詳解LIN/CAN/FlexRay/MOST四大汽車(chē)總線(xiàn)

　　隨著(zhù)新能源汽車(chē)列入國家加快培育和發(fā)展的七大戰略性新興產(chǎn)業(yè)，汽車(chē)的智能化、數字網(wǎng)絡(luò )化、節能化成了汽車(chē)發(fā)展的大方向。汽車(chē)總線(xiàn)是實(shí)現數字網(wǎng)絡(luò )化的基礎，本文將和大家聊聊當今汽車(chē)三大總線(xiàn)，CAN、LIN、Flexray。

　　今天，社會(huì )進(jìn)入了信息網(wǎng)絡(luò )時(shí)代，人們希望汽車(chē)不僅僅是一種代步工具，更希望在汽車(chē)是生活及工作范圍的一種延伸，在汽車(chē)上就像呆在自己的辦公室和家里一樣，可以打電話(huà)、上網(wǎng)、娛樂(lè )、工作。

　　功能的增多也使得汽車(chē)上的電子裝置數量急劇增加，各種汽車(chē)總線(xiàn)也應運而生。我們最熟悉的汽車(chē)總線(xiàn)是CAN，對于LIN和Flexray大家或許還有點(diǎn)陌生。那么接下來(lái)，就為大家介紹一下這四種汽車(chē)總線(xiàn)。

　　車(chē)用總線(xiàn)就是車(chē)載網(wǎng)絡(luò )中底層的車(chē)用設備或車(chē)用儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò )。目前，有四種主流的車(chē)用總線(xiàn)：CAN總線(xiàn)、LIN總線(xiàn)、FlexRay總線(xiàn)和MOST總線(xiàn)。

　　用一張表格來(lái)說(shuō)明各種總線(xiàn)的區別

　　一、汽車(chē)總線(xiàn)的誕生

　　汽車(chē)總線(xiàn)的誕生離不開(kāi)汽車(chē)電子的發(fā)展。汽車(chē)電子化的程度也被看作是衡量現代汽車(chē)水平的重要標志。傳統的汽車(chē)電子大多采用點(diǎn)對點(diǎn)的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然會(huì )形成龐大的布線(xiàn)系統。據統計，一輛采用傳統布線(xiàn)方法的高檔汽車(chē)中，其導線(xiàn)長(cháng)度可達2000米，電氣節點(diǎn)可達1500個(gè)，而且該數字大約每10年就將增加1倍。

　　這進(jìn)一步加劇了粗大的線(xiàn)束與汽車(chē)上有限的可用空間之間的矛盾。無(wú)論從材料成本還是工作效率看，傳統布線(xiàn)方法都不能適應現代汽車(chē)的發(fā)展。另外，為了滿(mǎn)足各電子系統的實(shí)時(shí)性要求，須對汽車(chē)公共數據(如發(fā)動(dòng)機轉速、車(chē)輪轉速、節氣門(mén)踏板位置等信息)實(shí)行共享，而每個(gè)控制單元對實(shí)時(shí)性的要求又各不相同。因此，傳統的電氣網(wǎng)絡(luò )已無(wú)法適應現代汽車(chē)電子系統的發(fā)展，于是新型汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)便應運而生。

　　二、CAN總線(xiàn)

　　CAN總線(xiàn)又稱(chēng)作汽車(chē)總線(xiàn)，全稱(chēng)為“控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network)”，是一種能有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò )。它將各個(gè)單一的控制單元以某種形式(多為星形)連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的系統。

　　CAN總線(xiàn)最早是德國B(niǎo)osch公司為解決現代汽車(chē)中眾多的電控模塊(ECU)之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通訊協(xié)議?，F今在汽車(chē)電子系統中已得到廣泛應用，成為歐洲汽車(chē)制造業(yè)的主體行業(yè)標準，代表著(zhù)汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )的主流發(fā)展趨勢。

　　世界上很多著(zhù)名的汽車(chē)制造廠(chǎng)商，如Volkswagen(大眾)、Benz(奔馳)、BMW(寶馬)、Porsche(保時(shí)捷)、Rolls.Royce(勞斯萊斯)等公司都已經(jīng)采用CAN總線(xiàn)來(lái)實(shí)現汽車(chē)內部控制系統的數據通信。

　　三、LIN總線(xiàn)

