhǔn)版本1.3。 它遵從ISO-9141標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)傳輸速率為20Kbps,這是因電磁干擾原因受限的許多應(yīng)用可接受的速度。

LIN基于SCI（串行通信接口）/UART（通用異步接收發(fā)送）硬件接口。屬于低速、單線總線通信系統(tǒng)。從節(jié)點可以不帶振蕩器。它采用單主多從的組織結(jié)構(gòu)和主從式時間觸發(fā)協(xié)議，多節(jié)點可同步接收。報文幀的長度在0~8字節(jié)之間可選。具有求和校驗和檢錯機制，能判斷出網(wǎng)絡(luò)中的故障節(jié)點。在汽車內(nèi)部構(gòu)成分布式電子系統(tǒng)，用于汽車座椅、門鎖、頂蓬、雨刷、門鏡等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸與操作。

3.3. CAN（Controller Area Network）

ＣＡＮ是控制局域網(wǎng)的簡稱，是德國Ｂｏｓｃｈ公司在１９８６年為解決現(xiàn)代汽車中眾多測量控制部件之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。已經(jīng)被列入ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)，為ISO11898。今天，CAN已成為多個行業(yè)數(shù)據(jù)通信的主流技術(shù)。據(jù)有關(guān)資料介紹，2000年售出的CAN節(jié)點數(shù)多達108個。

CAN采用多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，節(jié)點不分主從，通信方式靈活。網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求。CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了總線沖突仲裁時間。它通過報文濾波實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等方式傳送接收數(shù)據(jù)。

CAN的直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達1Mbps(此時通信距離最長為40m)。在汽車電子網(wǎng)絡(luò)中采用CAN總線時的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為125K或250Kbps。CAN總線上的節(jié)點數(shù)主要決定于總線驅(qū)動電路，目前可達110個；CAN2.0A的報文標(biāo)識符可達2032種，而CAN2.0B的報文標(biāo)識符幾乎不受限制。CAN節(jié)點具有出錯檢測、標(biāo)定和在錯誤嚴(yán)重情況下的自動關(guān)閉輸出功能。CAN器件可被置于無任何內(nèi)部活動的睡眠方式，其通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，汽車網(wǎng)絡(luò)中的CAN總線大都采用屏蔽雙絞線。

CAN屬于封裝在芯片內(nèi)的協(xié)議，占據(jù)ISO/OSI參考模型的物理層數(shù)據(jù)鏈路層，已在汽車電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，已成為歐洲汽車制造業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動機的定時、注油控制，加速、剎車控制（ASC）及復(fù)雜的抗鎖定剎車系統(tǒng)（ABS）等。由于這些控制需檢測及交換大量數(shù)據(jù)，采用硬接信號線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，而引入CAN通信技術(shù)，組成汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，可以使上述問題便得到解決。世界上一些著名的汽車制造廠商如BENZ（奔馳）、BMW（寶馬）、PORSCHE（保時捷）ROLLS-ROYCE（羅斯萊斯）JAGUAR（美洲豹）等都已開始采用CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。

3．4 TT-CAN （Time-Triggered CAN）

TT-CAN是在2003年新近對CAN擴展后形成的。它在 CAN 的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層上添加了一個會話層。其中的時間觸發(fā)協(xié)議主要是為滿足實時分布式系統(tǒng)的實時性要求而設(shè)計的，并具有容錯能力。目前正由ISO負(fù)責(zé)開發(fā)TTCAN，許多主要的汽車與半導(dǎo)體制造商也參與其中。通過TTCAN實現(xiàn)時間觸發(fā)與時分多用混合調(diào)度，同時還提供事件觸發(fā)通信。TT-CAN準(zhǔn)備用于替代機械和液壓式制動與操縱系統(tǒng)，構(gòu)成發(fā)動機管理系統(tǒng)，傳動與底盤控制系統(tǒng)。

3．5 SAE J1939

美國汽車工程師協(xié)會的SAE J1939是在CAN的基礎(chǔ)上擴展形成的，其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層基本上沿用了CAN規(guī)范，并增加了網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范。相對CAN而言，SAE J1939是一個更為完整的、適用于汽車電子網(wǎng)絡(luò)的解決方案。CAN只包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，是一個封裝在通信控制器芯片內(nèi)的通信規(guī)范，而SAE J1939則是汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用規(guī)范。它包括250Kbps, 雙絞線物理層規(guī)范，網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范、車輛應(yīng)用層、虛擬終端應(yīng)用層、診斷應(yīng)用及診斷連接器等部分。用于 卡車、公共汽車的控制與通信網(wǎng)絡(luò)

3．6 Byteflight與FlexRay

Byteflight屬于一種柔性時分多用協(xié)議TDMA（Time-Division Multiple-Access）。主要用于與安全相關(guān)的設(shè)備，如氣囊、安全帶等，也可用于中控鎖、電動窗、座椅移動等車身控制。Byteflight是具有許多X-by-wire 特點的高性能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

