新能源汽車車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)剖析

湯森

摘要：近些年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提升，機動車保有量正呈現(xiàn)出“井噴”發(fā)展的勢頭。一般來講，汽車的保有量隨著經(jīng)濟的發(fā)展而增漲，數(shù)量上去的同時會必然會導致環(huán)境受到很大的污染，也會給交通運輸帶來很大的壓力。因此，為了能夠緩解環(huán)境污染和道路擁堵，建立一個節(jié)約資源、友好環(huán)境的社會，研發(fā)低碳環(huán)保且具有強大人工智能管理系統(tǒng)的車輛已是當下汽車技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。伴隨著汽車領(lǐng)域新能源技術(shù)不斷地深入，新能源汽車也正逐步走進人們的日常生活。自2013年開始，全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)已進入加速發(fā)展階段。其中，我國的發(fā)展勢頭尤其迅猛。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至目前，我國電動汽車保有量超過332.6萬輛、在運充電樁總數(shù)達到46萬個，已經(jīng)超過美國、歐盟、日本，躍居全球第一的位置。新能源汽車的快速普及和直流電機驅(qū)動技術(shù)、電池系統(tǒng)充換電技術(shù)以及智能網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。本文主要是通過對車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的剖析來了解網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)對車輛工程的應用。

關(guān)鍵詞：能源汽車；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；新能源

一、對于汽車網(wǎng)載的組成部分

汽車動力系統(tǒng)的迭代正在由傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)逐步衍變成一套較為復雜的機電系統(tǒng)。其中，以電能驅(qū)動為代表的新能源汽車，將會在機動車領(lǐng)域占據(jù)重要的位置。在電動汽車系統(tǒng)架構(gòu)中，新型電子元器件的數(shù)量和技術(shù)可以說是衡量新能源汽車的重要標準。隨著汽車電氣技術(shù)的不斷升級，各類傳感器、執(zhí)行器通過ECU與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換量也會越來越大。在20世紀末期，一種初步具有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換功能的車載系統(tǒng)問世了。根據(jù)應用來劃分，可以把系統(tǒng)版塊分為四個大的系統(tǒng)：車身系統(tǒng)、動力型系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和信息系統(tǒng)。

車身系統(tǒng)的電路主要分為三個板塊：主控、受控和門控。主控板塊采集到指令后，它會先把相關(guān)的數(shù)據(jù)進行分析和處理，再通過CAN總線傳送給各個受控端做出相應的執(zhí)行。門控相對主控來說，它接收的范圍更大，不僅能夠接受主控端的指令，還能夠接收到車門內(nèi)多種互感器的信號，根據(jù)兩者的作用做出相應的動作，最后再把執(zhí)行的結(jié)果回饋至主控端。

就動力傳動板塊而言，利用數(shù)據(jù)連接對發(fā)動機艙中的各模塊進行實時工況調(diào)配。車輛的制動、行進和轉(zhuǎn)彎等功能都是需要有較高的網(wǎng)絡(luò)速度進行支撐。因此，線束的需要標準變高，這樣一來就非常容易受到干擾，為了防止干擾，只能將通信的速率進行降低調(diào)整。近幾年，隨著智能網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳遞和車載安全系統(tǒng)的快速發(fā)展，高速數(shù)據(jù)傳輸已成為必然的發(fā)展趨勢，加上人機智能和各類傳感器數(shù)量的大幅增加，在數(shù)據(jù)通信速率控制方面也都呈現(xiàn)出更高的需求。對此，各家車企的技研人員開始尋求一種更加高速，更加安全且成本更低的方法來解決現(xiàn)有的問題。在這個時候，一個關(guān)于汽車總線的概念被提了出來，對于總線技術(shù)運用來說，不僅有利于汽車電器在安全、功能及可靠性方面的提高，而且還能夠使車輛的檢修和維護的工時縮短，提升運維效率[2]。

二、新能源汽車車載網(wǎng)絡(luò)分類和發(fā)展趨勢

隨著科技的發(fā)展，需求的提升，因此存在著多種車用網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行標準，相關(guān)的委員會將汽車的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)大致分為三類：

（1）A類：主要是針對傳感器或執(zhí)行器操控的低速網(wǎng)絡(luò)，它的數(shù)據(jù)傳輸速率相對來說較低，通常只有1-10kbps。多數(shù)用在燈光照明、座椅調(diào)節(jié)、電動門窗控制等上面，在A類網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議標準也存在著多種，目前LIN總線正在逐步發(fā)展，這種總線的協(xié)議主要是面對低端通訊，它所要求通信速率環(huán)境并不高，由單總線的方式來完成整個操控過程。

