启飞汽车

摘要

    总线技术应用于汽车电气系统中, 实现了车载电气系统的自动化, 所以总线技术在车载电气系统中的应用引起了广泛关注。本文首先简要分析了汽车电气系统中总线技术的形成和发展, 然后对CAN、LIN、MOST以及FlexRay四种总线技术进行了深入分析, 并且细致讨论了其优缺点和未来发展方向。

一、汽车电气系统中总线技术的形成和发展

    汽车电气系统中的总线是信号线的集合, 即汽车内的电脑系统传输车内子系统信号。它的作用是描述电子信号, 从而让不同的子信号之间能够进行传输, 最终实现通讯功能。总线技术有助于提高通讯质量, 然而大众对总线技术的期望却越来越高。汽车总线技术最开始应用于高端汽车, 但是如今已经普及到大众汽车当中。随着信息技术和互联网的发展, 汽车电气系统中的总线技术还有很大的提升空间。
    当下常见的总线技术主要有CAN、LIN、MOST和Flex Ray, 虽然, 汽车总线技术种类很多, 每种总线技术都有其优点, 但是具有多种优点的综合性总线技术还没有形成。汽车电气系统总线技术未来发展方向是高速度、高精确度、低成本以及多功能。汽车电气系统总线技术虽然不是汽车配置的重要部分, 但是随着大众对互联网的依赖和高品质精神生活的需求以及对自动化设备的需要, 总线技术依然有很广阔的市场。

二、汽车电气系统中总线技术的应用

1.CAN总线技术

    CAN是控制器局域网技术的英文缩写, 其是汽车电气系统中总线技术中的一种。该技术起源于德国, 其优点是高速完成各个电子系统控制模块之间的数据通讯, 并且稳定性极高。CAN总线由四个部分构成, 分别是导线、控制器、收发器以及终端电阻 (两个终端电阻) , 每个部分都有自己的功能和作用。导线主要用于电信号的传输, 控制其用于翻译发送和接收到的信号, 收发器用于网络信息的接受和发送, 终端电阻与信号生效息息相关。如果电阻障碍, 则总线信号无法生存。通常情况下, 两个电阻分别放在终端的控制单元中, 为了避免电阻出现故障, 要巧妙设计汽车内的电气结构以保护电阻正常工作。
    CAN总线技术具有很多优点。第一, 传统的汽车总线技术一般都是点对点信息传输, 所以车内的传输线路比较多, 相对来说汽车内部的结构比较复杂。较之传统的总线技术而言, CAN总线技术既能够完成数据传输, 又能够持续优化总线系统。所以, CAN总线技术应用于汽车电气系统之后, 缩短了连接线长度, 减少了插件的数量, 从而降低了汽车成本。车载电气系统中电路简单则整洁性和安全性都会大幅度提升。第二, CAN总线达到了国际标准, 并且能够实现多主方式的工作模式。CAN总线系统在网络通讯过程中采用二进制数字信息, 每条信息都由开始域、状态域、空位、检查域、数据域、安全域、确认域和结束域八个部分组成。其自主性表现为不限制站点地址, 并且向节点发送或者接收信息时间具有任意性, 即随时随地可以向着目标节点进行信息传输。第三, CAN总线技术对网络信息进行了优化分级, 可以根据车主的需要来选择传输信息内容。这种总线技术就增加了人机交互需求, 可以根据车主的需要来进行个性化设计。第四, CAN总线技术传播速度非常快。传输速度高达1M/秒, 并且传播信息结构为短帧结构, 可以提高精确度, 降低数据出错概率。总之, CAN总线技术已经步入了国际化标准行列, 所以其将称为各类总线技术的参考标准。因此, CAN总线技术的发展方向是实现总线中各个组成部分的标准化, 并且实现控制单元各个部分的优化和提升。与此同时, CAN总线技术还要提高自己的包容性, 要接纳和吸收其他总线技术的优点, 尽可能早日实现CAN总线技术和其他总线技术的兼容。

