汽车通信的应用设计 你了解多少？

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一、汽车EE架构从分布式向域集中变化，推动通信架构升级

电子电气架构在2007年由德尔福(DELPHI)首先提出E/E架构的概念，具体就是在功能需求、法规和设计要求等特定约束下，把汽车里的传感器、中央处理器、电子电气分配系统、软件硬件通过技术手段整合在一起;通过这种结构，将动力总成、传动系统、信息娱乐系统等信息转化为实际的电源分配的物理布局、信号网络、数据网络、诊断、电源管理等电子电气解决方案。

目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同。按照系统的复杂程度、通信速率、必要的动作响应速度、工作可靠性等方面的因素，美国汽车工程师学会(SAE)将汽车数据传输网划分为A、B、C、D和E共5类。下表为汽车数据传输网的类型：

车载网络系统的分类

A类网络

A类网络是应用在“控制模块与智能传感器或智能执行器”之间的通信网络(子总线)。

该类网络特点是低传输位速率、低成本，A类的网络通信大部分采用UART(UniversalAsynchronous Receiver Transmitter，通用异步收发器)标准，目前还在应用的主要是LIN协议、TTP/A协议和丰田专用BEAN协议等。

B类网络

主要应用的B类总线标准有三种：低速CAN、J1850和VAN。

低速CAN是B类总线的国际标准，以往广泛适用于美国车型的J1850正逐步被基于CAN总线的标准和协议所取代。

C类网络

由于高速总线系统主要用于与汽车安全相关，以及实时性要求比较高的地方，如动力系统等，所以其有高传输速率，通常在“125kbit/s～1Mbit/s”之间。可支持实时的周期性的参数传输，高速网络主要用于动力控制系统、电子制动系统等。

D类网络

汽车信息娱乐和远程信息设备，特别是汽车导航系统，需要功能强大的操作系统和连接能力。目前主要应用的几种D类总线协议见下表。

汽车多媒体网络和协议分为三种类型，分别是低速、高速和无线，对应SAE的分类相应为IDB-C、IDB-M和IDB-W，其传输速率为250kbit/s～100Mbit/s。

低速用于远程通信、诊断及通用信息传送，IDB-C按CAN总线的格式以250kbit/s的位速率进行信息传送。

高速主要用于实时的音频和视频通信，如MP3、DVD和CD等的播放，所使用的传输介质是光纤。

无线通信方面，采用蓝牙规范。

E类网络

E类网络主要面向乘员的安全系统，其主要用于“安全气囊系统”。主要作用为：连接气囊、控制电脑、加速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供最佳保障。目前已有一些公司研制了相关的总线和协议，典型的安全总线标准如宝马公司的Byteflight。

Byteflight协议基于灵活的时分多路TDMA协议，以10Mbit/s的速率传送数据，光纤可长达43m。不仅可以用于安全气囊系统的网络通信，还可用于X-by-Wire系统的通信和控制。其结构能够保证以一段固定的等待时间专门用于来自安全元件的高优先级信息。利用Byteflight可以连接和收集前座保护气囊、后座保护气囊以及膝部保护气囊等安全装置的信号。在紧急情况下，这种决定性的措施对安全发挥最佳的保护效果。

车载网络系统在汽车上的应用

车载网络系统在汽车上的应用非常多，按照应用系统加以划分的话，车载网络大致可以分为4个系统：动力传动系统、车身系统、安全系统和信息系统。

动力传动系统

在动力传动系统内，利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来，在将汽车的主要因素——行驶、停止与转弯这些功能用网络连接起来时，就需要高速网络。

动力CAN数据总线连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑。在动力传动系统中，数据传递应尽可能快速，以便能及时利用数据，所以需要一个高性能的发送器。

CAN数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中，但在特殊情况下，连接点也可能设在发动机电控单元内部。

车身系统

与动力传动系统相比，汽车上的各处都配置有车身系统的部件，线束长，容易受到干扰。防干扰的措施是尽量降低通信速度，通过增加节点的数量，保证通信速度不受影响。在车身系统中，因为担负着人机接口作用的模块、节点的数量增加，所以与性能(通信速度)相比，更倾向于注重成本。

安全系统

安全系统是指根据”多个传感器的信息“使安全气囊启动等的控制系统。由此使用的节点数将急剧地增加。对此系统的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。

信息(娱乐、ITS)系统

对信息系统通信总线的要求是容量大、通信速度非常高。面向21世纪的控制系统、高速车身系统及主干网络等，意味着将会有不同的网络并存，为了实现即插即用，都将各个局域网与总线相连，根据汽车的平台选择并建立所需要的网络。典型的车用网络如下图所示：

车机系统使用更多的有8MHz等频率，更不用说到5G、和C-V2X技术使用更多的晶振产品啦，以前一台传统汽车所使用的晶振产品数量为30~40颗晶振产品，但随着汽车产品的不断发展，现在新能源智能汽车大概为100颗左右，估计随着自动驾驶技术的成熟性，后续单车用量可能达到130颗以上