　　LIN是由摩托羅拉(Motorola)與奧迪(Audi)等知名企業(yè)聯(lián)手推出的一種新型低成本的開(kāi)放式串行通訊協(xié)議，主要用于車(chē)內分布式電控系統，尤其是面向智能傳感器或執行器的數字化通訊場(chǎng)合。主要應用于電動(dòng)門(mén)窗、座椅調節、燈光照明等控制。

　　典型的LIN網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)數可以達到12個(gè)。以門(mén)窗控制為例，在車(chē)門(mén)上有門(mén)鎖、車(chē)窗玻璃開(kāi)關(guān)、車(chē)窗升降電機、操作按鈕等，只需要1個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò )就可以把它們連為一體。而通過(guò)CAN網(wǎng)關(guān)，LIN網(wǎng)絡(luò )還可以和汽車(chē)其他系統進(jìn)行信息交換，實(shí)現更豐富的功能。目前LIN已經(jīng)成為國際標準，被大多數汽車(chē)制造商和零部件生產(chǎn)商所接受。

　　LIN相對于CAN的成本節省主要是由于采用單線(xiàn)傳輸、硅片中硬件或軟件的低實(shí)現成本和無(wú)需在從屬節點(diǎn)中使用石英或陶瓷諧振器。這些優(yōu)點(diǎn)是以較低的帶寬和受局限的單宿主總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)方法為代價(jià)的。

　　LIN包含一個(gè)宿主節點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)從屬節點(diǎn)。所有節點(diǎn)都包含一個(gè)被分解為發(fā)送和接收任務(wù)的從屬通訊任務(wù)，而宿主節點(diǎn)還包含一個(gè)附加的宿主發(fā)送任務(wù)。在實(shí)時(shí)LIN中，通訊總是由宿主任務(wù)發(fā)起的。

　　四、Flexray總線(xiàn)

　　FlexRay總線(xiàn)是由寶馬、飛利浦、飛思卡爾和博世等公司共同制定的一種新型通信標準，專(zhuān)為車(chē)內聯(lián)網(wǎng)而設計，采用基于時(shí)間觸發(fā)機制，具有高帶寬、容錯性能好等特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性方面具有一定的優(yōu)勢。

　　Flexray是一種用于汽車(chē)的高速的、可確定性的，具備故障容錯能力的總線(xiàn)技術(shù)，它將事件觸發(fā)和時(shí)間觸發(fā)兩種方式相結合，具有高效的網(wǎng)絡(luò )利用率和系統靈活性特點(diǎn)，可以作為新一代汽車(chē)內部網(wǎng)絡(luò )的主干網(wǎng)絡(luò )。

　　Flexray可以應用在無(wú)源總線(xiàn)和星形網(wǎng)絡(luò )拓撲結構中，也可以應用在兩者的組合拓撲結構中。這兩種拓撲均支持雙通道ECU，這種ECU集成多個(gè)系統級功能，以節約生產(chǎn)成本并降低復雜性。雙通道架構提供冗余功能，并使可用帶寬翻了一番。每個(gè)通道的最大數據傳輸率達到10Mbps。目前Flexray主要應用于事關(guān)安全的線(xiàn)控系統和動(dòng)力系統，在寶馬的高端車(chē)上有應用。

　　寶馬公司在07款X5系列車(chē)型的電子控制減震器系統中首次應用了FlexRay技術(shù)。此款車(chē)采用基于飛思卡爾的微控制器和恩智浦的收發(fā)器，可以監視有關(guān)車(chē)輛速度、縱向和橫向加速度、方向盤(pán)角度、車(chē)身和輪胎加速度及行駛高度的數據，實(shí)現了更好的乘坐舒適性以及駕駛時(shí)的安全性和高速響應性，此外還將施加給輪胎的負荷變動(dòng)以及底盤(pán)的振動(dòng)均減至最小。

　　五、MOST總線(xiàn)

　　MOST 是一種專(zhuān)門(mén)針對車(chē)內使用而開(kāi)發(fā)的、服 務(wù)于多媒體應用的數據總線(xiàn)技術(shù)。 MOST 表示“多媒體傳輸系統”。

　　自從寶馬7系列汽車(chē)首次采用MOST(面向媒體的系統傳輸總線(xiàn))技術(shù)以來(lái)，近幾年該技術(shù)的普及速度突飛猛進(jìn)，實(shí)現實(shí)時(shí)傳輸聲音、視頻，以滿(mǎn)足高端汽車(chē)娛樂(lè )裝置的需求;可以用在車(chē)載攝像頭等行車(chē)系統

