汽車總線系統(tǒng)

至今沒(méi)有一種通信網(wǎng)絡(luò)可以完全滿足未來(lái)汽車的所有成本和性能要求，為此，汽車制造商和OEM（Original Equipment Manufacture）商仍采用多種協(xié)議（LIN、CAN和 MOST等），實(shí)現(xiàn)未來(lái)汽車上的連網(wǎng)。

美國(guó)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。

本篇博文將對(duì)A、B、C三類總線標(biāo)準(zhǔn)以及診斷系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)等總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比和介紹。

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A類總線標(biāo)準(zhǔn)

A類的網(wǎng)絡(luò)通信大部分采用UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）標(biāo)準(zhǔn)，UART使用起來(lái)既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)，但隨著技術(shù)的發(fā)展，在2005年以后已經(jīng)從汽車通信系統(tǒng)中被淘汰。

下表對(duì)一些主要A類標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議及其特性進(jìn)行了比較。

A類目前首選的標(biāo)準(zhǔn)是LIN (Local Interconnect Network），LIN是用于汽車分布式電控系統(tǒng)的一種新型低成本串行通信系統(tǒng)，它是一種基于UART的數(shù)據(jù)格式、主從結(jié)構(gòu)的單線12V的總線通信系統(tǒng)，主要用于智能傳感器（Smart Sensors）和執(zhí)行器的串行通信，而這正是CAN總線的帶寬和功能所不要求的部分。由于目前尚未建立低端多路通信的汽車標(biāo)準(zhǔn)，因此LIN正試圖發(fā)展成為低成本的串行通信的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

LIN采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達(dá)20Kb/s，對(duì)于低端的大多數(shù)應(yīng)用對(duì)象來(lái)說(shuō)，這個(gè)速度是可以接受的。它的媒體訪問(wèn)采用單主/多從的機(jī)制，不需要進(jìn)行仲裁。在從節(jié)點(diǎn)中不需要晶體振蕩器而能進(jìn)行自同步，這極大地減少了硬件平臺(tái)的成本。

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B類總線標(biāo)準(zhǔn)

B類標(biāo)準(zhǔn)在轎車上應(yīng)用的是ISO11898（ISO11898-3），傳輸速率在100Kb/s左右，在卡車和大客車上應(yīng)用的是SAE的標(biāo)準(zhǔn)J1939，傳輸速率是250Kb/s。從1992年起，歐洲各大汽車公司一直都采用的是ISO 11898，所使用的傳輸速率范圍為47.6~500Kb/s。

下表對(duì)目前一些主要B類標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議及其特性進(jìn)行了比較。

B類中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是CAN總線。CAN總線是德國(guó)BOSCH公司從20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)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(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1Mb/s。

CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，最多可標(biāo)識(shí)2048 (2.0A）個(gè)或5億（2.0B）多個(gè)數(shù)據(jù)塊。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8字節(jié)，不會(huì)占用總線時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。

拓展學(xué)習(xí)：

詳解CAN總線：什么是CAN總線？

詳解CAN總線：高速CAN總線和低速CAN總線的特性

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C類總線標(biāo)準(zhǔn)

由于C類標(biāo)準(zhǔn)主要用于與汽車安全相關(guān)，以及實(shí)時(shí)性要求比較高的地方，如動(dòng)力系統(tǒng)，所以其傳輸速率比較高，通常在125Kb/s～1 Mb/s之間，必須支持實(shí)時(shí)的、周期性的參數(shù)傳輸。

在C類標(biāo)準(zhǔn)中，歐洲的汽車制造商基本上采用的都是高速通信的CAN總線標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898（ISO 11898-2）。

下表對(duì)目前一些主要C類標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議及其特性進(jìn)行了比較。

當(dāng)汽車（轎車）電子控制單元（Electronic Control Units，ECU）之間通信傳輸速率大于125 Kb/s、最高1Mb/s時(shí)，ISO 11898（11898-2）對(duì)使用控制器局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建數(shù)字信息交換的相關(guān)特性進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。

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診斷系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)

使用排放診斷的目的主要是為了滿足OBD-II（On Board Diagnose）、OBD-III或E-OBD （European-On Board Diagnose）標(biāo)準(zhǔn)。

