第六章車載網絡系統智能網聯汽車概論1.熟知車載網絡系統的類型與特點。2.掌握車載網絡系統的分類、特點、應用。3.掌握汽車的車載網絡系統從LIN、CAN總線到Flexray、以太網區別與聯系學習目標學習內容

汽車網絡系統概述

車載網絡的類型一、汽車網絡系統概述汽車網絡系統主要由車載網絡、車載自組織網絡以及車載移動互聯網絡組成，如圖6-1所示。其中以車內總線通信為基礎的是車載網絡；以短距離無線通信為基礎的是車載自組織網絡；以遠距離無線通信為基礎的是車載移動互聯網絡。圖6-1汽車網絡系統的組成

（一）汽車網絡系統類型（1）以車內總線通信為基礎的車載網絡系統見圖6-2所示。

圖6-2車載網絡系統圖6-2車載網絡系統1）A類低速網絡。傳輸速率一般小于（千比特每秒)，主流協議是LIN（局域互聯網絡），主要用于電動門窗、電動座椅、照明系統等。2）B類中速網絡。傳輸速率在之間，對實時性要求不太高，主要面向獨立模塊之間數據共享的中速網絡；主流協議是低速CAN（控制器局域網絡），主要用于故障診斷、空調、儀表顯示。3）C類高速網絡。傳輸速率在之間，對實時性要求高，主要面向高速、實時閉環控制的多路傳輸網；主流協議是高速CAN、FlexRay（服樂克思睿）等，主要用于發動機控制、ABS、ASR、ESP、懸架控制等。4）D類多媒體網絡。傳輸速率在之間，網絡協議主要有MOST、以太網、藍牙、ZigBee技術等，主要用于要求傳輸效率較高的多媒體系統、導航系統等。5）E類安全網絡。傳輸速率為，主要面向汽車安全系統的網絡。

（2）車載自組織網絡是基于短距離無線通信技術自主構建的V2V、V2I、V2P之間的無線通信網絡，實現V2V、V2I、V2P之間的信息傳輸，使車輛具有行駛環境感知、危險辨識、智能控制等功能，并能夠實現V2V、V2I之間的協同控制，見圖6-3所示。圖6-3車載自組織網絡

（3）車載移動互聯網是基于遠距離通信技術構建的車輛與互聯網之間連接的網絡，實現車輛信息與各種服務信息在車載移動互聯網上的傳輸，使智能網聯汽車用戶能夠開展商務辦公、信息娛樂服務等，見圖6-4所示。圖6-4車載移動互聯網

（二）汽車網絡的特點（1）復雜化。智能網聯汽車電控系統的網絡體系結構復雜，它包含多達數百個ECU通信節點，ECU被劃分到十幾個不同的網絡子系統之中，由ECU產生的需要進行通信的信號個數多達數千個。（2）異構化。為滿足各個功能子系統對網絡帶寬、實時性、可靠性和安全性的不同需求，CAN、LIN、FlexRay、MOST、以太網、自組織網絡、移動互聯網等多種網絡技術都將在智能網聯汽車上得到應用，因此，不同網絡子系統中所采用的網絡技術之間存在很大程度的異構性。（3）網關互連的層次化架構。智能網聯汽車電控系統和先進駕駛輔助系統的網絡體系結構具有層次化特點，它同時包括同一網絡子系統內不同ECU之間的通信和兩個或多個網絡子系統所包含的ECU之間的跨網關通信等多種情況。如防碰撞系統功能的實現依賴于安全子系統、底盤控制子系統、車身子系統以及V2V、V2I、V2P之間的交互和協同控制。（4）通信節點組成和拓撲結構是變化的。智能網聯汽車需要實現V2V、V2I、V2P之間的通信，它的網絡體系結構中包含的通信節點和體系結構的拓撲結構是變化的。

二、

車載網絡車載網絡系統主要由CAN、LIN、FlexRay、MOST、以太網等組成，見圖6-5所示。圖6-5車載網絡系統的組成

（一）CAN總線網絡（1）CAN總線定義CAN是控制器局域網絡（ControllerAreaNetwork）的簡稱，是德國博世公司在1985年時為了解決汽車上眾多測試儀器與控制單元之間的數據傳輸，而開發的一種支持分布式控制的串行數據通信總線，見圖6-6所示。目前，CAN總線已經是國際上應用最廣泛的網絡總線之一，它的數據信息傳輸速率最大為1Mbit/s，屬于中速網絡，通信距離（無須中繼）最遠可達10km。圖6-6車載CAN總線

