第四节
车载网络分类和协议标准

国际上众多知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。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，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C、D和E共5类。汽车数据传输网的类型见表1-7。

一、A类网络标准

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），例如，在大众迈腾轿车上面就运用了几个A类网络用来控制智能刮水器、自动空调等系统，其特点是低传输位速率、低成本。

A类网络标准见表1-8。很多A类总线标准都已淘汰，A类的网络通信大部分采用UART（Universal Asynchronous 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。

（1）LIN协议 目前首选的A类网络标准是LIN。目前有大量的车型采用此协议标准为车载A类网络。LIN是用于汽车分布式电控系统的一种新型低成本串行通信系统，它是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。

LIN采用低成本的单线连接，传输速率最高可达20kbit/s，它的媒体访问采用单主/多从的机制，不需要进行仲裁，在从节点中不需要晶体振荡器而能进行自同步，采用8位单片机，这极大地减少了硬件平台的成本，其应用示例如1-31所示。

（2）TTP/A协议 最初由维也纳工业大学制定，为时间触发类型的网络协议，主要应用于集成了智能变换器的实时现场总线。它具有标准的UART，能自动识别加入总线的主节点与从节点，节点在某段已知的时间内触发通信但不具备内部容错功能。

（3）BEAN协议BEAN（Body Electronic Area Network，车身电子局域网络），是丰田汽车专用的双向通信网络。它是一种多总线车身电子局域网，由仪表板BEAN系统、转向柱BEAN系统和车门BEAN系统等组成。最大传输速率10kbit/s，采用单线制，数据长度为1～11个字节。

二、B类网络标准

B类总线标准见表1-9。从目前来看，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。B类总线性能比较见表1-10。

（1）J1850 1994年SAE正式将J1850作为B类网络标准协议。最早，SAEJ1850用在美国Ford、GM以及Chrysler公司的汽车中；现在，J1850协议作为诊断和数据共享被广泛应用在汽车产品中。但是，J1850并不是一个单一标准。Ford采用的J1850标准，其物理层与GM和Chrysler公司使用的不同；而GM和Chrysler公司在相同的物理层上又使用不同的数据帧格式，并且三个公司使用各自的消息协议。现在已停止使用，全部转至CAN总线。

（2）低速CAN CAN-BUS是德国博世公司从20世纪80年代初，为解决现代汽车中众多的控制单元之间数据交换问题和控制单元与测试仪器之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信协议。

低速CAN是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，目前主要应用为双绞线，通信速率可达125kbit/s。1991年首次在奔驰S系列汽车中实现。同年，Bosch公司正式颁布了CAN技术规范，版本2.0。该技术规范包括A和B两部分。1993年11月，ISO正式颁布了国际标准ISO11898，为CAN的标准化、规范化铺平了道路。1994年，美国汽车工程师协会货车和大客车控制与通信子协会选择CAN作为SAEJ1939标准的基础。低速CAN具有许多容错功能，一般用在车身电子控制中。综上所述，CAN总线凭借其突出的可靠性、实时性和灵活性已从众多总线中突显出来，成为世界接受的B类总线的主流协议。

（3）VAN VAN（Vehicle Area Network，车辆局域网），是现场总线的一种，主要在法国车中应用，由法国的雷诺汽车公司和标致集团联合开发。VAN通信介质简单，位传输速率可达1Mbit/s（40m内），主要用于车身电子控制。

VAN支持分布式实时控制的通信网络，可广泛应用于汽车门锁、电动车窗、空调、自动报警以及娱乐控制等系统。VAN总线作为串行通信网络，与一般总线相比，其数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

三、C类网络标准

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，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。C类总线标准见表1-11。C类总线性能比较见表1-12。

（1）TTP/C协议TTP/C协议由维也纳工业大学研究，是基于TDMA的访问方式。TTP/C是一个应用于分布式实时控制系统的完整的通信协议。它能够支持多种容错策略，提供容错的时间同步以及广泛的错误检测机制，同时还提供节点的恢复和再整合功能。其采用光纤传输的工程化样品速度将达到25Mbit/s。TTP/C支持时间和事件触发的数据传输。TTP管理组织TTA Group成员包括奥迪、SA、Renault、NEC、TT Chip、Delphi等。

（2）FlexRay FlexRay是BMW、Daimler-Chrysler、Motorola和Philips等公司制定的功能强大的通信网络协议。它是基于FTDMA的确定性访问方式，具有容错功能及确定的通信消息传输时间，同时支持事件触发与时间触发通信。具备高速率通信能力。FlexRay采用冗余备份的办法，对高速设备可以采用点对点方式与FlexRay总线控制器连接，构成星型结构，对低速网络可以采用类似CAN总线的方式连接。

