一、车载网络的类型及分类

在汽车的各种电子控制系统中，由于各个系统对于整车通信的实时性要求不同，通过车载网络结构采用多种不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并且通过网关服务器来实现整车的信息共享及网络管理。某车型的车载总线结构示意图如图2-1所示，其主要包括高速网络、中速网络和低速网络。根据国际自动机工程师学会（SAE）的分类标准，目前车载网络主要分为5类，分别是A类低速网络、B类中速网络、C类高速网络、D类多媒体网络和E类安全应用网络。

1.A类车载网络标准

A类车载网络传输速率较低，一般小于10kbit/s。从目前的发展和使用情况来看，A类车载网络的主要总线标准是TTP/A（Time Triggered Protocol/A）协议和LIN（Local Interconnect Network）。

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。它具有标准的通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，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。目前该种技术过于落后，基本已经不再使用。

1999年，LIN1.0由LIN联盟（奥迪、宝马、梅赛德斯-奔驰、沃尔沃、大众和VCT公司以及摩托罗拉）发布，是一种用于汽车分布式电控系统的开放式的低成本串行通信标准。LIN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。从硬件、软件以及电磁兼容性方面来看，LIN保证了网络节点的互换性，极大地提高了开发速度，同时保证了网络的可靠性。由于LIN价格低廉，因此它可将微控制单元（MCU）嵌入车身零部件中，使其成为具备网络功能的智能零部件，从而进一步减少线束数量并降低成本。LIN网络已经广泛地被世界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受。

2.B类车载网络标准

B类车载网络传输速率一般为10～125kbit/s，主要适用于对实时性要求不高的场景。目前B类车载网络主要有2种类型：低速CAN和VAN。

VAN标准是ISO于1994年6月推出的。它基于ISO 11519-3，主要为法国汽车公司所用。随着汽车电气系统的不断发展，VAN标准已经不适用于主流汽车的电气系统架构，现在已经没有车企还在使用VAN。

CAN是德国博世（Bosch）公司于20世纪80年代初，为解决现代汽车中众多的控制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。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbit/s。CAN总线在1991年首次在奔驰S系列汽车中使用。同年，Bosch公司正式颁布了CAN 2.0技术规范。1993年11月，ISO正式颁布了ISO 11898，为CAN的标准化、规范化铺平了道路。此后，越来越多的北美地区和日本汽车公司也开始采用CAN网络。1994年，SAE货车和巴士控制与通信子协会选择CAN作为SAE J1939的基础。

CAN总线凭借其突出的可靠性、实时性和灵活性从众多总线中突显出来，成为世界范围内被广泛接受的B类总线的主流协议。

3.C类车载网络标准

C类车载网络传输速率一般为125kbit/s～1Mbit/s，主要适用于对实时性要求高的系统。目前，C类车载网络中的主要协议包括高速CAN（ISO 11898-2）、TTP/C和FlexRay等协议。

TTP/C协议由维也纳工业大学研究，是一种基于时分多址（TDMA）的访问方式。TTP/C协议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，速度可达到25Mbit/s。TTP/C协议支持时间和事件触发的数据传输。

FlexRay是宝马（BMW）、戴姆勒集团（Daimler AG）、摩托罗拉（Motorola）和飞利浦（Philips）等公司制定的功能强大的通信网络协议。它是基于柔性时分多址（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，高速设备可以采用点对点方式与FlexRay总线控制器连接，构成星形结构；低速网络可以采用类似CAN总线的方式连接。

欧洲的汽车制造商基本上采用高速CAN总线标准ISO 11898。总线传输速率通常在125kbit/s～1Mbit/s之间。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协议或FlexRay等。CAN仍为C类网络协议的主流，但随着汽车中引进X-by-Wire系统，它们之间的竞争还要持续一段时间。在未来的线控系统中，到底哪一种协议会成为C类中线的标杆还无法确定。

4.D类车载网络标准

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。D类车载网络的传输速率为250kbit/s～100Mbit/s，该类网络协议主要有MOST、蓝牙、ZigBee等。

MOST网络由德国Oasis Silicon System公司开发。MOST技术针对塑料光纤媒体而优化，采用环行拓扑机构，在器件层提供高度可靠性和可扩展性。它可以传送同步数据（音频信号、视频信号等流动型数据）、非同步数据（访问网络及访问数据库等的数据包）和控制数据（控制报文及控制整个网络的数据）。MOST得到包括宝马（BMW）、戴姆勒集团（Daimler AG）、Harman/Becker和Oasis公司的支持，已应用在多款车型上，如宝马7系、奥迪A8、奔驰E系列等。

