新能源汽车车载网络结构剖析

汤森

摘要：近些年来，随着我国经济的快速发展，人们生活水平的不断提升，机动车保有量正呈现出“井喷”发展的势头。一般来讲，汽车的保有量随着经济的发展而增涨，数量上去的同时会必然会导致环境受到很大的污染，也会给交通运输带来很大的压力。因此，为了能够缓解环境污染和道路拥堵，建立一个节约资源、友好环境的社会，研发低碳环保且具有强大人工智能管理系统的车辆已是当下汽车技术发展的重要趋势。伴随着汽车领域新能源技术不断地深入，新能源汽车也正逐步走进人们的日常生活。自2013年开始，全球新能源汽车产业已进入加速发展阶段。其中，我国的发展势头尤其迅猛。据不完全统计，截至目前，我国电动汽车保有量超过332.6万辆、在运充电桩总数达到46万个，已经超过美国、欧盟、日本，跃居全球第一的位置。新能源汽车的快速普及和直流电机驱动技术、电池系统充换电技术以及智能网络控制技术的发展息息相关。本文主要是通过对车载网络结构的剖析来了解网络通讯系统对车辆工程的应用。

关键词：能源汽车；网络结构；新能源

一、对于汽车网载的组成部分

汽车动力系统的迭代正在由传统的机械系统逐步衍变成一套较为复杂的机电系统。其中，以电能驱动为代表的新能源汽车，将会在机动车领域占据重要的位置。在电动汽车系统架构中，新型电子元器件的数量和技术可以说是衡量新能源汽车的重要标准。随着汽车电气技术的不断升级，各类传感器、执行器通过ECU与互联网络之间的数据交换量也会越来越大。在20世纪末期，一种初步具有数据网络交换功能的车载系统问世了。根据应用来划分，可以把系统版块分为四个大的系统：车身系统、动力型系统、安全系统和信息系统。

车身系统的电路主要分为三个板块：主控、受控和门控。主控板块采集到指令后，它会先把相关的数据进行分析和处理，再通过CAN总线传送给各个受控端做出相应的执行。门控相对主控来说，它接收的范围更大，不仅能够接受主控端的指令，还能够接收到车门内多种互感器的信号，根据两者的作用做出相应的动作，最后再把执行的结果回馈至主控端。

就动力传动板块而言，利用数据连接对发动机舱中的各模块进行实时工况调配。车辆的制动、行进和转弯等功能都是需要有较高的网络速度进行支撑。因此，线束的需要标准变高，这样一来就非常容易受到干扰，为了防止干扰，只能将通信的速率进行降低调整。近几年，随着智能网络、数据传递和车载安全系统的快速发展，高速数据传输已成为必然的发展趋势，加上人机智能和各类传感器数量的大幅增加，在数据通信速率控制方面也都呈现出更高的需求。对此，各家车企的技研人员开始寻求一种更加高速，更加安全且成本更低的方法来解决现有的问题。在这个时候，一个关于汽车总线的概念被提了出来，对于总线技术运用来说，不仅有利于汽车电器在安全、功能及可靠性方面的提高，而且还能够使车辆的检修和维护的工时缩短，提升运维效率[2]。

二、新能源汽车车载网络分类和发展趋势

随着科技的发展，需求的提升，因此存在着多种车用网络的执行标准，相关的委员会将汽车的数据传输网络大致分为三类：

（1）A类：主要是针对传感器或执行器操控的低速网络，它的数据传输速率相对来说较低，通常只有1-10kbps。多数用在灯光照明、座椅调节、电动门窗控制等上面，在A类网络中，协议标准也存在着多种，目前LIN总线正在逐步发展，这种总线的协议主要是面对低端通讯，它所要求通信速率环境并不高，由单总线的方式来完成整个操控过程。

（2）B类：属于中速的网络。所面向的多数是独立模块，在模块间完成对数据的共享作用，速率一般处与10-100kbps之间。一般运用于车辆的信息控制中心，作用是诊断车辆所产生的各类故障，如：仪表盘故障指示灯的告警功能，各类安全气囊和自动空调系统的自检等。这类网络系统的标准主要包括控制器、各类处理器（ECU、TCU、BMS等模块）、局域网协议三个方面。在故障诊断和容错性能方面，控制器局域网具有显著的优势，对汽车内部的电子系统可靠性、实时性有着较高的要求，并在将来的一段时间内占据着无法替代的地位。

（3）C类：是一个面向高速，具有实时闭环控制功能的多路性数据传输，网络速率需求最多可达20Mb/s以上，，主要的作用是对车载多媒体及导航控制、人工智能服务、牵引控制、悬架控制等，以简化式分布方法控制来减少对车身线束的需求。在这类标准中，日系和欧系汽车制造上多数上采用拥有高速通讯控制器的局域网。除此之外，利用3G物联卡、4G专网技术结合TCU通讯模块，使得速率性能有了大幅提高。随着网络技术的日新月异，与其配套的各类控制器、执行器功能也将会得到大幅的提升，网络标准也会进行不断的完善和提高[2]。

汽车在通信网络的领域可以划分为四个方面，在每一个领域中都具备拥有独特性的要求：

（1）多媒体娱乐及信息系统：这个领域的数据传输要求相对来说较高，不仅在通信的速率上，而且还要具备高带宽或者是高速无线传输的能力。

（2）拥有更加安全稳定的线控系统：由于这个系统在制动和导航系统上所涉及的安全性很高，因此在数据交换中对传输的实时性、可靠性、容错性有着更高的技术要求。

（3）车身系统的控制：就此领域而言，已经拥有近三十年的技术积累和广泛的商业应用，技术环境相对成熟。其中包括了传统的车身控制系统和电传辅助控制系统。

（4）支线端控制系统：这个系统主要是一些简单的电子控制单元，比如说对随动大灯、电动天窗及后视镜的控制和对载有智能传感器车门的控制等。对LIN技术的广泛应用是当下各家车企的主流方向。

三、新能源汽车在车载网络的发展上呈现的趋势

在国外，汽车的网络总线技术较为成熟，广泛运用于商用车和乘用车上，其中就是因为CAN技术的普及。在国内，总线技术也在各家车企广泛运用，幾乎所有的中端商用车都在使用CAN总线技术，如北汽新能源、比亚迪、吉利等主流品牌以及后续崛起的以蔚来、领克为代表的中高端纯电动乘用车。相关技术的普遍应用使我国在网络总线的研究能力快速提高，对整个车企在网络技术的介入中所制定的标准也有很大的提升，但却始终存在着一个问题，关键的总线技术还在国外几大供应商的掌控中。我国对新能源汽车的车载网络系统研究，现行主要是分为两个阶段：即功能上的实现阶段和性能的完善阶段。第一阶段在国内的工作已经基本完成，拥有自主研发技术的CAN总线已经在新能源汽车上进行了商业运用，在新能源汽车技术不断迭代中，广大车企正也正在投入大量人力物力致力于加快对第二阶段的不断完善。

结束语：

随着汽车安全性、行驶性、功能性的不断提升，很多新款车型已经初步具有多功能模块化和精确控制的能力。随着车载智能控制单元模块大量的应用，相信我国会对车载通讯技术制定出更加完善的执行标准，并且对CAN总线所具有的特点也将会在车载网络通讯领域中得到更好的发展和运用。

参考文献

[1]谭克诚，宛东. 浅析汽车车载网络基础知识[J]. 内燃机与配件，2018，（7）：83-85.

[2]于晨斯. 现代汽车车载网络技术应用探析[J]. 科技资讯，2015，13（20）：11-12.

（作者单位：南京宁众人力资源咨询服务有限公司）