汽车行业发展越来越快了，从传统汽车到新能源汽车到智能汽车，汽车技术日新月异，汽车之间通信技术你了解多少呢?而汽车通信技术与晶振产品技术又有什么关系呢?下面介绍汽车通信与晶振产品更深层次的关系。

CAN

CAN(Controller Area Network)全称为“控制器局域网”，是1983年德国BOSCH公司研发的一种共享式双线串行通信总线，最高传输速率为1MBit/s，具有非破坏性仲裁，分布式实时控制，可靠的错误处理和检测机制等特性。并且ISO标准化组织将CAN通信进行了标准化，因此，目前CAN网络是车载通信的主干网。CAN网络的优势是成本低，可靠性高，可以用于汽车动力系统、底盘和车身电子领域。不足之处是CAN总线属于共享式总线，通信速率相对较低，不能满足汽车总线带宽日益增加的需求。

CAN FD

CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)是BOSCH公司2011年发布的CAN替代总线，在继承了CAN总线的绝大多数特性的同时，弥补了CAN总线在带宽和数据长度的不足，将数据位最大的字节数提高至64字节，最高通讯速率可达8MBit/s甚至更高，显著提高了通信速率，降低总线负载。CAN FD可以兼容传统CAN网络，因此，目前车内的控制网络正逐步的由CAN网络向CAN FD网络迁徙。

LIN

LIN(Local Interconnect Network)通信技术于2001年运用于汽车工业，作为CAN网络的一种补充，属于一种低成本的串行总线技术，LIN总线网络采用单主多从的模式架构，使用单信号线进行传输，主、从节点间的通信有具体的规则，只有主节点需要，从节点才能发送信息，不需要总线仲裁。LIN总线最主要的优势在于相比CAN总线更为低廉的成本，带宽仅有不到20Kbps，多应用于带宽要求不高的系统，如大灯、门锁、电动座椅、灯光等上面。

Flex Ray

Flex Ray于2005年应用于汽车领域，是继CAN和LIN之后的新一代汽车控制总线技术，属于共享式总线技术，带宽可达10Mbps，是一种具备时间可确定性的、分布式时钟同步的、故障容错的总线标准。Flex Ray的主要优势在于相比CAN总线具有较高的带宽，可以满足汽车关键应用的要求，但是同样作为共享式总线技术，其成本却很高，仅适用于豪华车中的线控系统(如悬挂控制、换挡控制、刹车控制、转向控制等)。

MOST

MOST(Media Oriented Systems Transport)是由德国MOST合作组于2001年制定的一个针对汽车领域的多媒体应用通信标准，以解决传统总线不适用于汽车娱乐信息传输的不足。由于MOST通信物理层使用的是光纤传输，采用环形网络拓扑结构，其线束质量轻、抗干扰性强、带宽高、信号衰减少，而最新的MOST-150标准速率可达150MBit/s，可同时传输音像流数据、文本数据等。目前，MOST的带宽性能能够满足汽车的需求，但是它的扩展性差，技术开发周期长，专利技术成本昂贵，难以得到普及，也仅仅应用于中高端车中。

LVDS

LVDS(Low Voltage Differential Signaling)低压差分信号，虽然不是专门为汽车领域设计的，但是它相比于MOST技术有着更低的成本，且最高带宽可达655MBit/s，受到众多普通厂商的青睐，被视为MOST技术的替代产品。但是LVDS技术也有比较严重的缺陷，为了满足汽车严格的电磁兼容(EMC)、电磁干扰(EMI)等要求，它的传输线缆增加了较厚的传输屏蔽层，增加了车重，并且在传输协议上，LVDS属于点对点的图像传输技术，每个接口只能有一个摄像头或者一个视频输出口，严重限制了扩展功能。

TTP/C

TTP/C 是一种基于时分多址方式(TDMA)的时间触发通信协议，主要用于安全关键领域，例如航空电子设备或汽车领域 X-by-Wire 应用，最高传输速度为10 Mb/s，TTP/C 专为满足最高安全要求而开发因此不兼容事件触发系统.TTP/C协议具有严格的时间确定性和完备的容错策略，十分适合作为航空、汽车、铁路等安全关键领域的通用底层解决方案。

以太网(Ethernet)

以太网，准确的说是车载以太网，是一种用以太网连接车内电子单元的新型局域网技术，与传统以太网使用4层非屏蔽双绞线电缆不同，车载以太网在单对非屏蔽双绞线上可实现100Mbit/s，甚至1Gbit/s的传输速率，同时还满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟以及同步实时性等方面的要求。车载以太网同时支持AVB、TCP/IP、DOIP、SOME/IP等多种协议或应用形式。

AVB

AVB(Ethernet Audio Video Bridging)-以太网音视频桥接技术，AVB是对传统以太网功能的扩展，通过增加精确时钟同步、带宽预留等协议增强传统以太网音视频传输的实时性，是极具发展潜力的网络音视频实时传输技术;SOME/IP则规定了车载摄像头应用的视频通信接口要求，可应用于车载摄像头领域，并通过API实现驾驶辅助摄像头的模式控制。