随着蓝牙技术的发展，短距点对点通信的蓝牙技术在汽车中寻求到了发展空间，其相对低廉的成本和简便的使用方法得到汽车业界的认同。蓝牙无线技术是一种用于移动设备和WAN/LAN接入点的低成本、低功耗的短距离射频技术。蓝牙标准描述了手机、计算机和掌上计算机（PDA）如何方便地实现彼此之间的互联，以及与家庭和商业电话、计算机设备的互联。蓝牙特别兴趣小组的成员包括AMIC、宝马（BMW）、戴姆勒集团（Daimler AG）、福特（Ford）、通用（GM）、丰田（Toyota）和大众（Volkswagen）。移动电话与车内媒体之间的信息交互成为蓝牙技术进入汽车的突破点，Johnson Controls公司的免提手机系统“Blue Connect”，允许驾驶员在双手扶住转向盘的情况下，通过支持蓝牙功能的手机保持联系。Daimler推出的Uconnect蓝牙免提电话系统中，蓝牙成为移动电话与车内媒体之间进行信息交互的手段，驾驶员通过安装在风窗玻璃上的传声器和车内音响系统的扬声器与他人通话，将驾驶员的双手从操作移动电话中解脱出来，从而保证了行车安全。目前蓝牙技术已经广泛应用于汽车中。

ZigBee在汽车上应用的解决方案是针对蓝牙技术受车内电磁噪声影响的问题而提出的。ZigBee可以工作在低于1GHz与2.45GHz的频带范围，传输速率为250kbit/s，主要应用范围包括工业控制、家庭自动化、消费类应用以及潜在的汽车应用。目前，ZigBee联盟发布了首批成功完成互操作性测试的四款平台。这些平台将用来测试未来推出的ZigBee产品，为ZigBee在各领域的实际应用铺平道路。

5.E类车载网络标准

E类车载网络主要为安全总线，传输速率为10Mbit/s，主要用于安全气囊系统，以连接速度计、安全传感器等装置，为被动安全提供保障。目前已有一些公司研制了相关的总线和协议，包括BMW公司的Byteflight协议等。

Byteflight协议由宝马（BMW）、摩托罗拉（Motorola）、希尔科（Elmos）、英飞凌（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。宝马公司在其2010年推出的宝马7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，中央计算机能够更快、更准确地决定不同位置的安全气囊的施放范围与时机，从而发挥最佳的保护效果。

除了以上的车载网络类型外，汽车还有诊断系统总线。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（On Board Diagnose）、OBD-Ⅲ或E-OBD（European-On Board Diagnose）标准。OBD-Ⅱ第二代车载诊断系统，由SAE于1994年提出。1994年以来，美国、日本、欧洲地区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，美国通用（GM）、福特（Ford）、克莱斯勒（Chrysler）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2004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——ISO 15765，它满足E-OBD的系统要求。

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，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，ISO 9141和ISO 14230就是这类技术上较为成熟的诊断标准。而ISO 15765适用于将车用诊断系统在CAN总线上加以实现的场合，从而适应了现代汽车网络总线系统的发展趋势。ISO 15765的网络服务符合基于CAN的车用网络系统的要求，是遵照ISO 14230-3及ISO 15031-5中有关诊断服务的内容来制定的，因此，ISO 15765对于ISO 14230应用层的服务和参数完全兼容，但并不限于只用在这些国际标准所规定的场合，因而有广泛的应用前景。

6.车载总线网络技术

车载总线网络技术可以提供整车的通信速率，加强整车通信系统的稳定性及可靠性。基于总线网络技术的网络主要有CAN、LIN、FlexRay、MOST总线，根据不同的车载应用，某款车型的车载总线网络分布图如图2-2所示。

其中，车身部主要使用低速CAN总线和LIN总线，负责空调、车门、前照灯、车窗、仪表等器件的通信；信息部使用MOST总线，负责MD/CD碟盒、音视频、交通信息导航、电子防盗系统的通信；发动机传动部使用高速CAN总线，负责发动机和自动变速器的通信；底盘部使用高速CAN总线，负责转向、制动、胎压的通信；安全部使用专用的安全总线，负责乘客安全；ITS部使用高速CAN总线，负责雷达、白线检测、自适应巡航等系统的通信。