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汽车网络的分类及发展趋向 (ZT)
moran | 2008-08-13 10:58:42    阅读:3562   发布文章

一、概述
    自1980年起,众多国际知名汽车公司开始积极致力于汽车网络技术的研究及应用。汽车网络的使用解决了点对点式车身布线带来的问题,使车身布线趋于更规范化、标准化,降低了成本,增强了稳定性。迄今为止,已有Bosch的CAN、SAE的J1850、ISO的VAN、Philips的D2B和LIN协会的LIN等多种网络标准。为方便研究和设计使用,美国汽车工程师协会(SAE)根据速率的不同,将汽车网络划分为A、B、C三类,如表1所列。

 

 类别

对象 

位速率/kbps 

应用范围 

 A  面向传感器/执行器控制器的低速网络  1 - 10
 电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制
 B  面向独立模块间数据共享的中速网络  10 - 125  电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统
 C  面向高速、实时闭环控制的多路传输网  125 - 1000  悬架控制、牵引控制、发动机控制、ABS等系统

                                       表1 汽车网络的划分

综合考虑功能和位传输速率等因数,现有的汽车总线还包括多媒体信息系统总线、安全总线和诊断系统总线。

 

二、汽车网络标准的具体分类

(一)A类网络标准
从目前的发展和使用情况来看,如表2所列,A类网的主要总线是TTP/A(Time Triggered Proto-col/A)和LIN(Local Interconnect Network)。

 总线名称  用户    主要使用场合  备注
 UART(ALDL)   GM  多种场合  正在淘汰
 Sinebus  GM   Audio  应用于无限操纵车轮控制
  E & C   GM  娱乐媒体   正在淘汰
 I2C   Renault HVAC   极少使用  
 J1708/J1587/J1922  T&B  多种场合   正逐步被淘汰
 CCD  Chrysler  传感器总线   正逐步被淘汰
 ACP  Ford  娱乐媒体   正在淘汰
 BEAN  Toyata   控制  
 LIN  许多公司   车身控制  由LIN协会开发
 TTP/A TTTech  智能传感器  由维也纳理工大学开发

 

 表2 A类网络的使用情况

 

1.TTP/A协议最初由维也纳工业大学制定,为时间触发类型的网络协议,主要应用于集成了智能变换器的实时现场总线。它具有标准的UART,能自动识别加入总线的主节点与从节点,节点在某段已知的时间内触发通信但不具备内部容错功能。

 

2.LIN是在1999年由欧洲汽车制造商Audi、BMW、DaimlerChrysler、Volvo、Volkswagen和VCT 公司以及Motorola公司组成的LIN协会,共同推出的用于汽车分布式电控系统的开放式的低成本串行通信标准,从2003年开始使用。LIN是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统,主要用于智能传感器和执行器的串行通信。从硬件、软件以及电磁兼容性方面来看,LIN保证了网络节点的互换性,极大地提高了开发速度,同时保证了网络的可靠性。LIN协议应用开发的热点集中在美国、欧洲和日本。估计在未来10年,平均每辆车将有LIN节点20个左右。这样全世界每年将生产12亿个LIN节点。可见,LIN的应用存在着巨大安定潜在市场,协议本身也会在不断应用中得到完善。总之,LIN网络已经广泛地被世界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受,有望成为事实上的A类网络标准。

 

(二)B类网络标准
B类网络的使用情况如表3所列。从目前来看,主要应用的B类总线标准有三种:低速CAN、J1850和VAN。

 总线名称   用户   使用场合   备注
 J2284   GM,Ford,DC  多种场合   基于ISO11898,500 kbps
 CAN   欧洲   车身/动力传动系统控制  基于ISO11519,也称容错CAN
 J1939  T&B   多种场合   在卡车大客车应用250 kbps
 J1850   GM,Ford,Chrysler  多种场合   主要应用于北美汽车公司
 VAN   Renault & PSA  车身控制   基于ISO11519-3,法国

 

