第六節 汽車對通信網絡的要求及應用

一、汽車多個ECU之間的典型網絡布局

汽車多個ECU之間的網絡布局常見的有分級式和分開式兩種。

1．分級式

采用J1939標準的分級式，將整個網絡分成不同功能層級，并用特制的微機對不同層級進行處理和控制。分級式網絡布局如圖1-47所示。這種網絡布局具有超過30個ECU的容量。

2．分開式

采用J1587/J1708標準的分開式網絡布局如圖1-48所示。在這種網絡布局中，各個網絡都有自己的操作系統，相互之間用橋接器來處理多個ECU之間的通信。

二、汽車對通信網絡的要求

連接到車載網絡的各個ECU按需要從總線上接收最新的信息以操縱各個系統。例如，與發動機轉速傳感器相匹配的發動機ECU，將發動機轉速數據連續饋送至總線，其他幾個需要發動機轉速數據的ECU，只需從總線上接收發動機轉速數據即可。接收ECU接收到的最新數據為現行數據，實際實施中，每當ECU接收到數據，就將這些數據存儲在RAM區，并將這些數據按各自的類型賦值，因此，RAM總有一個更新了的數據復制并存儲在其中，再通過對這些數據的應用，使ECU獲取最新的數據。

汽車內ECU之間與辦公用微機之間的數據傳輸特征不盡相同，主要差別在于傳輸頻率。汽車內ECU之間的數據傳輸頻率是變化的，在一個完善的汽車電子控制系統中，許多動態信息必須與車速同步。為了滿足各子系統的實時性要求，有必要對汽車公共數據實行共享，如發動機轉速、車輪轉速、加速踏板位置等。但每個ECU對實時性的要求是因數據的更新速率和控制周期不同而不同的。例如，一個8缸柴油機運行在2400r/min，則ECU控制兩次噴射的時間間隔為6.25ms，其中，噴射持續時間為30°的曲軸轉角（2ms），在剩余的4ms內需完成轉速測量、油量測量、A-D轉換、工況計算、執行器的控制等一系列過程，這就意味著數據發送與接收必須在0.25ms內完成，才能達到發動機電控的實時性要求。這就要求其數據交換網是基于優先權競爭的模式，且本身具有極高的通信速率，CAN現場總線正是為滿足這些要求而設計的。不同參數應具有不同的通信優先權，表1-17列出了幾個典型參數允許響應時間。

三、車載網絡系統在汽車上的應用

車載網絡系統在汽車上的應用非常多，按照應用系統加以劃分的話，車載網絡大致可以分為4個系統：動力傳動系統、車身系統、安全系統和信息系統。車載網絡系統的應用等級如圖1-49所示。

1．動力傳動系統

在動力傳動系統內，利用網絡將發動機艙內設置的模塊連接起來，在將汽車的主要因素——行駛、停止與轉彎這些功能用網絡連接起來時，就需要高速網絡。動力傳動系統模塊的位置比較集中固定在一處。從歐洲汽車廠家的示例來看，動力傳動系統對節點的數量也是限制的。

動力CAN數據總線連接3塊電腦，它們是發動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數據總線可以連接安全氣囊、四輪驅動與組合儀表等電腦）。總線可以同時傳遞10組數據，發動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組、自動變速器電腦2組。數據總線以500kbit/s的速率傳遞數據，每一數據組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7～20ms發送一次數據。優先權順序為ABS/EDL電控單元、發動機電控單元、自動變速器電控單元。

在動力傳動系統中，數據傳遞應盡可能快速，以便能及時利用數據，所以需要一個高性能的發送器。高速發送器會加快點火系統間的數據傳遞，能使接收到的數據立即應用到下一個點火脈沖中去。CAN數據總線連接點通常置于控制單元外部的線束中，但在特殊情況下，連接點也可能設在發動機電控單元內部。

2．車身系統

與動力傳動系統相比，汽車上的各處都配置有車身系統的部件，線束長，容易受到干擾。防干擾的措施是盡量降低通信速度，通過增加節點的數量，保證通信速度不受影響。在車身系統中，因為擔負著人機接口作用的模塊、節點的數量增加，所以與性能（通信速度）相比，更傾向于注重成本，對此，人們正在摸索更廉價的解決方法，目前常常采用直連總線及輔助總線。

舒適CAN數據總線連接5個控制單元（包括中央控制單元及4個車門的控制單元），有5個功能：中央門鎖、電動窗、照明開關、后視鏡加熱及自診斷功能。控制單元的各條傳輸線以星狀形式匯聚一點，這樣做的好處是，如果一個控制單元發生故障，其他控制單元仍可發送各自的數據。

該系統使經過車門的導線數量減少，線路變得簡單。如果線路中某處出現對地短路、對正極短路或線路間短路，CAN系統會立即轉為應急模式運行或轉為單線模式運行。4個車門控制單元都由中央控制單元控制，只需較少的自診斷線。

數據總線以62.5kbit/s的速率傳遞數據，每一組數據傳遞大約需要1ms，每個電控單元20ms發送一次數據。優先權順序為：中央控制單元、駕駛人側車門控制單元、前排乘客側車門控制單元、左后車門控制單元、右后車門控制單元。由于舒適系統中的數據可以用較低的速率傳遞，所以發送器性能比動力傳動系統發送器的性能低。

3．安全系統

安全系統是指根據多個傳感器的信息使安全氣囊啟動等的控制系統。由此使用的節點數將急劇地增加。對此系統的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。

4．信息（娛樂、ITS）系統

對信息系統通信總線的要求是容量大、通信速度非常高。因此，業內人士正在討論通信媒體應該采用光纖還是應該采用銅線。

除上述所介紹的系統之外，還有面向21世紀的控制系統、高速車身系統及主干網絡等，這就意味著將會有不同的網絡并存，因此就要求網絡之間可以互相連接，也可以斷開。為了實現即插即用，都將各個局域網與總線相連，根據汽車的平臺選擇并建立所需要的網絡。典型的車用網絡如圖1-50所示。