許多汽車生產(chǎn)廠商都采用ISO 9141和ISO 14230 （Keyword Protocol 2000）作為診斷系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，它們滿足OBD-II。美國(guó)的GM、Ford、DC 公司廣泛使用J1850作為滿足OBD-II 診斷系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，但歐洲汽車廠商拒絕采用這種標(biāo)準(zhǔn)。到2004年，美國(guó)三大汽車公司對(duì)乘用車采用基于CAN的J2480診斷系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)，它滿足OBD-III 的通信要求。在歐洲，以往診斷系統(tǒng)中使用的是ISO 9141，它是一種基于UART的通信標(biāo)準(zhǔn)，滿足OBD-II的要求。從2000年開(kāi)始，歐洲汽車廠商已經(jīng)開(kāi)始使用一種基于CAN總線的診斷系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)ISO 15765，它滿足E-OBD的系統(tǒng)要求。

下表對(duì)目前一些主要診斷系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議及其特性進(jìn)行了比較。

ISO 15765適用于將車用診斷系統(tǒng)在CAN總線上加以實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)合。ISO 15765的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)符合基于CAN的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求，是遵照ISO 14230-3及ISO 15031-5中有關(guān)診斷服務(wù)的內(nèi)容來(lái)制定的,因此ISO 15765對(duì)于ISO 14230應(yīng)用層的服務(wù)和參數(shù)完全兼容，但并不限于只用在這些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的場(chǎng)合。

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多媒體系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)

汽車多媒體網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議分為三種類型，分別是低速、高速和無(wú)線，對(duì)應(yīng)SAE的分類相應(yīng)為：IDB-C （Intelligent Data Bus-CAN）、IDB-M（Multimedia）和IDB-Wireless，其傳輸速率在250Kb/s～100 Mb/s之間。

低速用于遠(yuǎn)程通信、診斷及通用信息傳送，IDB-C按CAN總線的格式以250Kb/s的位速率進(jìn)行信息傳送。由于其低成本的特性，IDB-C有望成為汽車類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)之一。

高速主要用于實(shí)時(shí)的音頻和視頻通信，如 MP3、DVD和CD等的播放，所使用的傳輸介質(zhì)是光纖，這一類里主要有IDB-M、D2B、MOST和IEEE 1394。

下表對(duì)目前一些主要的汽車多媒體系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議及其特性進(jìn)行了比較。

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安全總線和標(biāo)準(zhǔn)

安全總線主要是用于安全氣囊系統(tǒng)，以連接加速度計(jì)、安全傳感器等裝置，為被動(dòng)安全提供保障。目前已有一些公司研制出了相關(guān)的總線和協(xié)議，包括Delphi公司的SafetyBus 和 BMW公司的 Byteflight。

下表對(duì)汽車安全系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議及其特性進(jìn)行了比較。

Byteflight主要以BMW公司為中心制定。數(shù)據(jù)傳輸速度為10 Mb/s，光纖可長(zhǎng)達(dá)43 m。Byteflight 不僅可用于安全氣囊系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，還可用于X-by-Wire系統(tǒng)的通信和控制。

BMW公司在其2001年推出的BMW7系列車型中,采用了一套名為ISIS（Intelligent SafetyIntegrated System）的安全氣囊控制系統(tǒng)，它是由14個(gè)傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，利用Byteflight來(lái)連接和收集前座保護(hù)氣囊、后座保護(hù)氣囊等安全裝置的信號(hào)。在緊急情況下，中央計(jì)算機(jī)能夠更快更準(zhǔn)確地確定不同位置的安全氣囊的施放范圍與時(shí)機(jī)，發(fā)揮最佳的保護(hù)效果。

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X-by-Wire總線標(biāo)準(zhǔn)

X-by-Wire最初是用在飛機(jī)控制系統(tǒng)中，稱為電傳控制，現(xiàn)在已經(jīng)在飛機(jī)控制中得到廣泛應(yīng)用。由于目前對(duì)汽車容錯(cuò)能力和通信系統(tǒng)的高可靠性的需求日益增長(zhǎng)，X-by-Wire開(kāi)始應(yīng)用于汽車電子控制領(lǐng)域。

下表對(duì)X-by-Wire系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議及其特性進(jìn)行比較。