2.LIN总线技术

    LIN是局部互联网络技术的因为缩写, 也是较为常见的汽车电气系统总线技术。局域网总线技术最初是摩托罗拉和大众以及宝马等公司协商创造出的通讯协议。该协议的宗旨是减少车载网络材料和车载通讯设备的成本, 后来则广泛应用于各个品牌的汽车当中。局域网总线技术对应用对象有一定要求, 其只能够应用在功能相对简单的局域网系统中。因为简单的网络系统对精确度要求不高, 所以相应总线技术的成本也不会太高。例如, 转向定时速度控制、电动车窗控制、电动座椅调节、雨刮器控制、后视镜、车灯控制等都应用了局域网总线技术。
    LIN局域网总线技术具有很多优点, 同时也有一些缺点。第一, LIN局域网总线技术的优点是抗干扰性能力非常强, 可以有效对抗干扰信号, 正确传输和处理信息。第二, 摩托罗拉等公司也创造了其他可以与CAN总线技术连接的技术, 由于LIN技术可以降低导线成本, 也显著降低了汽车成本。鉴于局域网总线技术的这个优点, 其具有良好的发展前景。第三, LIN总线技术的主要缺点是速度过慢, 现在均速为20KB/秒。这是由于其连接线只有一根的系统结构决定的。总之, LIN总线技术要进一步完善和优化, 扬长避短, 将自己的优点发挥到机制, 同时也通过设计方案和设备材质更换等方式来弱化技术缺陷。因此, LIN总线技术的发展方向是在降低成本的基础上实现传输速度的提升, 争取占领大众汽车总线技术市场。与此同时, LIN总线技术要向着国际标准化方向发展。CAN已经成为了总线技术中的行业标准, LIN要尽可能向着标准化靠拢, 为日后实现技术联合和对接奠定基础。

3.MOST总线技术

    MOST是面向媒体的系统传输的英文缩写, 该传输协议基于光导纤维, 其作用是控制汽车内电脑中的多媒体软件。另外, MOST总线技术也可以对车内的多媒体硬件结构进行一定程度的控制。通常情况下, 车载多媒体软件是靠互联网流量支持的, 总线技术的稳定性对传输速度和质量有重要影响。现阶段, 车载多媒体在20MB/秒的速度下可以正常使用, MOST总线技术基本可以满足这一需要。随着大众对生活品质要求的提升和互联网技术的成熟, MOST总线技术的优良性能备受青睐, 在豪车中的应用日渐广泛。
    MOST总线技术的显著优点是可以丰富车载多媒体系统, 提高车内娱乐设备水平, 充分利用互联网资源, 最大限度地实现了汽车电气系统的现代化和个性化。MOST总线技术当下对于高档品牌汽车和房车非常重要, 也是日后大众汽车总线技术的发展方向。总之, MOST总线技术提高汽车内文化娱乐活动水平, 这对于缓解疲劳驾驶和提高房车旅行质量有重要意义。

4.Flex Ray总线技术

    Flex Ray总线技术最初由戴姆勒克莱斯勒公司推出, 已经成为同类产品的基准, 属于目前领先的汽车设计领域未来的发展和研究技术之一。Flex Ray总线技术具有灵活性、高速、通信时间确定和双通道冗余等优秀特点。CAN总线已经在车载网络中得到了广泛的应用, 而Flex Ray总线由于其独特的优化特性, 吸引了汽车设计及行内研究人员的普遍关注, 已经成为下一代车载系统的优先推广技术, 将在未来很多年内, 引导整个汽车电子产品控制结构的发展方向。Flex Ray总线技术设计来源于更高端的汽车使用需求, 如数据传输更快、数据通信更灵活、容错运算更科学、拓扑选择更全面等。相比较于CAN总线技术, Flex Ray数据速率最大可达到10M, 总数据速率可达到20M每秒, 是CAN的20倍。除此之外, Flex Ray可通过硬件实现完全复制网络配置, 并进行进度监测, 支持总线、星型和混合拓扑等多种灵活方式。目前市面上运用的Flex Ray总线技术应用的例子包括:线控操作转向-典型的是使用电子控制单元; (ABS) -包括车辆稳定控制 (VSC) 和车辆稳定助手 (VSA) 。
    Flex Ray总线技术具有诸多优点, 但是其成本较高, 涉及到的技术难度也比较大。所以, 在短期内, 该技术主要应用于高端汽车产品。Flex Ray总线技术精确度高且传输速度快, 其对控制单元的部件和互联网传输速度也有很高要求。然而, 互联网发展和电子材料革新还在持续进行, 所以Flex Ray总线技术的飞跃式发展还需要一定的时间。

三、结语

    综上所述, 当下常见的汽车电气系统总线技术有CAN总线技术、LIN总线技术、MOST总线技术以及Flex Ray总线技术。这些总线技术都具有各自优势和不足, 在长期的优化和完善过程中各项技术都在趋于完善。随着大众对汽车品质和生活舒适度要求的升高, 总线技术还将会有更大的突破和进展。因此, 相关总线技术的研究人员要持续关注车载电气系统结构设计、材料发展和互联网技术, 汽车生产商之间也要强强联合以促进总线技术的发展和创新。


作者：林宁 程豪 胡霞   来源：内燃机与配件
 

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