1 概述

自1980年起，眾多國際知名汽車公司開始積極致力于汽車網(wǎng)絡技術的研究及應用。汽車網(wǎng)絡的使用解決了點對點式車身布線帶來的問題，使車身布線（趨于）更規(guī)范化、標準化，降低了成本，增強了穩(wěn)定性。迄今為止，已有bosch的can、sae的j1850、iso的van、philips的d2b和lin協(xié)會的lin等多種網(wǎng)絡標準。為方便研究和設計使用，美國汽車工程師協(xié)會(sae)根據(jù)速率的不同，將汽車網(wǎng)絡劃分為a、b、c三類，如表1所列。

綜合考慮功能和位傳輸速率等因素，現(xiàn)有的汽車總線還包括多媒體信息系統(tǒng)總線、安全總線和診斷系統(tǒng)總線。

2 汽車網(wǎng)絡標準的具體分類

2.1 a類網(wǎng)絡標準

從目前的發(fā)展和使用情況來看，如表2所列，a類網(wǎng)的主要總線是ttp/a( time triggered protocol/a)和lin(local interconnect network)。

① ttp/a協(xié)議最初由維也納工業(yè)大學制定，為時間觸發(fā)類型的網(wǎng)絡協(xié)議，主要應用于集成了智能變換器的實時現(xiàn)場總線。它具有標準的uart，能自動識別加入總線的主節(jié)點與從節(jié)點，節(jié)點在某段已知的時間內(nèi)觸發(fā)通信但不具備內(nèi)部容錯功能。

② lin是在1999年由歐洲汽車制造商audi、bmw、 daimlerchrysler、 volvo、 volkswagen和vct公司以及motorola公司組成的lin協(xié)會，共同推出的用于汽車分布式電控系統(tǒng)的開放式的低成本串行通信標準，從2003年開始使用。

lin是一種基于uart的數(shù)據(jù)格式、主從結(jié)構的單線12 v的總線通信系統(tǒng)，主要用于智能傳感器和執(zhí)行器的串行通信。從硬件、軟件以及電磁兼容性方面來看，lin保證了網(wǎng)絡節(jié)點的互換性，極大地提高了開發(fā)速度，同時保證了網(wǎng)絡的可靠性。

lin協(xié)議應用開發(fā)的熱點集中在美國、歐洲和日本。估計在未來10年，平均每輛車將有l(wèi)in節(jié)點20個左右。這樣全世界每年將生產(chǎn)12億個lin節(jié)點?？梢?，lin的應用存在著巨大的潛在市場，協(xié)議本身也會在不斷應用中得到完善。

總之，lin網(wǎng)絡已經(jīng)廣泛地被世界上的大多數(shù)汽車公司以及零配件廠商所接受，有望成為事實上的a類網(wǎng)絡標準。

2.2 b類網(wǎng)絡標準

b類網(wǎng)絡的使用情況如表3所列。從目前來看，主要應用的b類總線標準有三種：低速can、j1850和van。

① 1994年sae正式將j1850作為b類網(wǎng)絡標準協(xié)議。最早，sae j1850用在美國ford、gm以及chrysler公司的汽車中；現(xiàn)在，j1850協(xié)議作為診斷和數(shù)據(jù)共享被廣泛應用在汽車產(chǎn)品中。但是，j1850并不是一個單一標準。ford采用的j1850標準，其物理層與gm和chrysler公司使用的不同；而gm和chrysler公司在相同的物理層上又使用不同的數(shù)據(jù)幀格式，并且三個公司使用各自的消息協(xié)議。預計在2006年或2007年將停止使用，然后全部轉(zhuǎn)至can總線。

② van標準是iso于1994年6月推出的。它基于iso115193，主要為法國汽車公司所用。但目前就動力與傳動系統(tǒng)而言，甚至在法國也集中在can總線上。

③ can是德國bosch公司從20世紀80年代初，為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換問題而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，通信速率可達1 mbps。1991年首次在奔馳s系列汽車中實現(xiàn)。同年，bosch公司正式頒布了can技術規(guī)范，版本2 .0。該技術規(guī)范包括a和b兩部分。1993年11月，iso正式頒布了國際標準iso11898，為can的標準化、規(guī)范化鋪平了道路。此后，越來越多的北美和日本汽車公司也開始采用can網(wǎng)絡。1994年，美國汽車工程師協(xié)會卡車和巴士控制與通信子協(xié)會選擇can作為saej1939標準的基礎。低速can具有許多容錯功能，一般用在車身電子控制中；而高速can則大多用在汽車底盤和發(fā)動機的電子控制中。

綜上所述，can總線憑借其突出的可靠性、實時性和靈活性已從眾多總線中突顯出來，成為世界接受的b類總線的主流協(xié)議。

2.3 c類網(wǎng)絡標準

c類標準主要用于與汽車安全相關及實時性要求比較高的地方，如動力系統(tǒng)，所以其傳輸速率比較高，通常在125 kbps～1 mbps之間，必須支持實時的周期性參數(shù)傳輸。表4為c類網(wǎng)絡的使用情況。

