汽車匯流排

汽車內導線採用匯流排控制的技術

汽車匯流排(automotive bus)隨著汽車各系統的控制逐步向自動化和智能化轉變,汽車電氣系統變得日益複雜。傳統的電氣系統大多採用點對點的單一通信方式,相互之間少有聯繫,這樣必然會形成龐大的布線系統。據統計,一輛採用傳統布線方法的高檔汽車中,其導線長度可達2000米,電氣節點可達l5 00個,而且該數字大約每10年就將增加1倍。這進一步加劇了粗大的線束與汽車上有限的可用空間之間的矛盾。無論從材料成本還是工作效率看,傳統布線方法都不能適應現代汽車的發展。另外,為了滿足各電子系統的實時性要求,須對汽車公共數據(如發動機轉速、車輪轉速、節氣門踏板位置等信息)實行共享,而每個控制單元對實時性的要求又各不相同。因此,傳統的電氣網路已無法適應現代汽車電子系統的發展,於是新型汽車匯流排技術便應運而生。

種類


汽車匯流排是指汽車內部導線採用匯流排控制的一種技術,通常叫汽車匯流排或汽車匯流排技術。隨著電子技術的迅速發展和在汽車上的廣泛應用,汽車電子化程度越來越高。從發動機控制到傳動系控制,從行駛、制動、轉向系控制到安全保證系統以及儀錶報警系統漸漸形成了一個複雜的大系統。
目前匯流排的種類很多,如CAN匯流排LIN匯流排,VAN匯流排(法國車系專用),IDB-M,MOST,USB和 IEEE1394等。現階段的車載網路也必須用到多種匯流排,並採用CANOE、PFautoCAN、Dspase等。這些車用匯流排由於在應用對象和網路性能上各有特色,將會在競爭中共存相當長一段時間。另外,隨著車載網路技術的發展進步,一些特定用途的新型匯流排還會被陸續研發出來。
汽車匯流排系統一般分為三類。動力系統匯流排,比如發動機控制、變速箱控制、ASB控制等;舒適系統匯流排,比如門、燈、窗、電動座椅、後視鏡、天窗等;娛樂系統匯流排,比如導航系統、影音系統等。
目前汽車上普遍採用的汽車匯流排有局部互聯協議LIN和控制器區域網CAN,正在發展中的汽車匯流排技術還有高速容錯網路協議FlexRay、用於汽車多媒體和導航的MOST以及與計算機網路兼容的藍牙、無線區域網等無線網路技術。
LIN是一種低成本的串列通訊網路協議,採用單個主控制器多個從設備的模式,在主從設備之間只需要1根電壓為12伏的信號線。這種主要面向“感測器/執行器控制"的低速網路,其最高傳輸速率可達20千比特/秒,主要應用於電動門窗、座椅調節、燈光照明等控制。典型的LIN網路的節點數可以達到12個。以門窗控制為例,在車門上有門鎖、車窗玻璃開關、車窗升降電機、操作按鈕等,只需要1個LIN網路就可以把它們連為一體。而通過CAN網關,LIN網路還可以和汽車其他系統進行信息交換,實現更豐富的功能。目前LIN已經成為國際標準,被大多數汽車製造商和零部件生產商所接受。
在當前的汽車匯流排網路市場上,佔據主導地位的是CAN匯流排。CAN匯流排是德國博世有限責任公司在20世紀80年代初為了解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換問題而開發的一種串列數據通訊協議。它的短幀數據結構、非破壞性匯流排性仲裁技術及靈活的通訊方式適應了汽車的實時性和可靠性要求。

SAE分類匯流排


目前,絕大多數車用匯流排都被SAE(美國汽車工程師協會)下屬的汽車網路委員會按照協議特性分為A、B、C、D四類。

A類匯流排:

面向感測器或執行器管理的低速網路,它的位傳輸速率通常小於 20KB/S。
A類匯流排以LIN(Local Interconnect Network 本地網際網路)規範最有前途。其由摩托羅拉Motorola)與奧迪Audi)等知名企業聯手推出的一種新型低成本的開放式串列通訊協議,主要用於車內分散式電控系統,尤其是面向智能感測器或執行器的數字化通訊場合。

B類匯流排:

面向獨立控制模塊間信息共享的中速網路,位速一般在10~125 KB/S之間。
B類匯流排以CAN(Controller Area Network 控制器區域網路)最為著名。CAN網路最初是BOSCH公司為歐洲汽車市場所開發的,只用於汽車內部測量和執行部件間的數據通訊,逐漸的發展完善技術和功能,1993年ISO正式頒布了道路交通運輸工具一數字信息交換一高速通訊控制器區域網(CAN)國際標準(ISO11898-1),近幾年低速容錯CAN的標準ISO 11519-2 也開始在歐洲的一些車型中得到廣泛的應用。B類匯流排主要應用於車身電子的舒適型模塊和顯示儀錶等設備中。

C類匯流排:

面向閉環實時控制的多路傳輸高速網路,位速率多在125KB/S ~ 1MB/S 之間。
C類匯流排主要用於車上動力系統中對通訊的實時性要求比較高的場合,主要服務於動力傳遞系統。在歐洲,汽車廠商大多使用“高速CAN”作為C類匯流排,它實際上就是ISO 11898-1 中位速率高於125KB/S的那部分標準。美國則在卡車極其拖車、課程、建築機械和農業動力設備中大量使用專門的通訊協議 SAEJ1939。

D類匯流排:

面向多媒體設備、高速數據流傳輸的高性能網路,位速率一般在 2MB/S 以上,主要用於CD等播放機和液晶顯示設備。
D類匯流排近期才被採納入SAE對匯流排的分類範疇之中。其帶寬範疇相當大,用到的傳輸介質也有好幾種。其又被分為低速(IDB-C為代表)、高速(IDB-M為代表)和無線(Bluetooth 藍牙為代表)三大範疇,這裡不再詳細介紹。

新型專用匯流排


在汽車電子系統的網路化進程中,許多匯流排新近被研發出來。其由於各種原因未被SAE收錄,但是其重要性不言而喻,姑且稱為專用匯流排。舉例:故障診斷匯流排;安全匯流排;X-by-wire匯流排。