第六节
汽车对通信网络的要求及应用

一、汽车多个ECU之间的典型网络布局

汽车多个ECU之间的网络布局常见的有分级式和分开式两种。

1．分级式

采用J1939标准的分级式，将整个网络分成不同功能层级，并用特制的微机对不同层级进行处理和控制。分级式网络布局如图1-47所示。这种网络布局具有超过30个ECU的容量。

2．分开式

采用J1587/J1708标准的分开式网络布局如图1-48所示。在这种网络布局中，各个网络都有自己的操作系统，相互之间用桥接器来处理多个ECU之间的通信。

二、汽车对通信网络的要求

连接到车载网络的各个ECU按需要从总线上接收最新的信息以操纵各个系统。例如，与发动机转速传感器相匹配的发动机ECU，将发动机转速数据连续馈送至总线，其他几个需要发动机转速数据的ECU，只需从总线上接收发动机转速数据即可。接收ECU接收到的最新数据为现行数据，实际实施中，每当ECU接收到数据，就将这些数据存储在RAM区，并将这些数据按各自的类型赋值，因此，RAM总有一个更新了的数据复制并存储在其中，再通过对这些数据的应用，使ECU获取最新的数据。

汽车内ECU之间与办公用微机之间的数据传输特征不尽相同，主要差别在于传输频率。汽车内ECU之间的数据传输频率是变化的，在一个完善的汽车电子控制系统中，许多动态信息必须与车速同步。为了满足各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、加速踏板位置等。但每个ECU对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。例如，一个8缸柴油机运行在2400r/min，则ECU控制两次喷射的时间间隔为6.25ms，其中，喷射持续时间为30°的曲轴转角（2ms），在剩余的4ms内需完成转速测量、油量测量、A-D转换、工况计算、执行器的控制等一系列过程，这就意味着数据发送与接收必须在0.25ms内完成，才能达到发动机电控的实时性要求。这就要求其数据交换网是基于优先权竞争的模式，且本身具有极高的通信速率，CAN现场总线正是为满足这些要求而设计的。不同参数应具有不同的通信优先权，表1-17列出了几个典型参数允许响应时间。

三、车载网络系统在汽车上的应用

车载网络系统在汽车上的应用非常多，按照应用系统加以划分的话，车载网络大致可以分为4个系统：动力传动系统、车身系统、安全系统和信息系统。车载网络系统的应用等级如图1-49所示。

1．动力传动系统

在动力传动系统内，利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来，在将汽车的主要因素——行驶、停止与转弯这些功能用网络连接起来时，就需要高速网络。动力传动系统模块的位置比较集中固定在一处。从欧洲汽车厂家的示例来看，动力传动系统对节点的数量也是限制的。

动力CAN数据总线连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑（动力CAN数据总线可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑）。总线可以同时传递10组数据，发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组、自动变速器电脑2组。数据总线以500kbit/s的速率传递数据，每一数据组传递大约需要0.25ms，每一电控单元7～20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元、发动机电控单元、自动变速器电控单元。

在动力传动系统中，数据传递应尽可能快速，以便能及时利用数据，所以需要一个高性能的发送器。高速发送器会加快点火系统间的数据传递，能使接收到的数据立即应用到下一个点火脉冲中去。CAN数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中，但在特殊情况下，连接点也可能设在发动机电控单元内部。

2．车身系统

与动力传动系统相比，汽车上的各处都配置有车身系统的部件，线束长，容易受到干扰。防干扰的措施是尽量降低通信速度，通过增加节点的数量，保证通信速度不受影响。在车身系统中，因为担负着人机接口作用的模块、节点的数量增加，所以与性能（通信速度）相比，更倾向于注重成本，对此，人们正在摸索更廉价的解决方法，目前常常采用直连总线及辅助总线。

舒适CAN数据总线连接5个控制单元（包括中央控制单元及4个车门的控制单元），有5个功能：中央门锁、电动窗、照明开关、后视镜加热及自诊断功能。控制单元的各条传输线以星状形式汇聚一点，这样做的好处是，如果一个控制单元发生故障，其他控制单元仍可发送各自的数据。

该系统使经过车门的导线数量减少，线路变得简单。如果线路中某处出现对地短路、对正极短路或线路间短路，CAN系统会立即转为应急模式运行或转为单线模式运行。4个车门控制单元都由中央控制单元控制，只需较少的自诊断线。

数据总线以62.5kbit/s的速率传递数据，每一组数据传递大约需要1ms，每个电控单元20ms发送一次数据。优先权顺序为：中央控制单元、驾驶人侧车门控制单元、前排乘客侧车门控制单元、左后车门控制单元、右后车门控制单元。由于舒适系统中的数据可以用较低的速率传递，所以发送器性能比动力传动系统发送器的性能低。

3．安全系统

安全系统是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动等的控制系统。由此使用的节点数将急剧地增加。对此系统的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。

4．信息 （娱乐、ITS） 系统

对信息系统通信总线的要求是容量大、通信速度非常高。因此，业内人士正在讨论通信媒体应该采用光纤还是应该采用铜线。

除上述所介绍的系统之外，还有面向21世纪的控制系统、高速车身系统及主干网络等，这就意味着将会有不同的网络并存，因此就要求网络之间可以互相连接，也可以断开。为了实现即插即用，都将各个局域网与总线相连，根据汽车的平台选择并建立所需要的网络。典型的车用网络如图1-50所示。