汽車不再是消費(fèi)者心目中簡單的代步工具。安全性、舒適性、智能化成為消費(fèi)者對現(xiàn)代汽車提出的進(jìn)一步訴求，而這些都是和汽車電子控制技術(shù)密不可分。加強(qiáng)汽車電子控制是汽車工業(yè)的重要目標(biāo)之一，也成為汽車業(yè)者實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化的主要手段；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)化更是當(dāng)今和未來汽車的發(fā)展主向。由于汽車上的電子裝置數(shù)量的急劇增多，汽車電氣系統(tǒng)變得日益復(fù)雜。各種汽車電子裝置的出現(xiàn)對汽車的綜合布線與信息交互也提出了更高的要求。

傳統(tǒng)電氣節(jié)點(diǎn)大多采用點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式，缺乏信息共享的同時(shí)也造成龐大的布線系統(tǒng)。這無論是從成本、維護(hù)和工作效率的角度來看都是不合算的。為了減少連接導(dǎo)線的數(shù)量和重量，網(wǎng)絡(luò)/總線技術(shù)在此期間有了很大的發(fā)展。通訊線將各種汽車電子裝置連接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送和接收信息。電子裝置除了獨(dú)立完成各自的控制功能外，還可以為其它控制裝置提供數(shù)據(jù)服務(wù)。由于使用了網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)，簡化了布線，減少了電氣節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和導(dǎo)線的用量，使裝配工作更為簡化，同時(shí)也增加了信息傳送的可靠性。通過數(shù)據(jù)總線可以訪問任何一個(gè)電子控制裝置，讀取故障碼對其進(jìn)行故障診斷，使整車維護(hù)/修工作變得更為簡單。

美國汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)車輛網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SAE J2057將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)劃分為A、B、C三類。但新的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不斷推出，已經(jīng)很難把所以這些汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議按照SAE J2057定義歸類劃分。現(xiàn)在一般按照其網(wǎng)絡(luò)功能分為：車身控制網(wǎng)絡(luò)、車載數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、信息/多媒體網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、安全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等。不同汽車廠商在實(shí)現(xiàn)相同功能時(shí)候可能使用不同之技術(shù)。不同類型/速率的網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)全部節(jié)點(diǎn)之間的信息共享。

車用總線技術(shù)種類繁多，汽車網(wǎng)絡(luò)化的趨勢使得CAN、LIN、FlexRay、MOST等網(wǎng)絡(luò)總線在汽車中應(yīng)用日趨升級(jí)。由于汽車不同的控制對象對信號(hào)傳輸有不同的要求，需要相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)總線控制，如車身控制應(yīng)用LIN總線，動(dòng)力系統(tǒng)和安全系統(tǒng)應(yīng)用CAN、FlexRay總線，汽車多媒體應(yīng)用MOST等。下面將為你介紹最為流行的CAN、LIN、FlexRay和MOST等汽車網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)。

1. CAN總線

CAN是“Controller Area Network”的縮寫，意即“控制器局域網(wǎng)”。它是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN最初出現(xiàn)在1983年的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司提出。當(dāng)時(shí)，由于消費(fèi)者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，同時(shí)意味著需要更多的連接信號(hào)線。提出CAN總線的最初動(dòng)機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的線束。于是，Bosch公司的工程師們設(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年，CAN 已成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519(低速應(yīng)用)。

CAN是一種多主(Multi-master)串行通訊總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。CAN通信方法是“基于報(bào)文”而非“基于地址”的，即網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過報(bào)文識(shí)別碼來決定是否接受該數(shù)據(jù)。因此，一個(gè)由CAN 總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)同時(shí)也可以向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出請求，例如引擎管理單元可在網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)候請求低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)，例如引擎溫度、油壓等，從而減輕總線的負(fù)擔(dān)。CAN總線和以太網(wǎng)總線有相同之處，即都利用了CSMA/CD機(jī)制，但以太網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同的總線訪問權(quán)，因而以太網(wǎng)總線不適于做實(shí)時(shí)控制。CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)50Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。目前在汽車應(yīng)用中的可根據(jù)流量性質(zhì)的不同，使用兩條獨(dú)立的CAN總線。

