在傳統(tǒng)汽車中，開關(guān)、繼電器、電磁儀表等與電子相關(guān)的零部件構(gòu)成了汽車電器，它們之間信息交互是建立在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電氣信號(hào)連接基礎(chǔ)上的。電氣信號(hào)的種類也局限于模擬信號(hào)和開關(guān)信號(hào)。實(shí)施信號(hào)連接的電線束，通常稱為線束。
汽車中電器的技術(shù)含量和數(shù)量是衡量汽車性能的一個(gè)重要標(biāo)志。汽車電器技術(shù)含量和數(shù)量的增加，意味著汽車性能的提高。但汽車電器的增加，同樣使汽車電器之間的信息交互橋梁———線束和與其配套的電器接插件數(shù)量成倍上升。在1955年平均一輛汽車所用線束總長(zhǎng)度為45米；而到了2002年，一輛汽車所用的平均線束總長(zhǎng)度達(dá)到了4000米。線束的增加不但占據(jù)了車內(nèi)的有效空間，增加了裝配和維修的難度，提高了整車成本，而且妨礙了整車可靠性的提高。
為了在提高性能與控制線束數(shù)量之間尋求一種有效的解決途徑，在20世紀(jì)80年代初，出現(xiàn)了一種基于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的車內(nèi)信息交互方式———車載網(wǎng)絡(luò)。
車載網(wǎng)絡(luò)采取基于串行數(shù)據(jù)總線體系結(jié)構(gòu)，這是業(yè)界的共識(shí)。在各種串行數(shù)據(jù)總線中，最常見的是PC機(jī)上的串口UART，因此最早的車載網(wǎng)絡(luò)是在UART的基礎(chǔ)上建立的，如通用汽車的E&C、克萊斯勒的CCD、福特的ACP、豐田的BENA等車載網(wǎng)絡(luò)都是UART在汽車上的應(yīng)用實(shí)例。UART在汽車上的成功應(yīng)用，標(biāo)志著汽車電器系統(tǒng)在融入汽車電子之后，再一次向汽車網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)。
由于汽車具有強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)背景，隨后車載網(wǎng)絡(luò)由借助通用微處理器/微控制器集成的通用串行數(shù)據(jù)總線，逐漸過(guò)渡到根據(jù)汽車具體情況，在微處理器/微控制器中定制專用串行數(shù)據(jù)總線，如CAN、LIN、Byteflight和FlexRay等都是為汽車定制的專用串行數(shù)據(jù)總線。20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)下屬的汽車網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)，為了規(guī)范車載網(wǎng)絡(luò)的研究設(shè)計(jì)與生產(chǎn)應(yīng)用，按網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率將車用總線劃分為A、B、C三類。車載網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)志著業(yè)界已接納車載網(wǎng)絡(luò)這一全新的技術(shù)，并使其進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。
現(xiàn)代車載網(wǎng)絡(luò)顯示了在現(xiàn)代汽車中從復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)到簡(jiǎn)單的座椅、車燈、車門控制，從集成了全球定位系統(tǒng)(GPS)的車載導(dǎo)航儀到單一的音響喇叭，處處可見網(wǎng)絡(luò)的蹤跡，網(wǎng)絡(luò)已成為各汽車電器/汽車電子之間的信息紐帶。
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展迅速
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，不但增強(qiáng)了汽車的性能，而且減少了線束的用量。2003年6月在南京菲亞特下線的“派力奧·周末風(fēng)”，由于采用了汽車整體車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而減少了23的線束，降低元件重量2.8千克。在“派力奧·周末風(fēng)”中，車載網(wǎng)絡(luò)將前照燈照明、前/后窗自動(dòng)玻璃清洗控制、轉(zhuǎn)向燈控制、后風(fēng)窗雨刮器、內(nèi)部照明系統(tǒng)、單點(diǎn)觸電動(dòng)窗自動(dòng)升降、電子防盜系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連為一體。
由于車載網(wǎng)絡(luò)不但增強(qiáng)了汽車性能，而且還降低了整車汽車電器/汽車電子系統(tǒng)的成本。為此收集了一些數(shù)據(jù)，希望從這些數(shù)據(jù)中能反映出車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程和現(xiàn)狀。
