汽车网络发展解析

2020-07-29来源: EEWORLD关键字:汽车网络

本文作者:安森美汽车业务副总裁Joseph Notaro


汽车系统不断演进,如果我们对比20年前,这些变化是非常显著的。以前,车辆主要是机械式的,带有一些液压制动子系统,电子设备仅限于简单的照明电路、点火系统和蓄电池充电。电子子系统之间进行直接的线束连接是可行的,虽然有些线束很复杂,但在当时这种方法是可管理的。


即使是在车内音响系统刚推出时,布线需求也相对简单,包括电源和与扬声器和天线的简单连接。在本世纪之交,汽车中的电子设备数量开始大幅增长,这是由车轮传感器(用于辅助牵引力控制和防抱死制动系统)以及碰撞传感器(用于展开安全气囊)驱动的。这导致了基于分布式电子控制单元(ECU)引入。


技术不断发展,高度可靠的电子系统为车辆提供安全性、效率和舒适性。通过向转向、制动、牵引力和扭矩系统提供动力辅助,帮助驾驶员保持对车辆的控制,比如包括电子稳定程序(ESP)、电动助力转向(EPS)、主动悬架和ABS都属于此类功能。另外,车辆中不太重要的系统,如照明、挡风玻璃雨刮器、门锁、车窗、天窗和日益复杂的信息娱乐系统也实现了电子控制,每个系统都有自己的控制模块,需要与整个车辆的其他系统进行通信。


最近,高级驾驶员辅助系统(ADAS)正添加到更多的车辆上,甚至包括入门级市场。这些复杂的系统采用多个复杂传感器,以提供各种各样的安全相关和便利性。


例如,支持ADAS的摄像头提供了额外的功能,例如360度视图协助停车。一些高端车辆现在有多达十几个摄像头。随着这些系统越来越依赖于摄像头来提供安全相关的功能,对更高分辨率的需求也在不断增加,这导致需要在整个车辆中可靠、安全地传输的数据量不断增加。


很明显,如果汽车制造商没有从最初的线束中走出来,汽车内部技术的扩展就不可能实现。然而,他们确实研究了多路复用和联网的方法,以提高连接性,同时减少系统之间的物理连接。


车载网络(IVN)协议


即使是入门级车辆现在也包含几十个ecu,产生数百个甚至数千个信号,需要在车辆周围进行路由。一个线束,连同其相关的连接器,能够将所有的电力和数据信号传送到现代车辆上,这是大、重、复杂和昂贵,这是不切实际的。此外,每个线束将完全定义为一系列车辆中的一个车型。车联网解决了这些问题,但它有自己的设计考虑。


ECU及其相关系统的要求差别很大,这取决于设备类型及其功能。诸如速度和带宽、允许的抖动和响应时间(延迟)以及冗余级别等参数都有很大的不同,并且都会对连接要求以及网络协议等产生影响。例如,构成ADAS系统一部分的前向摄像头不断地传输大量的高度关键的数据,而提供燃油油位信息的传感器仅相对不频繁地发送简单的数据包。


随着时间的推移,许多不同的汽车网络解决方案持续发展,以配合车辆内数据传输的需求。


本地互联网络(LIN):这是相对较低的带宽,提供高达20 kbps的速度,因此主要用于成本和简单性是主要驱动因素的子系统。


控制器局域网(CAN):该标准由Bosch在20世纪80年代开发,并于1994年成为ISO标准,是应用最广泛的车辆网络,每年有数亿个节点。提供高达1 Mbps的速度,主要用途是将ECU连接到各种传感器。CAN提供多路复用功能,允许传感器在一个或多个ECU之间共享。CAN使用一对简单的双绞线铜线,与传统的布线机方法相比,可将所需的电线数量减少40%。


FlexRay通信总线:由于CAN受到其速度的限制,FlexRay协议的开发旨在为有线驱动和线控转向等应用提供高达10 Mbps的网络速度,FlexRay协议可以适应多种网络拓扑。


MOST总线:这一专有标准,开发用于传输音频、视频、语音和数据信号,提供高达150Mbps的速度。


这些协议不断发展,以满足现代车辆不断变化(和更高要求)的需求。例如,Bosch在2012年的国际CAN大会上展示了新版本的CAN,被称为CAN-FD,结合了CAN的核心特性,具有更高的数据速率和更大的数据有效负载。


车辆网络内的分层


在网络延迟和响应能力方面,车辆中不同的子系统有不同的需求。这将影响车辆网络协议的选择。例如,有线转向信号的重要性高于更改无线电频道的请求,并且必须适当配置网络。


通常,一辆车被分成几个领域,这些领域将不同的特性、功能和需求分组。出于安全、排放和立法原因,两个常见领域——动力传动系统(发动机和变速器的控制)和底盘(悬架、转向和制动的控制)通常具有“硬实时”响应要求。动力传动系统包括保持发动机的最高能量控制水平,以及达到最高的污染物控制水平。这种控制水平要求传感器的快速采样(以毫秒为单位)、相对大功率的微控制器以及与其他领域频繁的数据交换。


底盘领域是至关重要的安全,因为这包括稳定功能,ABS和越来越多的线控转向。数据要求与动力传动系统领域的数据要求相似,安全方面引入了可以使用时间触发或确定性联网技术。在车身领域内有各种各样的功能,包括车灯、车窗、车门、气候控制、挡风玻璃雨刮器等等,这些功能倾向于在它们之间交换相对较小的信息包,主要是对来自车辆乘员的输入做出响应。


远程通信/信息娱乐是车辆通信的一个日益重要的方面,包括导航系统、免提电话、音频系统和远程诊断。这个领域不是由时间敏感的消息驱动的,而是由多媒体数据流驱动的,其中信号完整性和数据隐私是最重要的要求。随着车辆之间以及与周围世界的联系越来越紧密,无线通信和相关安全在这里变得越来越重要。


虽然动力传动系统、底盘、车身和远程信息处理是四个主要领域,但安全功能(如碰撞传感器、安全气囊展开、车道偏离警告、自适应巡航控制(ACC)和驾驶员监控)的增加导致了另一个领域的定义,现在通常称为“主动和被动安全”。


车辆网络的未来


车辆功能开发和添加的速度对许多现有网络协议的性能提出了挑战。汽车制造商正在寻找未来汽车电子技术的发展方向。


随着车辆复杂性的不断增加,与其他车辆和周边基础设施(如智能城市)的通信变得普遍,因此车辆结构将发生变化。以太网很可能将成为车辆网络的主流技术,促进从基于信号的通信向面向服务的体系结构的过渡。


以太网经常被认为是未来车辆网络的一个可能的选择,因为它带来了在整个车辆中围绕单一网络标准进行统一的潜力。以太网有许多优点,尤其是它已经建立并被广泛理解,有现成的组件供应和相关的规模经济,可用带宽在千兆位,并且正在开发10 Gbps。


以太网作为车辆网络解决方案的一个问题是其延迟,这使得它不太适合安全关键型应用。然而,最新的如10BASE-T1S,是一个10Mbps的无冲突标准,通过一个双绞线传输,内置仲裁用于节点访问和实时性保证,正在为车辆网络技术的未来铺平道路。

关键字:汽车网络 编辑:冀凯 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qcdz/ic504751.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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