（2）B類：屬于中速的網(wǎng)絡(luò)。所面向的多數(shù)是獨立模塊，在模塊間完成對數(shù)據(jù)的共享作用，速率一般處與10-100kbps之間。一般運用于車輛的信息控制中心，作用是診斷車輛所產(chǎn)生的各類故障，如：儀表盤故障指示燈的告警功能，各類安全氣囊和自動空調(diào)系統(tǒng)的自檢等。這類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標準主要包括控制器、各類處理器（ECU、TCU、BMS等模塊）、局域網(wǎng)協(xié)議三個方面。在故障診斷和容錯性能方面，控制器局域網(wǎng)具有顯著的優(yōu)勢，對汽車內(nèi)部的電子系統(tǒng)可靠性、實時性有著較高的要求，并在將來的一段時間內(nèi)占據(jù)著無法替代的地位。

（3）C類：是一個面向高速，具有實時閉環(huán)控制功能的多路性數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)速率需求最多可達20Mb/s以上，，主要的作用是對車載多媒體及導航控制、人工智能服務(wù)、牽引控制、懸架控制等，以簡化式分布方法控制來減少對車身線束的需求。在這類標準中，日系和歐系汽車制造上多數(shù)上采用擁有高速通訊控制器的局域網(wǎng)。除此之外，利用3G物聯(lián)卡、4G專網(wǎng)技術(shù)結(jié)合TCU通訊模塊，使得速率性能有了大幅提高。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日新月異，與其配套的各類控制器、執(zhí)行器功能也將會得到大幅的提升，網(wǎng)絡(luò)標準也會進行不斷的完善和提高[2]。

汽車在通信網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域可以劃分為四個方面，在每一個領(lǐng)域中都具備擁有獨特性的要求：

（1）多媒體娛樂及信息系統(tǒng)：這個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸要求相對來說較高，不僅在通信的速率上，而且還要具備高帶寬或者是高速無線傳輸?shù)哪芰Α?/p>

（2）擁有更加安全穩(wěn)定的線控系統(tǒng)：由于這個系統(tǒng)在制動和導航系統(tǒng)上所涉及的安全性很高，因此在數(shù)據(jù)交換中對傳輸?shù)膶崟r性、可靠性、容錯性有著更高的技術(shù)要求。

（3）車身系統(tǒng)的控制：就此領(lǐng)域而言，已經(jīng)擁有近三十年的技術(shù)積累和廣泛的商業(yè)應用，技術(shù)環(huán)境相對成熟。其中包括了傳統(tǒng)的車身控制系統(tǒng)和電傳輔助控制系統(tǒng)。

（4）支線端控制系統(tǒng)：這個系統(tǒng)主要是一些簡單的電子控制單元，比如說對隨動大燈、電動天窗及后視鏡的控制和對載有智能傳感器車門的控制等。對LIN技術(shù)的廣泛應用是當下各家車企的主流方向。

三、新能源汽車在車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展上呈現(xiàn)的趨勢

在國外，汽車的網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)較為成熟，廣泛運用于商用車和乘用車上，其中就是因為CAN技術(shù)的普及。在國內(nèi)，總線技術(shù)也在各家車企廣泛運用，幾乎所有的中端商用車都在使用CAN總線技術(shù)，如北汽新能源、比亞迪、吉利等主流品牌以及后續(xù)崛起的以蔚來、領(lǐng)克為代表的中高端純電動乘用車。相關(guān)技術(shù)的普遍應用使我國在網(wǎng)絡(luò)總線的研究能力快速提高，對整個車企在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的介入中所制定的標準也有很大的提升，但卻始終存在著一個問題，關(guān)鍵的總線技術(shù)還在國外幾大供應商的掌控中。我國對新能源汽車的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究，現(xiàn)行主要是分為兩個階段：即功能上的實現(xiàn)階段和性能的完善階段。第一階段在國內(nèi)的工作已經(jīng)基本完成，擁有自主研發(fā)技術(shù)的CAN總線已經(jīng)在新能源汽車上進行了商業(yè)運用，在新能源汽車技術(shù)不斷迭代中，廣大車企正也正在投入大量人力物力致力于加快對第二階段的不斷完善。

結(jié)束語：

隨著汽車安全性、行駛性、功能性的不斷提升，很多新款車型已經(jīng)初步具有多功能模塊化和精確控制的能力。隨著車載智能控制單元模塊大量的應用，相信我國會對車載通訊技術(shù)制定出更加完善的執(zhí)行標準，并且對CAN總線所具有的特點也將會在車載網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域中得到更好的發(fā)展和運用。

參考文獻

[1]譚克誠，宛東. 淺析汽車車載網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識[J]. 內(nèi)燃機與配件，2018，（7）：83-85.

[2]于晨斯. 現(xiàn)代汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應用探析[J]. 科技資訊，2015，13（20）：11-12.

（作者單位：南京寧眾人力資源咨詢服務(wù)有限公司）