汽车车载网络系统发展趋势研究

武鹏飞

摘 要：现实中汽车在人们生活中的“地位”不断攀升，其原因在于汽车智能化和网络化。各种舒适性、安全性、科技性的功能模块被应用于汽车中。传统的点对点电控单元的控制方式，已经不能适用于现代汽车的发展。车载网络系统的发明，不仅能良好的解决各电控单元的控制，而且更有利于汽车现代化的发展。本文围绕车载网络系统发展现状、功能、应用及发展趋势展开论述。

关键词：车载网络系统 电控单元 智能化 应用 发展趋势

1 引言

随着汽车电子控制系统进入智能化和网络化时代，汽车电子设备在车辆中的应用逐渐增加，例如：电动座椅调节、防抱死制动系统（ABS）、车身稳定系统（ESP）、牵引力控制系统（TCS）、主动悬架、信息娱乐多媒体等。传统电子设备大多数采用点对点的单一通信方式，不同功能的ECU之间基本没有信息的共享和传递。日益增多的汽车电子设备会导致汽车线束粗大。据统计，采用传统点对点的布线方式，一辆豪华车辆的导线长度能达到2000多米，节点数可达1500个。如此，不仅庞大的线束占有驾驶舱内有限的空间，而且对维修带来更大的困难。随着电器設备的增加，传统布线方式逐渐不再为汽车带来可靠性、稳定性和安全性。为发展汽车轻量化和小型化，汽车网络系统应运而生。车载网络系统可以简化线束的同时，更能提高各电子控制单元之间数据和信号的共享，避免没有必要的浪费和空间的节约。

2 车载网络系统的发展现状

车载网络系统从20世纪80年代已开始使用。德国Bosch联合各大汽车厂，最先对车载网络进行研究。1983年，丰田汽车公司最早应用了总线制的车门控制系统。该系统采用的是集中控制的方式，车身ECU集中控制四个车门和尾门门锁的开启和锁止。

1986年，因铜线有电阻率小，载流量大，稳定性好的优点，车身系统开始逐渐采用铜线作为网络系统的连接线。在1987年，日产公司和通用公司的集中型网络控制系统已经开始量产。期间，Bocsh公司提出车载局域网的协议就是，CAN总线（Control Area Network）。接着美国汽车工程师学会提出另一种网络通信协议：SAE-J1850。日本丰田、日产、三菱、本田和马自达公司均已按各自的设计方式对车身网络控制系统进行批量生产。欧洲汽车厂家则采用CAN总线，在每个控制器均采用CAN来控制。目前，CAN总线系统是应用最广泛的网络系统。

3 车载网络系统的功能介绍及其优势

3.1 车载网络系统的功能如下

3.1.1 实现多路传输

多路传输即在同一跑道上同时传输多个信号源或者信息。在通信系统中，信号的传递非常快，通道的传输能力很强。如果一条通道仅传输一路信号，这会资源是极大的浪费。多路复用能将多路信号按照系统逻辑顺序将多组信号整合起来，在一条通道中传递，当信号到达接收信号的控制单元，再将整合信号分离，从而实现一通道传递多种信号的能力。常见的三种多路传输的方式有时分多路复用，频分多路复用和码分多址。

3.1.2 系统失效保护

为确保系统可以更可靠地为车辆服务，当车载网络系统部分功能丧失时，系统应具有自我处理的能力。该自我处理功能包含软件自我处理和硬件自我处理。软件失效保护功能即当系统中一个控制装置发生故障时，失效保护被触发，相应的电子控制单元将不接收来自故障装置的信号，实现自我保护;硬件失效保护即当系统中ECU发送故障时，硬件失效保护打开，使其以系统内设定固定信号进行输出，从而更好的保障系统继续工作。

3.1.3 系统“休眠”和“唤醒”休眠

该功能是：为了减少汽车在点火开关关闭时，整个系统对蓄电池的额外耗损。系统休眠时，通道将停止对信号的传输，以节约电能;当系统有操作时，系统即刻被唤醒，随时进行信号的传输。

3.1.4 故障自诊断

在点火开关开启时，系统通电首先完成整个系统的自我监测。若无故障，汽车各功能可正常运行;若某功能存在故障，则仪表盘输出故障灯。该功能既可以对传输线路进行自诊断，也可以对有关电控元件进行自诊断。

3.2 车载网络系统的优势

汽车网络信号的传输方式是借着数据总线将各种功能模块或者ECU联接起来以实现车载网络信号的传输。其中，控制信号和发送数据的功能模块将信号和数据编码翻译，发送到总线。接受数据的功能模块通过解码翻译，获得相应的命令和数据。该系统的传输优势如下：

（1）车载网络系统可通过两根线代替多根线，解决线束粗大冗长以及占空间件的问题;

（2）车载网络系统将不同功能的控制单元联接，使信号的传输更便捷可靠;

