汽车总线技术及未来发展方向

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汽车总线技术及未来发展方向

我通过查阅汽车总线技术相关的影响因子较高的期刊和年份较近的文献后，将以本文来简要阐述汽车总线技术及未来发展方向。
随着电子技术的快速发展和汽车的广泛应用，汽车的电子化程度越来越高。从发动机控制系统到传动控制系统，从驾驶、制动、转向控制系统到安全保障系统和仪表报警系统，逐渐形成了一个复杂的大系统。传统的硬线连接已不能满足传感器与控制器、控制器与控制器之间的实时信息交互的需要。汽车总线技术是在汽车内部布线中通过总线控制的一种技术。它不仅能满足汽车设备连接的要求，而且具有较强的扩展能力，具有广阔的发展和应用前景。目前，汽车总线主要包括CAN、LIN、Flex Ray、MOST四类，下面将简要介绍这四类总线技术。
第一，CAN总线：德国博世公司在20世纪80年代初开发了一种串行数据通信协议，主要是双绞线、同轴电缆和光纤。CAN总线遵循ISO11898国际标准协议；通信率高达1Mbit//s;数据通信没有主要设备和设备；当多个节点同时启动通信时，优先级较低的节点将避免优先级较高的节点。协议本身对节点数量没有限制；总线上的节点数量可以动态变化，网络相对灵活。CAN总线信息的数据交换方式：节点A向节点B发送远程帧请求，节点B向节点A发送具有相同身份的数据帧。CAN总线中的数据帧分为标准帧和扩展帧。帧ID长度为11位，帧ID范围为0x00-7FF。ID可以扩展，以支持总线节点的扩展。扩展帧的帧ID长度为29位，其帧ID范围为0X万 000到1FFFFF。根据相应的数据帧格式，远程帧的消息格式可分为标准数据对应的远程帧和扩展数据对应的远端帧。在扩展帧信息格式的基础上，删除数据字段，获得扩展数据对应的远程帧信息。在汽车应用中，CAN总线一般分为高速CAN和低速CAN。ABS主要用于高速CAN传输速率为500kbps、变速控制、发动机控制、转向控制、悬架控制等模块的信号传输；低速CAN传输速度为125kbps，主要用于故障诊断、驾驶信息、电子仪表、自动控制、安全气囊等模块的信号传输。
第二，LIN总线：1998年10月在德国首次提出。LIN总线是实现汽车分布式电子系统控制的低成本串行通信网络。LIN总线为现有的汽车网络(如CAN总线)提供了辅助功能，使用LIN总线可以大大节省成本。LIN总线遵循ISO9141国际标准协议；使用12V信号线；最高通信速度可达20 Kbit/s；单个业主大多来自设备模式，没有仲裁机制；总线网络上最多有12个节点；网络节点可以添加到网络中，而无需更改从节点到LIN总线的硬件和软件。LIN总线分组帧由帧头和响应组成。当主节点发送帧报头时，从节点接收帧后分析帧报头，决定是否发送响应、接收数据或不响应。帧头包括同步间隔段、同步段和受保护ID段。答案包括：数据段、验证段和段。0表示优先级，表示数据正在发送。“1”是隐式的，表示每个节点不发送数据。同步间隔必须至少持续13位，标志着帧传输的开始。LIN总线在车辆中的主要应用领域包括：车顶：天窗控制、信号灯控制、光传感器、湿度传感器；驾驶舱：座椅调节、方向控制开关、电动门窗、空调、照明；驾驶舱：速度传感器、主动进气格栅、发电机。