　　MOST總線(xiàn)特點(diǎn)：

　　(1)　保證低成本的條件下，可以達到24. 8 Mbit/s的數據傳輸速度。

　　(2)　無(wú)論是否有主控計算機都可以工作。

　　(3)　支持聲音和壓縮圖像的實(shí)時(shí)處理。

　　(4)　支持數據的同步和異步傳輸。

　　(5)　發(fā)送/接收器嵌有虛擬網(wǎng)絡(luò )管理系統。

　　(6)　支持多種網(wǎng)絡(luò )連接方式，提供MOST設備標準，方便、簡(jiǎn)潔地應用系統界面。

　　(7)　通過(guò)采用MOST，不僅可以減輕連接各部件的線(xiàn)束的質(zhì)量、降低噪聲，而且可以減輕系統開(kāi)發(fā)技術(shù)人員的負擔，最終在用戶(hù)處實(shí)現各種設備的集中控制。

　　(8)　光纖網(wǎng)絡(luò )不會(huì )受到電磁輻射干擾與搭鐵環(huán)的影響。

　　MOST總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )應于多媒體

　　各控制單元之間通過(guò)一個(gè)環(huán)形數據總線(xiàn)連接，該總線(xiàn)只向一個(gè)方向傳輸數據，這意味著(zhù)一個(gè)控制單元總是擁有2根光纖，一根用于發(fā)射機，另一根用于接收機。

　　MOST總線(xiàn)采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò )結構

　　光導纖維插頭：光纖使用專(zhuān)門(mén)的光學(xué)插頭與控制單元連接。插頭上的一個(gè)信號方向箭頭表明(至接收機的)輸入端，插頭外殼形成與控制單元的連接。光信號通過(guò)由光導纖維導線(xiàn)和光導插頭進(jìn)入控制單元或傳往下一個(gè)總線(xiàn)用戶(hù)。

　　MOST總線(xiàn)控制單元結構示意圖

　　控制單元電源模塊：由電氣插頭送入的電再由內部供電裝置分送到各個(gè)部件，這樣就可單獨關(guān)閉控制單元內某一部件，從而降低了靜態(tài)電流。

　　收發(fā)單元一光導發(fā)射器(FOT)：該裝置由一個(gè)光電二極管和一個(gè)發(fā)光二極管構成，到達的光信號由光電二極管轉換成電壓信號后傳至MOST收發(fā)機。

　　MOST收發(fā)器：MOST收發(fā)器由發(fā)射機和接收機兩個(gè)部件組成。

　　控制單元(ECU)：控制單元(ECU)的內部有一個(gè)微處理器，用于操縱控制單元的所有基本功能。

　　專(zhuān)用部件：這些部件用于控制某些專(zhuān)用功能，如CD播放機和收音機調諧器。

　　MOST總線(xiàn)光纖拉線(xiàn)圖

　　MOST 總 線(xiàn)利用光脈沖傳輸數據。MOST 總線(xiàn)采用環(huán)形 結構。在環(huán)形總線(xiàn)內只能朝著(zhù)一個(gè)方向傳輸數 據。

　　MOST的傳輸技術(shù)近似于公眾交換式電話(huà)網(wǎng)絡(luò )(Public Switched Telephone Network;PSTN)，有著(zhù)數據信道(Data Channel)與控制信道(Control Channel)的設計定義，控制信道即用來(lái)設定如何使用與收發(fā)數據信道。 一旦設定完成，資料就會(huì )持續地從發(fā)送處流向接收處，過(guò)程中不用再有進(jìn)一步的封包處理程序，將運作機制如此設計，最適合用于實(shí)時(shí)性音訊、視訊串流傳輸。

　　MOST在制訂上完全合乎ISO/OSI的7層數據通訊協(xié)議參考模型，而在網(wǎng)線(xiàn)連接上MOST采用環(huán)狀拓樸，不過(guò)在更具嚴苛要求的傳控應用上，MOST也允許改采星狀(亦稱(chēng)放射狀)或雙環(huán)狀的連接組態(tài)，此外每套MOST傳控網(wǎng)絡(luò )允許最多達64個(gè)的裝置(節點(diǎn))連接。

　　六、總結

　　CAN作為一種可靠的汽車(chē)總線(xiàn)已經(jīng)廣泛的應用在了高檔汽車(chē)上，LIN作為CAN的補充，也已成為國際標準。而比CAN還要先進(jìn)的Flexray更是發(fā)展迅速。汽車(chē)總線(xiàn)的發(fā)展已經(jīng)勢不可擋。