FlexRay是為高速率數(shù)據(jù)傳輸和高級控制應(yīng)用而設(shè)計的故障容錯協(xié)議。主要特點有全局時間同步，實時數(shù)據(jù)傳輸、時間觸發(fā)通信。正在制定中的FlexRay協(xié)議將與Byteflight兼容。

3．7 MOST(Media-Oriented Systems Transport)

由于車載多媒體設(shè)備，如DVD、CD播放器，數(shù)字電視等都要求具有比控制網(wǎng)絡(luò)更大的同步帶寬，并希望滿足移動通信的需要，因而需要開發(fā)面向多媒體的專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。MOST屬于其中之一。鑒于汽車內(nèi)部強電磁干擾環(huán)境等原因，在面向多媒體的車載高速數(shù)字通信技術(shù)的開發(fā)中，光纖網(wǎng)絡(luò)受到青睞。

MOST 由Oasis推出，包括奧迪、寶馬、貝克、克萊斯勒在內(nèi)的50多家汽車制造商參與開發(fā)。MOST屬于光纖網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具備較強的數(shù)據(jù)流能力，通信傳輸速率為25Mbps，用于車載多媒體、個人計算機、導(dǎo)航系統(tǒng)等的連接。

同樣用于車載多媒體系統(tǒng)的另一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是D2B（Domestic Data Bus），1992年前由Philip 和Matsushita開發(fā)。其通信傳輸速率為12Mbps。D2B主要用于音-視頻通信、計算機外設(shè)、車載多媒體應(yīng)用。奔馳S級車已采用D2B光纖總線將車載收音機、CD機、電視、電話、自動駕駛儀、語音識別應(yīng)用系統(tǒng)等連接成網(wǎng)絡(luò)。

MML （Mobile media link:）也用于音頻視頻設(shè)備、功放、游戲、導(dǎo)航地圖、顯示器等設(shè)備間的數(shù)據(jù)與控制信息交換。MML由Delphi開發(fā)，并有IBM、Sun Microsystem 、Netscape參與。已經(jīng)在概念車上得到應(yīng)用。

3．8 Bluetooth

由移動通信與移動計算公司聯(lián)合推出的藍牙（Bluetooth）是一種發(fā)展十分迅速的短距離無線通信技術(shù)。其小功率設(shè)備支持的通信距離可達10米，適合在車內(nèi)使用。

藍牙采用短距離無線連接技術(shù)替代專用電纜連接。將藍牙微芯片嵌入蜂窩電話、便攜電腦、個人數(shù)字助理、數(shù)字多媒體等設(shè)備內(nèi)部，在這些“長了藍牙”的設(shè)備之間，建立起低成本、短距離的無線連接，取消了設(shè)備之間不方便的連線。藍牙規(guī)定了4種物理接口：通用串行總線USB、EIA-232、PC卡、和通用異步收發(fā)器UART接口。藍牙使用跳頻（Frequency Hopping）、時分多用（Time Division Multi-Access）和碼分多用（Code Division Multi-Access）等先進技術(shù)，來建立多種通信與信息系統(tǒng)之間的信息傳輸。藍牙工作在2.4GHz的頻段上，支持點對點、一點對多點的通信。異步數(shù)據(jù)通信的最大傳傳輸速率為721Kbps。

采用藍牙技術(shù)可為整合汽車內(nèi)部的免提電話，便攜式DVD、CD、MP3、筆記本電腦、以及診斷設(shè)備等接口提供統(tǒng)一方便的連接方式。

4． 網(wǎng)絡(luò)化是汽車電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢

汽車電子化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志，而網(wǎng)絡(luò)化則是汽車電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。人們要求汽車本身更加自動化、智能化，要求在車上如同在家一樣使用電腦、通信設(shè)備和其它電器。汽車內(nèi)部電子設(shè)備數(shù)量的急劇增加必然導(dǎo)致汽車電子技術(shù)走上網(wǎng)絡(luò)化之路，在汽車內(nèi)部形成多層次的混合網(wǎng)絡(luò)，使汽車成為IT技術(shù)的新載體。

從以上介紹可以看到，現(xiàn)有汽車電子網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀已是網(wǎng)段種類繁多，所形成的行業(yè)和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)各異。而通信協(xié)議與應(yīng)用規(guī)范是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心。我國到目前為止還沒有自己的汽車電子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，國產(chǎn)汽車距網(wǎng)絡(luò)化還有一定距離。需要提升我國汽車電子的技術(shù)水平。并在我國汽車電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展初期就開始注重網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建設(shè)。參照國際主流技術(shù)和中國國情，逐步建立與完善我國自己的汽車電子網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，以適應(yīng)汽車電子網(wǎng)絡(luò)對部件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，適應(yīng)我國汽車制造業(yè)技術(shù)走向世界的迫切需要。

（轉(zhuǎn)載）