（3）高速CAN欧洲的汽车制造商基本上采用总线标准ISO11898。总线传输速率通常在125kbit/s～1Mbit/s之间。据Strategy Analytics公司统计，2008年用在汽车上的CAN节点数目超过7亿个。已成为事实上的国际标准，目前在高速网络通信系统中，应用得最为广泛。然而，作为一种事件驱动型总线，CAN无法为下一代线控系统提供所需的容错功能或带宽，因为X-by-Wire系统实时性和可靠性要求都很高，必须采用时间触发的通信协议，如TTP/C或FlexRay等。

CAN协议仍为C类网络协议的主流，但随着汽车中引进X-by-Wire系统，TTP/C和FlexRay将显示出优势。它们之间的竞争还要持续一段时间，在未来的线控系统中，到底哪一种标准更具有生命力尚难定论。

TTP/C和FlexRay应用于X-by-Wire系统（电传控制），X-by-Wire最初是用在飞机控制系统中，称为电传控制，现在已经在飞机控制中得到广泛应用。由于目前对汽车容错能力和通信系统的高可靠性的需求日益增长，X-by-Wire系统开始应用于汽车电子控制领域。X-by-Wi re技术将使传统的汽车机械系统（如制动和驾驶系统）变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。

四、D类网络标准（多媒体系统总线标准、协议）

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类总线协议见表1-13。

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。由于其低成本的特性，早期的汽车多媒体网络多采用该模式，但一般不传输媒体信息，主要完成操作指令的传输。

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，这一类里主要有D2B、MOST和IEEE1394。

无线通信方面，采用蓝牙规范。

五、E类网络标准（安全总线标准）

安全总线主要用于安全气囊系统，以连接气囊控制电脑、加速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供最佳保障。

典型的安全总线标准如BMW公司的Byteflight。Byteflight协议是由BMW、Motorola、Elmos和Infineon等公司共同开发的，试图用于安全保障系统。此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。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，而允许低优先级信息使用其余的时段。这种决定性的措施对安全是至关重要的。

Byteflight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。BMW公司在2001年9月推出的BMW7系列车型中，采用了一套名为ISIS的安全气囊控制系统，它是由14个传感器构成的网络，利用Byteflight来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，中央电脑能够更快、更准确地决定不同位置的安全气囊的施放范围与时机，发挥最佳的保护效果。

六、诊断系统总线标准、协议

故障诊断是现代汽车必不可少的一项功能，使用诊断系统的目的主要是为满足OBD-Ⅱ、OBD-Ⅲ或E-OBD标准。目前，汽车的故障诊断主要是通过一种专用的诊断通信系统来形成一套较为独立的诊断网络。

OBD-Ⅱ第二代随车电脑诊断系统，由美国汽车工程学会1994年提出。自1994年以来，美、日、欧的一些主要汽车生产厂为了维修方便逐渐使用OBD-Ⅱ随车诊断系统。这一系统集故障自诊断系统软硬件结构、故障码、通信方式系统、自检测试模式为一体，具有监视发动机微机和排放系统部件的能力。

2004年，美国GM、Ford、DC三大汽车公司对乘用车采用基于CAN的J2480诊断系统通信标准。在欧洲，从2000年开始，欧洲汽车厂商就已经能够开始使用一种基于CAN总线的诊断系统通信标准ISO15765。采用了CAN总线作为诊断总线后，需要使用CAN专用诊断头以连接车载控制单元。目前，除了CAN网络，LIN协议也已经成为汽车诊断的总线标准。目前应用的主要诊断总线见表1-14。

七、汽车网络的发展趋向

X-by-Wire，即线控操作，是未来汽车的发展方向。X-by-Wire在汽车上的实际应用如图1-32所示。该技术来源于飞机制造，基本思想就是用电子控制系统代替机械控制系统，减轻重量，提高可靠性，如Steer-by-Wire和Brake-by-Wire等。由于整个设计思想涉及动力、制动、方向控制等关键功能，对汽车网络也就提出了不同要求。在未来的5～10年里，X-by-Wire技术将使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。在一辆装备了综合驾驶辅助系统的汽车上，目前存在几种相互竞争的网络技术，包括前文提到的TTP、Byteflight和FlexRay以及TTCAN（时间触发的CAN）。

随着汽车智能化时代的到来，道路运输实况报告、安全行车、停车位管理、高速公路自动计费、旅游向导、社区汽车服务等都可以实现全面的智能化。信息技术给人类生活带来了便利，同时也改变了人类的出行方式。

国际上大型整车制造商掌握着网络总线技术，它们有一整套自己的网络总线标准体系。为了保证所有零部件在网络总线中能够相互通信，供应商都必须按照标准来开发零部件。网络总线的开发大多是V模式开发流程，即先定义系统功能，进行成本和可靠性分析，然后按照需求设计拓扑结构、定义ECU功能，参考国际标准制定协议、ECU实现、组建测试、集成测试、ECU测试等，最终对设计出来的网络总线节点功能及结构进行验证和集成，如图1-33所示。