（2）CAN總線特點CAN總線采用雙絞線作為傳輸介質，媒體訪問方式為位仲裁，是一種多主總線，見圖6-7所示。圖6-7車載CAN總線的結構

CAN總線具有如下特點：1）多主控制：在總線空閑時，所有單元都可開始發送消息；最先訪問總線的單元可獲得發送權；多個單元同時開始發送時，發送高優先級ID(標識符)消息的單元可獲得發送權。2）消息的發送：在CAN協議中，所有的消息都以固定的格式發送；總線空閑時，所有與總線相連的單元都可以開始發送新消息；兩個以上的單元同時開始發送消息時，對各消息ID的每個位進行逐個仲裁比較；仲裁獲勝（被判定為優先級最高）的單元可繼續發送消息，仲裁失利的單元則立刻停止發送而進行接收工作。3）系統的柔軟性：與總線相連的單元沒有類似于“地址”的信息；因此在總線上增加單元時，連接在總線上的其他單元的軟硬件及應用層都不需要改變。4）高速度和遠距離：當通信距離小于40m時，CAN總線的傳輸速率可以達到1Mbit/s；通信速度與其通信距離成反比，當其通信距離達到10km時，其傳輸速率仍可以達到約5kbit/s。5）遠程數據請求：可通過發送“遙控幀”請求其他單元發送數據。6）錯誤檢測功能、錯誤通知功能、錯誤恢復功能。7）故障封閉：CAN總線可以判斷出錯誤的類型是總線上暫時的數據錯誤（如外部噪聲等）還是持續的數據錯誤（如單元內部故障、驅動器故障、斷線等）；當總線上發生持續的數據錯誤時，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。8）連接：CAN總線可以同時連接多個單元，可連接的單元總數理論上是沒有限制的；但實際上可連接的單元數受總線上的時間延遲及電氣負載的限制；降低傳輸速率，可連接的單元數增加；提高傳輸速率，則可連接的單元數減少。

（3）CAN總線應用

根據CAN總線的傳輸速度不同，應用范圍就不同，可分為高速CAN和低速CAN。高速CAN是動力型，速度為500kbps，控制ECU、ABS等；低速CAN是舒適型，速度為125Kbps，主要控制儀表、防盜等，見圖6-8所示。圖6-8CAN總線的應用

（二）LIN總線網絡（1）LIN總線定義LIN是局部連接網絡（LocalInterconnectNetwork）的簡稱，也被稱為局域網子系統，是專門為汽車開發的一種低成本串行通信網絡，用于實現汽車中的分布式電子系統控制，見圖6-9所示。LIN網絡的數據傳輸速率為20kbit/s，屬于低速網絡，媒體訪問方式為單主多從，是一種輔助總線，輔助CAN總線工作；使用LIN總線可大大降低成本。圖6-9車載LIN總線

（2）LIN總線特點1）LIN總線的通信是基于SCI數據格式，媒體訪問采用單主節點、多從節點的方式，數據優先級由主節點決定，靈活性好；2）一條LIN總線最多可以連接16個節點，共有64個標識符；3）LIN總線采用低成本的單線連接，傳輸速率最高可達20kbit/s；4）不需要進行仲裁，同時在從節點中無須石英或陶瓷振蕩器，只采用片內振蕩器就可以實現自同步，從而降低硬件成本；5）幾乎所有的MCU（微控制單元）均具備LIN所需硬件，且實現費用較低；6）網絡通信具有可預期性，信號傳播時間可預先計算；7）通過主機節點可將LIN與上層網絡（CAN）相連接，實現LIN的子總線輔助通信功能，從而優化網絡結構，提高網絡效率和可靠性；8）LIN總線通信距離最大不超過40m。

（3）LIN總線應用LIN網絡主要應用于車窗、門鎖、開關面板、后視鏡等，見圖6-10所示。圖6-10LIN總線的應用

（三）FlexRay總線網絡（1）FlexRay總線定義FlexRay是一種用于汽車的高速可確定性的、具備故障容錯的總線系統。目前汽車中的控制器件、傳感器和執行器之間的數據交換主要是通過CAN網絡進行的。然而新的線控技術（X-by-wire）系統設計思想的出現，導致車輛系統對信息傳送速度尤其是故障容錯與時間確定性的需求不斷增加；FlexRay通過在確定的時間槽中傳送信息，以及在兩個通道上的故障容錯和冗余信息的傳送，可以滿足這些新增加的要求。