目前，c類網(wǎng)絡中的主要協(xié)議包括高速can(iso118982)、正在發(fā)展中的ttp/c和flexray等協(xié)議。

① ttp/c協(xié)議由維也納工業(yè)大學研發(fā)，基于tdma的訪問方式。ttp/c是一個應用于分布式實時控制系統(tǒng)的完整的通信協(xié)議。它能夠支持多種容錯策略,提供容錯的時間同步以及廣泛的錯誤檢測機制,同時還提供節(jié)點的恢復和再整合功能。其采用光纖傳輸?shù)墓こ袒瘶悠匪俣葘⑦_到25 mbps。ttp/ c支持時間和事件觸發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸。ttp管理組織ttagroup成員包括奧迪、sa、renault、nec、ttchip、delphi等。

② flexray是bmw、daimler chrysler、motorola和philips等公司制定的功能強大的通信網(wǎng)絡協(xié)議。它是基于ftdma的確定性訪問方式，具有容錯功能及確定的通信消息傳輸時間，同時支持事件觸發(fā)與時間觸發(fā)通信，具備高速率通信能力。flexray采用冗余備份的辦法，對高速設備可以采用點對點方式與flexray總線控制器連接，構成星型結(jié)構，對低速網(wǎng)絡可以采用類似can總線的方式連接。

③ 歐洲的汽車制造商基本上采用高速can總線標準iso11898。總線傳輸速率通常在125 kbps~1 mbps之間。據(jù)strategy analytics公司統(tǒng)計，2001年用在汽車上的can節(jié)點數(shù)目超過1億個。然而，作為一種事件驅(qū)動型總線，can無法為下一代線控系統(tǒng)提供所需的容錯功能或帶寬，因為x-by-wire系統(tǒng)實時性和可靠性要求都很高，必須采用時間觸發(fā)的通信協(xié)議，如ttp/ c或flexray等。

就目前來說，can協(xié)議仍為c類網(wǎng)絡協(xié)議的主流，但隨著下一代汽車中引進x-by-wire系統(tǒng)，ttp/c和flexray將顯示出優(yōu)勢。它們之間的競爭還要持續(xù)一段時間，在未來的線控系統(tǒng)中，到底哪一種標準更具有生命力尚難定論。

2.4 診斷系統(tǒng)總線標準

故障診斷是現(xiàn)代汽車必不可少的一項功能。使用診斷系統(tǒng)的目的主要是為滿足obdii (on board diagnose)、 obdiii或eobd(europeanon board diagnose)標準。

obdii（on board diagnose）第2代隨車電腦診斷系統(tǒng)，由美國汽車工程學會1994年提出。1994年以來，美、日、歐一些主要汽車生產(chǎn)廠為了維修方便逐漸使用obdii隨車診斷系統(tǒng)。這一系統(tǒng)集故障自診斷系統(tǒng)軟硬件結(jié)構、故障代碼、通信方式系統(tǒng)、自檢測試模式為一體，具有監(jiān)視發(fā)動機微機和排放系統(tǒng)部件的能力。

2004年，美國gm、ford、dc三大汽車公司對乘用車采用基于can的j2480診斷系統(tǒng)通信標準。在歐洲，以往診斷系統(tǒng)中使用的是iso9141。它是一種基于uart的通信標準。從2000年開始，歐洲汽車廠商就已經(jīng)開始使用一種基于can總線的診斷系統(tǒng)通信標準iso15765。 iso15765是遵照iso142303及iso150315中有關診斷服務的內(nèi)容來制定的，因此，iso15765對于iso14230應用層的服務和參數(shù)完全兼容，但并不限于只用在這些國際標準所規(guī)定的場合。表5為診斷系統(tǒng)協(xié)議標準的使用情況。

目前，除了can網(wǎng)絡，lin協(xié)議也已經(jīng)成為汽車診斷的總線標準。

2.5 多媒體信息系統(tǒng)總線標準

汽車信息娛樂和遠程信息設備，特別是汽車導航系統(tǒng)，需要功能強大的操作系統(tǒng)和連接能力。目前主要應用的幾種總線協(xié)議如表6所列。

① most網(wǎng)絡是由德國oasis silicon system公司開發(fā)的。most技術針對塑料光纖媒體而優(yōu)化，采用環(huán)形拓撲結(jié)構，在器件層提供高度可靠性和可擴展性。它可以傳送同步數(shù)據(jù)（音頻信號、視頻信號等流動型數(shù)據(jù)）、非同步數(shù)據(jù)（訪問網(wǎng)絡及訪問數(shù)據(jù)庫等的數(shù)據(jù)包）和控制數(shù)據(jù)（控制報文及控制整個網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)）。most得到包括bmw、daimler chrysler、harman／becker和oasis公司的支持，已應用在多款車型上，如bmw7系列、audi a8、mercedes e系列等。