第三，FlexRay总线：戴姆勒梅赛德斯-奔驰、宝马等公司于1999年推出，以满足汽车线路控制技术对高速数据传输、高可靠性和高确定性的要求。它还具有支持各种拓扑的冗余通信功能，常用于需要持续高速性能的场景。FlexRay总线实际上是汽车行业的标准；支持双通道，每通道速度可达10mbitt /s，总传输速率可达20mbit/s;星形结构、线性结构和混合结构可用于网络拓扑结构。中心节点负责转发信息。当线路出现故障或损坏时，可以与中心节点以外的其他节点断开通信。当中心节点损坏时，整个总线将无法正常工作。在FlexRay总线中，一个完整的新闻帧由帧头、数据段和帧尾组成。帧头由九个部分组成：保留位、数据指示位、空帧指示位、同步帧指示位、起始帧指示位、帧识别符、数据长度、帧头CRC验证和周期计数。FlexRay总线的重要应用之一是线控动、线控转向等。它们使用具有容错功能的电子和电气系统来取代原始液压和机械部件。线路控制操作包括所有汽车控制应用中的相关技术，如从转向到加速和制动。
第四，MOST总线:1996年，宝马、戴姆勒克莱斯勒等公司合作研究了基于D2B(家庭数字)总线的MOST总线技术。信息娱乐控制单元通过光缆以环形结构交换数据，但传输只能朝一个方向进行。大多数公交车没有正式标准；通信速度高达150mbitt /s;实时处理图像和声音；可使用星形拓扑和环形拓扑，环形拓扑基本用于汽车应用。一个主节点和几个节点负责与外部信息的交互和网络的控制和管理，可以提供一个或多个网络功能；总线网络上最多可以有64个节点。在MOST总线网络传输中，每个传输块包含16个数据帧，每个数据帧包含2字节控制数据字段。因此，每个块都有32字节控制报纸，可以传输控制命令、状态和诊断信息。总线报文由仲裁位、目的地址位、源地址位、报文类型、数据域、CRC验证位、响应位和保留位组成。数据域还包括功能块标识符、功能块实例、函数标识符、操作类型、报文标识符、报文长度和数据。其中，17字节中只有12字节用于数据域应用协议的数据格式；如果是多个消息，第一个字节也用作报纸计数，则只有11个字节用于参数传输。MOST总线主要用于汽车多媒体娱乐系统、汽车GPS导航系统、车载电话等，因为它传输数据量大，损耗小，速度快，抗干扰性强。
以上就是目前主要的四类汽车总线，下面简述汽车总线技术未来的发展方向：车载以太网。随着汽车电子技术不断发展，汽车的智能化网联化将成为未来汽车发展的必然趋势，智能网联汽车对汽车电子电气架构和功能的复杂度要求也越来越高，使得汽车对数据传输带宽有了更高的要求，同时也对通讯方式提出了新的需求。由于数据传输量有限，缺乏时间同步性，传统的CAN总线已经无法满足未来智能网联汽车发展的需求，但作为车载总线技术的骨干，CAN总线在未来仍将是车载总线不可缺少的一员。另一方面，车载以太网可以在单根非屏蔽双绞线上实现超过100mbit /s的数据传输速率。同时能够满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、通用性强、高性价比、带宽分配、低时延、实时同步和固有网络安全性的要求。在汽车网络中引入以太网是未来最有可能的发展趋势之一。车载以太网作为一种新型汽车总线技术，承载着智能网联汽车未来发展的希望，是实现智能网联汽车高速传输的关键技术。
上文简述了CAN、LIN、FlexRay、MOST四大总线和以太网，接下来将谈谈自己文献查阅过程中的体会。传统汽车总线技术有CAN、LIN、FlexRay和“新贵”以太网。科技水平日新月异，在智能网联汽车成为未来汽车发展的大趋势下，传统的汽车总线技术的带宽已然不能满足云计算、自动驾驶、等技术对于数据传输的需求，推动车载以太网的发展迫在眉睫，同时其他配套组件的开发优化和关键技术的应用也十分必要，汽车作为一个整体，任何一个模块、任何一个部件、任何一项技术的落后，都会导致汽车总体发展的停滞，唯当各个模块、各个领域、各项技术都相互适配时，汽车产业的发展水平才会得到质的飞跃。