（3）局域网内部共享资源信号的速度比传统点对点传输方式更快，从而提高车辆的相应速度，为乘员提供更有效率的服务;

（4）系统可直接通过系统软件来实现控制系统的功能变化和升级，机动灵活性高;

（5）系统提供故障检测端口，可用故障检测仪直接对系统的每个功能进行检测，提高维修人员的工作效率。

4 车载网络系统的应用

车载网络系统主要应用于四大系统，即车身控制系统、动力传动系统、多媒体信息娱乐系统和车辆安全系统。

4.1 在车身控制系统中的应用

车身系统的部件遍布于车辆全车身，所以车身控制元件的总线束很长，传输信号是也容易受到干扰。车身系统主要有五个控制单元，可实现五个功能。控制单元分别是中央门锁、电动车窗、照明开关、后视镜调节和加热及自诊断功能。

4.2 在动力传动系统中的应用

动力数据总线连接三个电控单元：发动机控制单元、ABS控制单元和自动变速箱控制单元。CAN数据总线以500kbit/s的速率传输数据信号，每一组数据信号的传输时间是0.25毫秒，每一个电子控制单元在7-20毫秒内发送一次数据信号，并且各电子控制单元会按照顺序在相应的时间内发送。其顺序是ABS电控单元、发动机电控单元和自动变速箱电控单元。

4.3 在多媒体信息娱乐系统中的应用

信息娱乐系统中信号容量较大，要求信号传输速率快。车载网络采用光纤作为传输通道，满足信息娱乐系统的各种要求。

4.4 在安全系统中的应用

根据各传感器的信号，准确地控制各安全设备可靠的运行。该系统使用的节点数较多，所以要求该系统成本低，通信可靠性高，通信速度快。

5 车载网络系统的趋势

目前，各大汽车厂商均有自己设计的车身和动力系统的网络控制系统。现在在售的大部分车辆都采用了车载网络的控制系统。放眼望去，车载网络系统在车辆上的应用会越来越普遍。车载网络技术会逐渐向智能化、高速化、统一化发展。

5.1 智能化

汽车可根据驾驶员的目标设定，网络系统会为驾驶者提供最优的选择：综合考虑天气、车流量、交通堵塞等为驾驶员提供最佳路径;根据以往驾驶习惯，提供最合适坐姿、悬架舒适性、底盘调校等。智能化地控制车辆行驶的时间，提高安全性和效率。

X-by-Wire（线控）是另外一种新汽车改革的方向。该系统下，大部分机械的操作和中间传动机构被省略，例如换挡杆、转向盘柱以及各种传动连杆等，取而代之的是各种传感器。驾驶员通过控制网络控制系统来实现对车辆的掌握，大大提高了汽车的可操纵性和安全性。X-by-Wire更加突显汽车的智能化和科技感，可以赢得大众的青睐。

5.2 高速化

未来汽车网络会是一个高带宽、响应快的可移动的网络系统。代步仅是人们使用汽车的小部分因素。汽车网络的高速化发展，人们可以利用汽车进行实时办公、娱乐、朋友沟通等。另外，汽车网络的高速化，会让系统承载更多的电子控制元件，以让汽车实现更多的功能，同时，也会提高整个车载系统的可靠性和电子控制单元的响应速度。

5.3 网络协议统一化

车载网络系统是现今汽车的主流发展方向，各大汽车厂商都已经研发了自己的网络系统。其各自的网络系统应用的网络协议标准都不相同，势必增加汽车的生产成本，也会带来维修设备不匹配的困难。汽车厂商和网络系统供应商已渐渐达成一致：即在A类网络中使用局域网，在B类网络中低速控制器局域网已成为事实上的标准协议，在C类网络中，对传统的实时分布控制，高速控制器局域网将作为事实上的标准。

6 结语

现代汽车，车载网络系统已经被普遍使用。随着电子元件的发展，更多的汽车电子控制单元被安装到网络系统中。车载网络系统的发展会减少更多线束和资源的浪费，同时提高汽车的舒适性、安全性和可靠性。在不久的将来，汽车会发展成为集办公、休闲、娱乐于一体的伙伴。

参考文献：

[1]周双斌，陈利明，苗春龙.汽车车载网络系统检修[M].天津：天津科学技术出版社，2017：13-40.

[2]宋燕，岳伟东.車载网络系统的发展现状和展望[J].黑龙江：交通科技与经济，2009，3，93.

[3]刘重才.互联网巨头纷纷布局智能汽车[N].上海证券报，2015-03-13（A06）

[4]李慧敏.汽车车载网络系统数据分析与检测研究[J].数据通信，2019（05）：51-53.

[5]崔巍.汽车车载网络系统故障诊断方法探究[J].河北农机，2019（10）：28-29.

[6]薛燕. 车载网络系统故障诊断技术研究[D].长安大学，2018.