幾種常見的傳統汽車總線傳輸通信技術

當前主流的汽車混合網絡主要由 CAN、LIN、Flex Ray、MOST、LVDS 等車載網絡總線構成。這些網絡標準都是由汽車行業制定,屬於較封閉的標準,很難與外部設備及網絡服務連接,有濃重的汽車行業的特色。

CAN(Controller Area Network)是1983年德國BOSCH公司研發的一種共享式雙線串行通信總線,最高傳輸速率爲1MBit/s,具有非破壞性仲裁,分佈式實時控制,可靠的錯誤處理和檢測機制等特性。並且ISO標準化組織將CAN通信進行了標準化,因此,目前CAN網絡是車載通信的主幹網絡。CAN網絡的優勢是成本低,可靠性高,可以用於汽車動力系統、底盤和車身電子等領域,不足之處是CAN總線屬於共享式總線,通信速率相對較低,不能滿足汽車總線帶寬日益增加的需求。

CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)是Bosch公司2011年發佈的CAN的替代總線,在繼承了CAN總線的絕大多數特性的同時,彌補了CAN總線在總線帶寬和數據長度的不足,將數據位最大的字節數提高至64位,最高通訊速率可達8MBit/s甚至更高,顯著提高了通信速率,降低總線負載。CAN FD可以兼容傳統CAN網絡,因此,目前車內的控制網絡正逐步的由CAN網絡向CAN FD網絡遷徙。

LIN(Local Interconnect Network)通信技術於2001年運用於汽車工業,作爲CAN網絡的一種補充,也屬於一種低成本的串行總線技術,LIN總線網絡採用單主多從的模式架構,使用單信號線進行傳輸,主、從節點間的通信有具體的規則,只有主節點需要,從節點才能發送信息,不需要總線仲裁。LIN總線最主要的優勢在於相比CAN總線更爲低廉的成本,帶寬僅有不到20KBps,多應用於帶寬要求不高的舒適系統。

Flex Ray,於2005年應用於汽車領域,是繼CAN和LIN之後的新一代汽車控制總線技術,同樣屬於共享式總線技術,帶寬可達10Mbps,是一種具備時間可確定性的、分佈式時鐘同步的、故障容錯的總線標準。Flex Ray的主要優勢在於相比CAN總線具有較高的帶寬,可以滿足汽車關鍵應用的要求,但是同樣作爲共享式總線技術,其成本卻很高,僅適用於豪華車中的線控系統(如懸掛控制、換擋控制、剎車控制、轉向控制等)。

MOST(Media Oriented Systems Transport)是由德國MOST Cooperation(MOST合作組) 2001年制定的一個針對汽車領域的多媒體應用通信標準,以解決傳統總線不適用於汽車娛樂信息傳輸的不足。由於MOST通信物理層使用的是光纖傳輸,採用環形網絡拓撲結構,其線束質量輕、抗干擾性強、帶寬高、信號衰減少,最新的MOST-150標準速率可達150MBit/s,可同時傳輸音像流數據、文件數據等。目前,MOST的帶寬性能能夠滿足汽車的需求,但是它的擴展性差,技術開發週期長,專利技術成本昂貴,難以得到普及,也僅僅應用於中高端車中。

LVDS(Low Voltage Differential Signaling)雖然它不是專門爲汽車領域所設計的,但是它相比於MOST技術有着更低的成本,且最高帶寬可達655 Mbps,是一種低壓差分高速信號標準,受到衆多普通廠商的青睞,被視爲MOST技術的替代產品。但是LVDS技術也有比較嚴重的缺陷,爲了滿足汽車嚴格的電磁兼容(EMC, Electromagnetic Compatibility)、電磁干擾(EMI, ectromagnetic Interference)等要求,它的傳輸線纜增加了較厚的傳輸屏蔽層,增加了車重,並且在傳輸協議上,LVDS屬於點對點的圖像傳輸技術,每個接口只能有一個攝像頭或者一個視頻輸出口,嚴重限制了擴展性能。

以下是這幾種總線技術的對比:

總線名稱 通信速度 通信介質 成本 應用範圍
LIN 20Kb/s(車身) 單線纜 大燈、燈光、門鎖、電動座椅等
CAN 125K~1Mb/s(狀態信息) 非屏蔽雙絞線 汽車空調、電子指示、故障診斷等
CANFD 5Mb/s 非屏蔽雙絞線 汽車空調、電子指示、故障診斷等
FlexRay 1M~10Mb/s(實時控制) 雙絞線/光纖 引擎控制、ABS、懸掛控制、線控轉向等
MOST/1394 150Mb/s 雙絞線/光纖 汽車導航系統、多媒體娛樂等
LVDS 850Mb/s 雙絞線串/並行 車載攝像頭
TTP/C 10Mb/s 雙絞線/光纖 用於安全關鍵領域,航空電子設備或汽車領域 X-by-Wire應用
Ethernet 1Gb/s 非屏蔽雙絞線 汽車多媒體通訊、主幹網和診斷
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