近兩年在中國(guó)生產(chǎn)，價(jià)格在8萬(wàn)元～20萬(wàn)元之間，采用車載網(wǎng)絡(luò)的轎車、SUV情況。價(jià)格在20萬(wàn)元以下的轎車屬于普及型轎車，但車載網(wǎng)絡(luò)卻在近兩年在中國(guó)生產(chǎn)的普及型轎車中占據(jù)了相當(dāng)大的比重，說(shuō)明車載網(wǎng)絡(luò)已在轎車中進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，它不再是高檔轎車獨(dú)享的專用高級(jí)技術(shù)。說(shuō)明CAN總線已成為普及型轎車車載網(wǎng)絡(luò)的主流。
在車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，通信介質(zhì)已日益引起關(guān)注，目前POF已得到大量應(yīng)用。此前德國(guó)寶馬汽車公司宣布在2002年3月上市的最高級(jí)新款轎車“BMW7”系列中采用了50米POF。它表明大量采用POF車載網(wǎng)絡(luò)的汽車已經(jīng)開始進(jìn)入實(shí)用階段。
數(shù)據(jù)通信對(duì)速度的要求是永無(wú)止境的。在車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，介質(zhì)的通信速度是制約車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和發(fā)展的一個(gè)重要因素。POF在汽車上的'成功應(yīng)用，不但推動(dòng)了以Byteflight、FlexRay和MOST等現(xiàn)有的以POF為介質(zhì)的高速車載網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，而且為下一代車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。隨著人類生活空間的拓展，IT融合于汽車之中是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而作為IT裝置之間實(shí)施信息交互媒介的網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)有更多類似于IEEE1394、Bluetooth等IT領(lǐng)域應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)向汽車滲透。
中國(guó)機(jī)會(huì)
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，面對(duì)中國(guó)巨大的轎車市場(chǎng)，世界上各大汽車制造商紛紛與國(guó)內(nèi)汽車制造廠合作生產(chǎn)轎車，并且所生產(chǎn)轎車的技術(shù)含量正逐漸與世界同步。據(jù)相關(guān)資料報(bào)道，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的轎車中，汽車電子在汽車中所占的比例及其汽車電子的技術(shù)含量已超過(guò)世界轎車的平均水平。
目前國(guó)際汽車工業(yè)廣泛采用系統(tǒng)開發(fā)、項(xiàng)目平臺(tái)、全球采購(gòu)、模塊化供貨等運(yùn)作方式。最近上海、浙江、廣東已在不同程度上起動(dòng)了汽車電子產(chǎn)業(yè)。政府的支持、市場(chǎng)的需求為中國(guó)汽車電子的發(fā)展提供了良好平臺(tái)。車載網(wǎng)絡(luò)是典型的實(shí)時(shí)嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而中國(guó)擁有較多的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員，提供了大量的人才儲(chǔ)備。這是中國(guó)汽車電子的發(fā)展機(jī)遇，也是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)車載網(wǎng)絡(luò)在中國(guó)的發(fā)展機(jī)遇。
在“十五”國(guó)家電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)支持下，由清華大學(xué)與北京客車廠等單位開發(fā)的燃料電池城市客車、天津清源電動(dòng)車輛股份有限公司等單位合作研發(fā)的XL純電動(dòng)轎車、由奇瑞汽車公司等合作單位研發(fā)的純電動(dòng)轎車都采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車載網(wǎng)絡(luò)。目前中國(guó)科學(xué)院電工研究所汽車電子應(yīng)用技術(shù)研究組在電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)支持下，專注于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車載網(wǎng)絡(luò)CAN總線塑膠光纖集線器的研發(fā)。賽弗CC6450BY采用了CAN總線標(biāo)志著車載網(wǎng)絡(luò)在中國(guó)自有品牌汽車中的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程開始了。
