汽车网络通信总线的现状发展范文

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摘要：汽车电子系统的复杂化日趋增加，对于通讯和数据传输的要求也越来越高，文章通过分析目前汽车通讯总线种类及其特性，从而讨论在智能网联和无人驾驶汽车发展大趋势下，CAN、LIN、MOST、FLexRay以及最新兴起的车载以太网等在未来汽车电子系统发展中的定位。

关键词：汽车总线；CAN；LIN；FlexRay；车载以太网

前言

近几年，汽车行业智能网联和自动驾驶发展迅速，电子单元越来越多，信息传输量越来越大，为了满足各电子系统的实时性通讯和控制需求，汽车通信网络总线技术日趋强大。目前车载通信总线主要有：控制器局域网总线CAN、车内网络总线LIN、高速容错网络总线FlexRay、面向媒体的系统传输总线MOST、车载以太网Ethernet等。

1控制器局域网总线CAN

CAN（ControllerAreaNetwork），是由Bosch公司最早定义的支持实时和分布式通讯的串行总线，目的是解决汽车电子系统中多个ECU之前的数据传输问题，CAN总线中各节点以线型拓扑结构连接，通信介质采用双绞线或同轴电缆。CAN总线协议为分别对应高速通信（125Kbps~1Mbps）的ISO11898和低速通信（125Kbps以下）的ISO11519，通信接口中定义了物理层和数据链路层的功能，对通信数据进行整帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作，其通信速率最高可达1MB/s（≤40M），节点数实际最高可达110个。一般情况下，CAN总线实际应用负载率不超过30%。CANFD(CANwithFlexibleData-Rate)作为CAN总线的升级版，弥补了CAN总线带宽和数据场长度的制约，通过缩短位时间和加长数据场长度两种方式使通信速率提高至15Mbit/s，并通过CRC校验来保证数据可靠性。

2车内网络总线LIN

LIN(LocalInterconnectNetwork)是一种基于UART/SCI的低成本开放式串行通讯总线，遵循ISO9141协议，其定位是对CAN总线的低成本辅助网络，主要用于车内分布式电控系统，即车身电子控制中各模块节点间的低端通信。LIN总线采用星型拓扑结构及单线连接，并可以通过CAN网关和其他ECU进行信息交互。典型的LIN总线节点数可以达到12个（≤40M），最大传输速率为19.2kb/s。LIN总线报文包括帧头与应答两部分，一个完整信息帧包括同步间隔段、同步段、标识符段（受保护ID）、数据段、校验和段。

3高速容错网络总线FlexRay

FIexRay总线结合事件触发和时间触发两种方式，具有更高的网络传输速率、更强的数据灵活性、更全面的拓扑选择和更可靠的容错运算，多用于汽车核心通讯需求。Flexray采用星形拓扑结构，在物理上分为两条独立的通信通道，单通道最大数据传输速率为10MBit/s，双通道总速率可达20Mbit/s。FlexRay将一个通信周期分为静态部分、动态部分、网络空闲时间。静态部分使用TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）方法，用于发送需要经常性发送的重要性高的数据。动态部分使用FTDMA（FlexibleTimeDivisionMultipleAccess）方法，用于发送使用频率不确定、相对不重要的数据。FiexRay通讯协议由FlexRayConsortium制定，其帧格式包括的帧头段、用来传送数据的有效数据段、包含由帧头段与有效载荷段计算得出的CRC校验码的帧尾段。

4面向媒体的系统传输总线MOST

MOST(MediaOrientedSystemsTransport)是一种服务于汽车多媒体应用的网络总线标准，可以用于管理所有多媒体设备，其最大优势在于能够准确有效处理针对不同目标的多个数据流而不发生错误。MOST总线采用环型拓扑，以单根光纤为载体，总线传输率高达24.8Mbit/s，远远高于CAN总线网络。MOST网络目前主要在欧洲高端车型中采用，随着汽车智能网联和自动驾驶发展，更大量数据(人机交互、远程信息处理、导航应用、云数据信息传输)需求的增长，MOST也在进一步发展，MOSTCooperative正在规划的第三代预计数据速率将达到150Mbps甚至更高。

5更高带宽和传输速率的车载以太网Ethernet

汽车智能网联和自动驾驶的浪潮迅猛来袭，推进了车载网络容量需求的爆发式增长，汽车电子单元的成倍数增加已经超出CAN或FlexRay等车载网络的使命范畴，汽车厂商将目光转向更高级别的车载网络——以太网。车载以太网采用单对的非屏蔽双绞线及更小型的连接器进行信号传输，速率高达100Mbit/s，这将大大降低车内连接成本和减少车内布线。车载以太网可以同时支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP等多种协议或不同应用形式。与此同时车载以太网的应用普及将大大推进WAVE（WiFi）引入汽车系统的进程，并为V2X发展提供契机。车载以太网不仅具备了适应ADAS、娱乐影音、车联网、大数据等所需要的带宽，而且还具备了支持自动驾驶所需要的更大数据传输性能的潜力。相对于20世纪90年代诞生的控制器局域网CAN，它的规模将更大，意义将更深远。汽车电子发展的趋势似乎表明车载以太网将取代CAN成为主流，但随着智能网联和无人驾驶发展，汽车电子单元增长呈现多元化趋势，车载网络模式也应当趋向多元化发展。车载以太网的未来不是颠覆现状，而是以更高性能适应更多需求，填补汽车电子系统发展新形势下的需求空白。

参考文献

[1]罗峰,孙泽昌.汽车CAN总线系统原理,设计与应用.[M]2010电子工业出版社.

[2]苑利维,李治国,朱晓荣.一种FlexRay总线通讯测试系统设计,计算机测量与控制[M]2016,24(11):20-23.

[3]李巍,张丽静,王燕芳.车载以太网技术及标准化.电信网技术[M]2016年06期.

作者：吴晨晓 单位：河北优控新能源科技有限公司