（2）FlexRay總線特點1）數據傳輸速率高。最大傳輸速率可達到10Mbit/s，雙通道總數據傳輸速率可達到20Mbit/s，因此，應用在車載網絡上，FlexRay的網絡帶寬可以是CAN網絡的20倍；2）可靠性好。具有冗余數據傳輸能力的總線系統使用兩個相互獨立的信道，每個信道都由一組雙線導線組成；一個信道失靈時，該信道應傳輸的信息可在另一條沒有發生故障的信道上傳輸；此外，總線監護器的存在進一步提高了通信的可靠性；3）確定性。確定性數據傳輸用于確保時間觸發區域內的每條信息都能實現實時傳輸；4）靈活性。靈活性是FlexRay總線的突出特點，體現在以下方面：支持多種方式的網絡拓撲結構，點對點連接、串級連接、主動星形連接、混合型連接等；信息長度可配置，可根據實際控制應用需求，為其設定相應的數據載荷長度；雙通道拓撲既可用于增加帶寬，也可用于傳輸冗余的信息；周期內靜態、動態信息傳輸部分的時間都可隨具體應用而改變。

（3）FlexRay總線應用1）替代CAN總線。數據傳輸速率要求超過CAN的應用，FlexRay替代多條CAN總線；2）用做“數據主干網”。數據傳輸速率高，且支持多種拓撲結構，非常適合于車輛主干網絡，連接多個獨立網絡；3）用于分布式測控系統。分布式測控系統用戶要求確切知道消息到達時間，且消息周期偏差非常小，如動力系統、底盤系統的一體化控制中；4）用于高安全性要求的系統。FlexRay本身不能確保系統安全，但它具備大量功能以支持面向安全的系統設計，FlexRay總線的應用見圖6-11所示。圖6-11FlexRay總線的應用

（四）MOST總線網絡（1）MOST總線定義

MOST（多媒體定向系統傳輸）總線是使用光纖或雙絞線作為傳輸介質的環形網絡，可以同時傳輸音/視頻流數據、異步數據和控制數據，支持高達150Mbit/s的傳輸速率。MOST25是第1代總線標準，最高可支持24.6Mbit/s的傳輸速率，以塑料光纖作為傳輸介質；第2代標準MOST50的傳輸速率是MOST25的2倍，采用塑料光纖、非屏蔽雙絞線作為傳輸介質；第3代標準MOST150，不僅最高可支持147.5Mbit/s的傳輸速率，還解決了與以太網的連接等問題，MOST150將成為MOST總線技術發展的趨勢。

（2）MOST總線特點1）保證低成本條件下，最高可以達到147.5Mbit/s的速率；2）無論是否有主控計算機都可以工作；3）支持聲音和壓縮圖像的實時處理；4）支持數據的同步和異步傳輸；5）發送/接收器嵌有虛擬網絡管理系統；6）支持多種網絡連接方式，提供MOST設備標準；7）通過采用MOST，可以減輕線束的質量；8）光纖網絡不會受到電磁輻射干擾與搭鐵環的影響。

（3）MOST總線應用主要用于車載電視、車載電話、車載CD、車載互聯網、DVD導航等系統的控制；用在車載攝像頭等行車系統，見圖6-12所示。圖6-12MOST總線應用

四種常用總線網絡傳輸速率與成本的比較見圖6-13所示。圖6-13四種常用總線網絡傳輸速率與成本的比較

（五）以太網

（1）以太網總線定義以太網（Ethernet）是由美國施樂（Xerox）公司創建，并由施樂、英特爾（Intel）和數字裝備（DEC）公司聯合開發的基帶局域網規范，是當今現有局域網采用的最通用的通信協議標準。以太網包括標準以太網（10Mbit/s）、快速以太網（100Mbit/s）、千兆以太網（1000Mbit/s）和萬兆以太網（10Gbit/s），見圖6-14所示。圖6-14以太網的組成

（2）以太網總線特點1）數據傳輸速率高。最大傳輸速率能達到10Gbit/s，并且還在提高，比任何一種現場總線都快；2）應用廣泛。以太網是一種標準的開放式網絡，不同廠商的設備很容易互聯；3）容易與信息網絡集成，有利于資源共享。由于具有相同的通信協議，以太網能實現與Internet的無縫連接，方便車輛網絡與地面網絡的通信；4）支持多種物理介質和拓撲結構。