第一條CAN總線應(yīng)用于車身控制網(wǎng)絡(luò)，它的功能是控制乘客的舒適系統(tǒng)，因此該網(wǎng)絡(luò)主要處理多種無序或以非規(guī)律頻率出現(xiàn)的消息標(biāo)示符。另一條CAN總線應(yīng)用于汽車動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)(powertrain network)，它的功能是傳輸與引擎和傳動(dòng)控制有關(guān)的消息，這些待處理信息的類型相對單一，但出現(xiàn)的頻率卻非常快，也非常有規(guī)律。由于需要處理的信息類型的不同，導(dǎo)致兩種網(wǎng)絡(luò)在硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也大相徑庭�？偟膩碚f，車身控制網(wǎng)絡(luò)的CAN在速率上遠(yuǎn)低于動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)的CAN。但車身控制網(wǎng)絡(luò)CAN的技術(shù)含量要高于動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)CAN，因?yàn)檐嚿砜刂艭AN系統(tǒng)中使用了網(wǎng)絡(luò)管理的方法，實(shí)現(xiàn)了單線工作。

自1989年Intel率先開發(fā)出CAN控制器芯片，目前世界上已經(jīng)擁有20多家CAN總線控制器芯片生產(chǎn)商，110多種獨(dú)立的(Stand-alone)CAN控制器芯片和集成CAN控制器的MCU。欲了解更多有關(guān)CAN的專業(yè)知識(shí)和產(chǎn)品信息，請登陸www.kvaser.com專業(yè)網(wǎng)站和www.can-cia.org官方網(wǎng)站查詢。

在北美和西歐，汽車CAN總線技術(shù)已經(jīng)成熟，采用總線系統(tǒng)的車輛有Benz、BMW、大眾、勞斯萊斯、Jaguar、Volvo等。國內(nèi)完全引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的Audi A6車型已于2000年起采用總線替代原有線束，Passat、Bora、Polo、FIAT Palio和Siena等車型也都不同程度地使用了總線技術(shù)。但總的來說，目前CAN總線技術(shù)在我國汽車工業(yè)中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線設(shè)計(jì)。

2. LIN
 
LIN (本地互連網(wǎng)絡(luò)) 由ACEA(歐洲汽車制造商協(xié)會(huì))設(shè)計(jì)，是一種基于SCI、UART串行接口的單主(節(jié)點(diǎn))多從(節(jié)點(diǎn)) 的低成本短距離低速網(wǎng)絡(luò)。目前，LIN聯(lián)盟的支持廠家包括國際汽車巨頭如BMW、Volvo、Audi、Benz等，這也代表了未來車身電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。

LIN最早是為汽車傳感器和制動(dòng)器(Actuator)的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而開發(fā)的，旨在傳送開關(guān)設(shè)置和傳感器輸入等狀態(tài)的變化，并對這類變化做出響應(yīng)，因此可用于傳送發(fā)生時(shí)間約為幾分之一秒的事件，并不適用于汽車應(yīng)用中的高速事件(如引擎管理)。LIN總線可以像I2C那樣通過一個(gè)電阻上拉到高電平，而每個(gè)節(jié)點(diǎn)又可以通過集電極開路驅(qū)動(dòng)器將總線拉低；也可以像RS232那樣通過起始位和停止位標(biāo)識(shí)字節(jié)，每一位在時(shí)鐘上異步傳輸。

由于LIN網(wǎng)絡(luò)瞄準(zhǔn)的是低端應(yīng)用，所以LIN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通訊成本都必須大大低于CAN節(jié)點(diǎn)，且無需CAN的高性能、高帶寬和多功能。LIN相對于CAN的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸雙向傳輸、硅片中硬件或軟件的低成本實(shí)現(xiàn)，以及采用RC振蕩電路的MCU而無需在從屬節(jié)點(diǎn)中使用石英或陶瓷振蕩器。