1.1994年SAE正式将J1850作为B类网络标准协议。最早,SAE J1850用在美国Ford、GM以及Chry-sler公司的汽车中;现在,J1850协议作为诊断和数据共享被广泛应用在汽车产品中。但是,J1850并不是一个单一标准。Ford采用的J1850标准,其物理层与GM和Chrysler公司使用的不同;而GM和Chrysler公司在相同的物理层上又使用不同的数据帧格式,并且三个公司使用各自的消息协议。预计在2006年或2007年将停止使用,然后全部转至CAN总线。

2.VAN标准是ISO于1994年6月推出的。它基于ISO11519-3,主要为法国汽车公司所用。但目前就动力与传动系统而言,甚至在法国也集中在CAN总线上。

3.CAN是德国Bosch公司从20世纪80年代初,为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维,通信速率可达1Mbps。1991年首次在奔驰S系列汽车中实现。同年,Bosch公司正式颁布了CAN技术规范,版本2.0。该技术规范包括A和B两部分。1993年11月,ISO正式颁布了国际标准ISO11898,为CAN的标准化、规范化铺平了道路。此后,越来越多的北美和日本汽车公司也开始采用CAN网络。1994年,美国汽车工程师协会卡车和巴士控制与通信子协会选择CAN作为SAE j1939标准的基础。低速CAN具有许多容错功能,一般用在车身电子控制中;而高速CAN则大多用在汽车底盘和发动机的电子控制中。综上所述,CAN总线凭借其突出的可靠性、实时性和灵活性已从众多总线中突显出来,成为世界接受的B类总线的主流协议。

(三)C类网络标准
C类标准主要用于与汽车安全相关及实时性要求比较高的地方,如动力系统,所以其传输速率比较高,通常在125kbps-1Mbps之间,必须支持实时的周期性参数传输。
表4为C类网络的使用情况。

总线名称

 用户

 使用场合

 备注

CAN  GM,欧洲 实时控制 基于ISO11898,125kbps-1Mbps
TTP/C  TTTech  实时控制  维也纳理工大学制定
FlexRay BMW,Motorola& Daimler Chrysler   实时控制

 表4 C类网络的使用情况

    目前,C类网络中的主要协议包括高速CAN(ISO11898-2)、正在发展中的TTP/C和FlexRay等协议。
1.TTP/C协议由维也纳工业大学研究,基于TDMA的访问方式。TTP/C是一个应用于分布式实时控制系统的完整的通信协议。 它能够支持多种容错策略, 提供容错的时间同步以及广泛的错误检测机制,同时还提供节点的恢复和再整合功能。其采用光纤传输的工程化样品速度将达到25Mbps。TTP /C 支持时间和事件触发的数据传输。TTP管理组织TTAGroup成员包括奥迪、SA、Renault、NEC、TTChip、Delphi等。

2.FlexRay是BMW、Daimler Chrysler、Motorola和Philips等公司制定的功能强大的通信网络协议。它是基于FTDMA的确定性访问方式,具有容错功能及确定的通信消息传输时间,同时支持事件触发与时间触发通信。具备高速率通信能力。FlexRay采用冗余备份的办法,对高速设备可以采用点对点方式与FlexRay总线控制器连接,构成星型结构,对低速网络可以采用类似CAN总线的方式连接。

3.欧洲的汽车制造商基本上采用高速CAN总线标准ISO11898。总线传输速率通常在125kbps-1Mbps 之间。据Strategy Analytics公司统计,2001年用在汽车上的CAN节点数目超过1亿个。然而,作为一种事件驱动型总线,CAN无法为下一代线控系统提供所需的容错功能或带宽,因为X-by-Wire系统实时性和可靠性要求都很高,必须采用时间触发的通信协议,如TTP/C或FlexRay等。就目前来说,CAN协议仍为C类网络协议的主流,但随着下一代汽车中引进X-by-Wire系统,TTP/C 和FlexRay将显示出优势。它们之间的竞争还要持续一段时间,在未来的线控系统中,到底哪一种标准更具有生命力尚难定论。

表3 B类网络的使用情况

 
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qingcai [ 匿名]  2008-10-12 21:38:26 

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