而車載網(wǎng)絡(luò)作為連接車內(nèi)機(jī)械、電器和電子信息的紐帶，是整車的核心技術(shù)，而國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的現(xiàn)狀將注定具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車載網(wǎng)絡(luò)的大量運(yùn)用還需要汽車企業(yè)和相關(guān)技術(shù)開發(fā)商付出大量的努力。
串行數(shù)據(jù)總線特點(diǎn)
在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，數(shù)據(jù)總線分為并行數(shù)據(jù)總線和串行數(shù)據(jù)總線，串行數(shù)據(jù)總線是將數(shù)據(jù)按bit流的方式通過(guò)一根或多根通信介質(zhì)實(shí)施信息交互的一種數(shù)據(jù)通信方式，它的特點(diǎn)是占用信道少、信息容量大。
日常生活中最常見的電視機(jī)紅外線遙控、以太網(wǎng)、ADSL、USB、RS232等都屬于串行數(shù)據(jù)總線范疇。它和電氣信號(hào)連接方式的本質(zhì)區(qū)別是信息容量大。由于串行數(shù)據(jù)總線占用信道少，因此它是內(nèi)嵌微處理器/微控制器智能零部件或設(shè)備與外界實(shí)施信息交互的主要方式，在通用微處理器/微控制器中一般集成了一種或數(shù)種串行數(shù)據(jù)總線。
·車載網(wǎng)絡(luò)的分類
車載網(wǎng)絡(luò)的分類有兩種方式：一種是基于傳統(tǒng)的SAE總線分類，另一種是新型專用總線。
傳統(tǒng)的SAE總線分類：A類面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常只有1Kbps-10Kbps，主要應(yīng)用于電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制；B類面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率一般為10Kbps-100Kbps，主要應(yīng)用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統(tǒng)，以減少冗余的傳感器和其他電子部件；C類面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，最高位速率可達(dá)1Mbps，主要用于懸架控制、牽引控制、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、ABS等系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化分布式控制和進(jìn)一步減少車身線束。
·POF特性
POF(PlasticOpticalFiber)是塑膠光纖的縮寫，它使用丙烯酸樹脂作為核心材料，其主要特性是：POF直徑比其他類型的光纖大，通信速度高，成本低，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)幾乎不考慮EMC問(wèn)題，材質(zhì)堅(jiān)韌不易斷裂，具有很強(qiáng)的強(qiáng)抗振動(dòng)和彎曲特性。但與石英光纖比較，其光傳輸損失較大，對(duì)長(zhǎng)距離傳輸不合適，是光傳輸最后100米解決方案的主力。由于車內(nèi)的通信距離有限，且振動(dòng)較強(qiáng)，因此POF的特性促使了它在汽車中的成功應(yīng)用。目前使用的線束，數(shù)據(jù)傳輸速度一旦超過(guò)500Kbps，其EMC問(wèn)題將成為設(shè)計(jì)的主要障礙。新開發(fā)的新型總線近年來(lái)，伴隨著汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的加快，又有許多新型總線被開發(fā)出來(lái)。由于面世時(shí)間較短，它們要么在理念上不成熟，要么缺乏實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，所以尚未被SAE接納吸收。
還有一些車用總線因其新穎的網(wǎng)絡(luò)屬性或獨(dú)特的應(yīng)用方式而受到重視。它們是：以ISO9141、ISO15765forCAN為代表的診斷總線；以MOST為代表的多媒體總線；以FlexRay、Byteflight為代表的X-by-wire技術(shù)及其在其他類型車載網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；IEEE1394、Bluetooth等IT網(wǎng)絡(luò)在汽車中的滲透。
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