LIN是現(xiàn)有汽車多重傳輸網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，因?yàn)槠囍圃焐虒Σ煌膽?yīng)用使用不同的總線系統(tǒng)。例如動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)多數(shù)采用CAN總線來連接，而通訊不太密集的應(yīng)用則使用LIN協(xié)議。典型的LIN總線應(yīng)用是汽車中的聯(lián)合裝配單元如車門、方向盤、座椅、空調(diào)、照明、濕度傳感器、交流發(fā)電機(jī)或RF接收器等。對于這些成本比較敏感的單元，LIN 可以使那些機(jī)械組件如智能傳感器、制動(dòng)器或光敏器件得到較廣泛的使用。這些組件可以很容易的連接到汽車網(wǎng)絡(luò)中，并接入各種類型的診斷和服務(wù)。在LIN 實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)中，通常用數(shù)字信號(hào)替換模擬信號(hào)而使總線性能得到優(yōu)化。

隨著控制目標(biāo)的數(shù)量和復(fù)雜性的增加，由CAN/LIN總線組成的分布式控制系統(tǒng)越來越受歡迎。因此，對具有CAN/LIN總線接口的MCU、功率驅(qū)動(dòng)器件和執(zhí)行電子機(jī)械構(gòu)件的車身電子產(chǎn)品將有巨大需求。汽車電子MCU供應(yīng)商中，F(xiàn)reescale、Phillips、NEC、Renesas、Toshiba、Siemens等的產(chǎn)品都提供對CAN、LIN總線的支持。

3. FlexRay

FlexRay聯(lián)盟由汽車廠商和半導(dǎo)體廠商組成，目標(biāo)為制定滿足人們對能夠與汽車中復(fù)雜度不斷增加的電子裝置相適應(yīng)的、性能更高的汽車總線的需求。其主要會(huì)員包括BMW、Chrysler、GM、Motors、大眾等汽車廠商以及Bosch、Motorola、Phillips、Atmel、Infineon和Fujitsu等半導(dǎo)體和系統(tǒng)商。作為靈活的通訊系統(tǒng)，F(xiàn)lexRay能夠滿足未來先進(jìn)汽車下一代汽車應(yīng)用或“線控”應(yīng)用的高速網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的需要。

FlexRay支持雙信道通信，每個(gè)信道的速率達(dá)到10Mbps。雙通信信道主要用來實(shí)現(xiàn)冗余，但并不是所有消息都必須冗余傳輸，這就避免了帶寬的過多損耗。與CAN協(xié)議相比，它能將可用帶寬提高10~40倍。FlexRay具有如此高的數(shù)據(jù)速率，因而非常適合于汽車骨干網(wǎng)絡(luò)，用于連接多個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)。隨著豐田、日產(chǎn)、本田、現(xiàn)代以及起亞等主要亞洲汽車生產(chǎn)商的加入，F(xiàn)lexRay進(jìn)一步加強(qiáng)了其創(chuàng)建針對汽車線控操作(X-by-wire)技術(shù)通用標(biāo)準(zhǔn)上所做的努力。此外，F(xiàn)lexRay還能讓汽車實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全，并通過智能駕駛輔助系統(tǒng)獲得新的舒適性。

FlexRay不僅能簡化汽車電子和通信系統(tǒng)架構(gòu)，同時(shí)還可幫助汽車電子單元變得更加穩(wěn)定和可靠。FlexRay中使用的訪問方法是基于同步時(shí)鐘的。該時(shí)鐘通過協(xié)議自動(dòng)建立和同步，并提供給應(yīng)用。在FlexRay網(wǎng)絡(luò)中，特定消息在通信周期中擁有固定位置，因此接收器可以提前知道了消息到達(dá)的時(shí)間。此外，F(xiàn)lexRay提供了大量配置參數(shù)，可以支持對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，如通信周期的持續(xù)時(shí)間、消息長度等，以滿足特定應(yīng)用的需求。
FlexRay是嚴(yán)格實(shí)時(shí)要求的分布式控制系統(tǒng)的首選技術(shù)，并可補(bǔ)充CAN、LIN和MOST等主要車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)據(jù)速率要求超過CAN的應(yīng)用中，人們現(xiàn)在同時(shí)使用了兩條或多條CAN總線。FlexRay或許會(huì)成為替代這種多總線解決方案的技術(shù)。但就目前而言，CAN仍然是汽車電子控制中使用最廣泛、可靠性最高的總線。而FlexRay由于成本還很高，實(shí)際應(yīng)用不多。