② idbc和idb1394總線以及標準接口由idb論壇負責管理。idbc基于can總線，目前已成為sae的標準，即sae2366；而idb1394則針對高速多媒體應用而設計。idb1394網(wǎng)絡采用光纖技術，允許1394兼容的便攜式消費電子設備能夠連接到汽車內(nèi)網(wǎng)絡并實現(xiàn)互操作。例如，zayante公司就為消費者市場提供1394物理層設備。最近與ford公司聯(lián)合進行的一項演示包括數(shù)碼視頻相機和sony play station tm2游戲機，以及2種視頻顯示器和一種dvd播放機的即插即用。與most相比，idb1394則最大限度地利用民用設備市場，通過將現(xiàn)有的部件應用到車載設備上，解決了成本問題。

③ d2b是針對多媒體數(shù)據(jù)通信的一種網(wǎng)絡協(xié)議，可集成數(shù)字音頻、視頻和其他高數(shù)據(jù)速率同步或異步信號，主要使用smart wiretm非屏蔽雙絞線對或單光纖。這種通信網(wǎng)絡由英國c&celectronics公司推動，并得到jaguar和mercedesbenz公司的支持。d2b旨在保持后向兼容的情況下與新技術一起演進。d2b基于一種開放式架構，僅使用一條聚合物光纖來處理車內(nèi)多媒體數(shù)據(jù)和控制信息，簡化了擴展，當在光纖環(huán)中增加一種新設備或功能時并不需要改變連接線纜。

④ 藍牙無線技術是一種用于移動設備和wan／lan接入點的低成本、低功耗的短距離射頻技術。藍牙標準描述了手機、計算機和pda如何方便地實現(xiàn)彼此之間的互連，以及與家庭和商業(yè)電話和計算機設備的互連。藍牙特殊興趣組的成員包括amic、bmw、daimler chrysler、 ford、 gm、 toyota和volkswagen。作為藍牙在汽車中應用的一個例子，johnson controls公司的免提手機系統(tǒng)“blue connect”，允許司機在雙手扶住方向盤的情況下，通過支持藍牙功能的手機保持聯(lián)系。

⑤ zigbee tm無線網(wǎng)絡在汽車上應用的解決方案是針對藍牙技術受車內(nèi)電磁噪聲影響的問題而提出的。zigbee可以工作在低于1 ghz與2.45 ghz的頻帶范圍，傳輸速率為250 kbps，主要應用范圍包括工業(yè)控制、家庭自動化、消費類應用以及潛在的汽車應用。日前，zigbee聯(lián)盟發(fā)布了首批成功完成互操作性測試的四款平臺。這些平臺將用來測試未來數(shù)月內(nèi)推出的zigbee產(chǎn)品，為zigbee在各領域的實際應用鋪平道路。

2.6 安全總線和標準

安全總線主要用于安全氣囊系統(tǒng)，以連接加速度計、安全傳感器等裝置，為被動安全提供保障。目前已有一些公司研制出了相關的總線和協(xié)議，包括delphi公司的safetybus和bmw公司的byteflight。

byteflight協(xié)議是由bmw、motorola、 elmos、 infineon等公司共同開發(fā)的，試圖用于安全保障系統(tǒng)。此協(xié)議基于靈活的時分多路tdma協(xié)議、以10 mbps的速率傳送數(shù)據(jù)，光纖可長達43 m。其結(jié)構能保證以一段固定的等待時間專門用于來自安全元件的高優(yōu)先級信息，而允許低優(yōu)先級信息使用其余的時段。這種決定性的措施對安全是至關重要的。

byteflight不僅可用于安全氣囊系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信，還可用于x-by-wire系統(tǒng)的通信和控制。bmw公司在其2001年9月推出的bmw 7系列車型中，采用了一套名為isis的安全氣囊控制系統(tǒng)，它是由14個傳感器構成的網(wǎng)絡，利用byteflight來連接和收集前座保護氣囊、后座保護氣囊以及膝部保護氣囊等安全裝置的信號。在緊急情況下，中央電腦能夠更快、更準確地決定不同位置的安全氣囊的施放范圍與時機，發(fā)揮最佳的保護效果。

3 汽車網(wǎng)絡的發(fā)展趨向

x-by-wire，即線控操作，是未來汽車的發(fā)展方向。該技術來源于飛機制造，基本思想就是用電子控制系統(tǒng)代替機械控制系統(tǒng)，減輕重量，提高可靠性，如steer-by-wire, brake-by-wire等。由于整個設計思想涉及動力、制動、方向控制等關鍵功能，對汽車網(wǎng)絡也就提出了不同要求。在未來的5～10年里，x-by-wire技術將使傳統(tǒng)的汽車機械系統(tǒng)變成通過高速容錯通信總線與高性能cpu相連的電氣系統(tǒng)。在一輛裝備了綜合駕駛輔助系統(tǒng)的汽車上，目前存在相互競爭的幾種網(wǎng)絡技術，包括前文提到的ttp、byteflight和flexray以及ttcan(時間觸發(fā)的can)。

至于哪一種總線網(wǎng)絡會成為今后的標準，目前還尚難定論，但長遠來看,車載網(wǎng)絡還遠沒有達到成熟階段。信息與電子技術發(fā)展很快,車輛上的應用又有比較大的滯后,所以車上信息與電子技術的應用還有很大的發(fā)展空間。它們將對車上通信與控制網(wǎng)絡提出一些新的需求,同時為新的車上網(wǎng)絡技術提供技術支持?！?/p>

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