浅谈汽车总线的研究重点和关键技术

汽车总线系统的研究与发展可以分为三个阶段：*阶段是研究汽车的基本控制系统（也称舒适总线系统），如照明、电动车窗、中央集控锁等。第二阶段是研究汽车的主要控制系统（也称动力总线系统），如电喷ECU控制系统、ABS系统、自动变速箱等。第三阶段是研究汽车各电子控制系统之间的综合、实时控制和信息反馈。

　　按照我国汽车电子技术发展规划，进入21世纪后轿车电子技术可达国外90年代水平，为了缩短同国外轿车技术水平的差距，提高自身的竞争力，单纯靠技术引进不利于发展，消化、吸收、研究和开发自己的汽车总线与网络应用系统势在比行。目前我国的汽车总线研究和应用尚处起步阶段，而且汽车总线的应用趋势明显，现在介入该研究正是大好时机。

　　汽车总线的研究重点

　　由于我国的车型以欧美车型为主，且欧美车型又以CAN总线为主流，目前国内使用总线技术的车型几乎全部使用CAN总线，因此汽车总线的研发应该结合国内外实际情况选用CAN总线。

　　CAN符合ISO/OSI的参考模型，但只规定了物理层和数据链路层的协议，其应用层的协议需要用户自己定义。支持CAN低层协议的芯片有许多，既有在片的MCU，也有片外的CAN控制器。用户自己开发的应用层协议也有很多，如AB公司定义的 DEVICENET协议就是CAN协议基础上的应用层协议，Honeywell公司推出的SDS总线也是在CAN的基础上定义了自己的应用层。可见，汽车 CAN总线的研究重点是：针对具体的车型开发ECU的硬件和应用层的软件，并构成车内网络。

　　关键技术

　　利用CAN总线构建一个车内网络，需要解决的关键技术问题有：

　　1） 总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题；
　　2） 高电磁干扰环境下的可靠数据传输；
　　3） 确定zui大传输时的延时大小；
　　4） 网络的容错技术；
　　5） 网络的监控和故障诊断功能；

　　总线网络系统概述

　　随着汽车电控系统性能的提升，尤其是控制器芯片和软件性能的提升，汽车总线网络系统不仅可以共享信息、节省线束，还能提供更丰富的软件功能，以提升产品的价值和竞争力，满足汽车可靠性、舒适性等方面的需求。与这些功能相对应的总线技术包括：

　　网络管理：控制器通过网络管理监测网络运行状态，一旦发现通信故障，立即采取失效处理。网络管理的睡眠和唤醒功能可以协调各个控制器的电源管理，从而减少车辆停放时的蓄电池电量消耗。

　　诊断：诊断不仅可以读取故障码，还能实现下线配置及检测、程序下载两项重要功能。自动化的下线配置及检测功能可以快速和全面地配置和检测控制器的功能（例如车窗零位配置和防夹检测），从而确保汽车出厂质量，加快生产线节拍。通过程序下载功能，整车厂可以在4S店刷新控制器的软件，从而减少因软件缺陷造成的召回成本。

　　测量与标定：在新车型开发过程中，采用测量与标定技术的快速控制原型控制器，可以通过计算机和网络系统，实时、便捷地调整控制参数和算法，这使得开发周期和成本大幅度减少。欧洲、美国和日本的新能源汽车开发，普遍采用了这项技术。

　　国外的通用、福特、大众等，以及国内的一汽、东风、上汽、长安、广汽、奇瑞等整车厂将总线技术整合为一个通用化的网络平台，应用于高、中、低各类车型，以此减小网络系统的变动，增加软件的复用度，降低开发成本。整车厂的网络平台由网络标准、测试规范和协议栈（网络相关的嵌入式软件）组成。商用车的网络平台遵照SAE J1939；乘用车的网络平台，整车厂各有特色，但越来越多的整车厂采用国际标准，从而共享供应商资源。同时，越来越多的供应商选择由专业公司开发协议栈，从而减少开发人力和周期。

　　总线网络系统开发流程

　　网络平台构建和网络系统开发采用V模式开发流程，如下图所示。V模式定义了一套清晰有效的开发流程：整车厂从系统需求到部件需求，完成系统需求规范和部件需求规范的制定，并将部件需求规范下达给供应商；供应商完成部件开发后，整车厂再从部件测试到系统测试，在多轮样件和样车上完成集成和验证。

　　总线网络系统拓扑结构

　　目前，乘用车的典型拓扑结构如下图所示。商用车的典型拓扑结构与乘用车类似，但是由于某些商用车将早期技术与技术同时使用，所以它们的拓扑结构存在多个网关，结构相对复杂。

　　此外，2008年MOST总线的速率上升到150 Mbit/s，2009年宝马7系列车已经采用FlexRay总线。可以预见，在不远的将来，MOST和FlexRay将替代现在的信息娱乐CAN网络和动力CAN网络。