4. 車載媒體總線

為適應(yīng)未來汽車多媒體娛樂系統(tǒng)發(fā)展的需要，未來車載DVD、導(dǎo)航系統(tǒng)、音響、顯示器等將通過數(shù)據(jù)總線集成在一起，以傳輸移動(dòng)圖像，這也就需要傳輸速率更高、更快的網(wǎng)絡(luò)總線。這些車載媒體總線也很多，主流的有MOST、IDB-1394、D2B、藍(lán)牙。

D2B(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線)技術(shù)于20世紀(jì)80年代后期由Philips、Sony、Matsushita等公司共同開發(fā)，1992年，被Honda、Alpine公司應(yīng)用于汽車的多媒體控制系統(tǒng)中。D2B技術(shù)使汽車變成了一個(gè)流動(dòng)的多媒體工具。但是D2B的速度還是太慢，因而在1998年，Audi、BMW等公司又聯(lián)合開發(fā)了MOST協(xié)議。

MOST(Media Oriented Systems Transport)，以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)CD、GPS和TV等媒體裝置之間的信息共享。MOST是基于光纖的通信協(xié)議，傳輸速率為24.8Mbps，最高可達(dá)50Mbps，在設(shè)備層具有很高的可靠性和可擴(kuò)充性，同時(shí)還可完全支持實(shí)時(shí)音頻和壓縮視頻。BWM目前在業(yè)界率先采用了MOST協(xié)議，Chrysler等歐洲汽車制造商也計(jì)劃采用該協(xié)議。

與歐州汽車制造商MOST陣營相對應(yīng)的是IDB-1394。盡管IDB-1394標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)正在制定之中，但由于它能夠兼容IEEE1394，因而吸引了大量汽車廠商，尤其是日本車系。隨著藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，短距點(diǎn)對點(diǎn)通訊的藍(lán)牙技術(shù)在汽車中尋求到了發(fā)展空間，其相對低廉的成本和簡便的使用方法得到汽車業(yè)界的認(rèn)同。移動(dòng)電話與車內(nèi)媒體之間的信息交互成為藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)入汽車的突破點(diǎn)。

5. 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢

汽車總線技術(shù)的先進(jìn)性加速了汽車使用現(xiàn)代先進(jìn)電子技術(shù)的發(fā)展，提高了汽車的性能。汽車網(wǎng)絡(luò)化是大勢所趨。世界各大主要汽車廠商所制造汽車的車身網(wǎng)絡(luò)控制、底盤網(wǎng)絡(luò)控制和動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)控制的技術(shù)平臺(tái)均已建立。不斷提高各網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)安全性和可靠性的同時(shí)，全面采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)已成為各大廠商的追求。使用線控作為一項(xiàng)全新的汽車工程概念，必將促進(jìn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向高速、實(shí)時(shí)、容錯(cuò)方向發(fā)展。同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)完善的車內(nèi)辦公和娛樂功能，信息處理和多媒體網(wǎng)絡(luò)的帶寬必將越來越高。

多種汽車網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的存在，致使行業(yè)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，無形中增加了各車廠的制造成本。由于市場競爭的緣故，建立統(tǒng)一的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系將會(huì)是十分艱巨的。但隨著技術(shù)及應(yīng)用的發(fā)展，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)必然成為各汽車制造商、半導(dǎo)體廠商以及汽車電子系統(tǒng)商之間的取向。

總之，車載網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)未成熟，還有很大的發(fā)展空間。汽車網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展向汽車電子提出更高支持要求的同時(shí)也出現(xiàn)更多的需求。（本文編校于《無線電技術(shù)》，閱讀原文，請?jiān)L問http://www.wxdjs.com）