標準化推進(jìn)汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)應用深入
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應用層標準化是促進(jìn)總線(xiàn)技術(shù)應用的重要措施
總線(xiàn)是實(shí)施汽車(chē)內部智能零部件信息交互的橋梁，而總線(xiàn)應用層的標準化則是促進(jìn)總線(xiàn)技術(shù)應用的重要措施。
一個(gè)具體的總線(xiàn)系統包括：數據鏈路層，如SJA1000、FlexCAN等；物理層，如82C250、TJA1050、雙絞線(xiàn)、光纖等；應用層，如SAE J1939，因此總線(xiàn)系統的標準化包括數據鏈路層、物理層和應用層的標準化。只有遵循同一總線(xiàn)標準的智能零部件才能構成可實(shí)施信息交互的總線(xiàn)系統。
與總線(xiàn)數據鏈路層相關(guān)的是總線(xiàn)控制器，與總線(xiàn)的物理層相關(guān)的總線(xiàn)收發(fā)器和通信介質(zhì)。在設計總線(xiàn)系統過(guò)程中，總線(xiàn)控制器、總線(xiàn)收發(fā)器和通信介質(zhì)等總線(xiàn)元器件是由半導體廠(chǎng)家或其他元器件廠(chǎng)家設計制造。為了確保不同廠(chǎng)家生產(chǎn)元器件之間的互連性，涉及總線(xiàn)系統的元器件都遵循同一標準并通過(guò)了一致性測試，汽車(chē)制造廠(chǎng)家和汽車(chē)零部件制造廠(chǎng)家只需要從這些元器件中選擇符合自己要求的元器件，標準化工作已由生產(chǎn)元器件的廠(chǎng)家完成。但涉及總線(xiàn)系統數據定義的應用層卻是由汽車(chē)制造商和汽車(chē)制造商的核心零部件廠(chǎng)家自己制定的。
目前在轎車(chē)行業(yè)，在不同的汽車(chē)制造商甚至同一汽車(chē)制造商的不同系列轎車(chē)中，盡管它們使用同一總線(xiàn)和同一總線(xiàn)的物理層，其應用層是不相同的。以轎車(chē)為例，目前幾乎所有轎車(chē)在動(dòng)力系統使用的CAN總線(xiàn)的通信速率都是500Kbps、通信介質(zhì)都是雙絞線(xiàn)，但它們的應用層協(xié)議是完全不相同的，如BOSCH有自己的應用層協(xié)議，大眾甚至產(chǎn)量十分有限的保時(shí)捷都有自己不同的應用層協(xié)議?？偩€(xiàn)的應用層直接涉及到智能零部件中MCU的硬件資源和軟件結構，同一個(gè)汽車(chē)零部件廠(chǎng)家在設計功能相同、但是為不同汽車(chē)制造廠(chǎng)家甚至同一汽車(chē)制造廠(chǎng)家不同型號汽車(chē)用的智能零部件時(shí)，不僅需要建設適應不同總線(xiàn)協(xié)議的測試體系，重新設計智能零部件的硬件系統和軟件系統，而且還必須進(jìn)行智能零部件的重新認證。
目前總線(xiàn)系統應用層的“百花齊放”現象不僅沒(méi)有促進(jìn)汽車(chē)電子技術(shù)的健康發(fā)展，而且增加了智能零部件設計和生產(chǎn)成本，降低了智能零部件的可靠性和生命周期。甚至一些國際汽車(chē)制造巨頭為利益所驅動(dòng)，借助總線(xiàn)應用層來(lái)阻止其他成員進(jìn)入其產(chǎn)業(yè)鏈，已嚴重阻撓了我國汽車(chē)智能零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
為了實(shí)施汽車(chē)總線(xiàn)標準化工作，美國汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì )(SAE)在1996年頒布了應用于卡車(chē)和客車(chē)應用的J1939。ISO在1998年頒布了用于拖頭和拖車(chē)之間信息交換的ISO11992。J1939和ISO11992都是建立在CAN總線(xiàn)基礎上的應用層標準，其中J1939遵循CAN總線(xiàn)的數據鏈路層(ISO11898-1)和物理層(ISO11898-2)。ISO19992遵循CAN總線(xiàn)的數據鏈路層(ISO11898-1)，為了增強總線(xiàn)的抗干擾能力，ISO11992物理層信號的高電平由ISO11898-3的5V提高到了24V。經(jīng)過(guò)多年的推廣應用，J1939已成為全球商用車(chē)的事實(shí)標準，ISO-11992也正處于推廣期。除了J1939和ISO11992，以CAN總線(xiàn)為基礎的應用層標準還有J2411、J2284、ISO11519、ISO/DIS15765等。
規范設計方法建立總線(xiàn)標準化測試體系
汽車(chē)最重要的性能是行車(chē)安全，在汽車(chē)中采用了總線(xiàn)，其優(yōu)勢是很明顯的：構建了整車(chē)的信息交互平臺，有助于整車(chē)的柔性制造和可持續發(fā)展；串行的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構減少了整車(chē)線(xiàn)束和接插件，簡(jiǎn)化安裝、維護和管理。這是它的優(yōu)勢，但同時(shí)這也是總線(xiàn)系統固有的安全隱患。因為所有整車(chē)的控制信息、維護信息都是通過(guò)單一總線(xiàn)進(jìn)行信息交互的，一旦總線(xiàn)上的某一關(guān)鍵零部件發(fā)生故障，就有可能造成整車(chē)信息癱瘓，最終影響汽車(chē)的行車(chē)安全。
為了提高總線(xiàn)系統的可靠性和安全性，一方面以CAN總線(xiàn)為代表的車(chē)用總線(xiàn)在其創(chuàng )造過(guò)程就采用了一系列故障處理措施來(lái)提高總線(xiàn)系統的可靠性和安全性；另一方面各個(gè)汽車(chē)制造廠(chǎng)和各種標準化組織制定了一系列標準(如AEC-Q100、ISO7637-3、ISO11452)，來(lái)確保汽車(chē)智能零部件及其總線(xiàn)系統的可靠性和安全性。表面上看在智能零部件的設計中，具有總線(xiàn)接口的智能零部件的研發(fā)和其他電子產(chǎn)品的研發(fā)具有很多相同之處，僅僅是一個(gè)電子元件的理解和應用過(guò)程，但總線(xiàn)同時(shí)又是智能零部件與外部進(jìn)行信息交互的通道，是連接到外部的橋梁，同時(shí)也接收外部干擾和向外部輻射，而且汽車(chē)使用環(huán)境十分惡劣。因此，數據鏈路層、物理層和應用層的標準化僅僅能保證最基本的信息交互，要保證總線(xiàn)系統安全可靠地進(jìn)行信息交互，還應規范設計方法，建立總線(xiàn)標準化測試體系。
規范設計方法是指規范與總線(xiàn)相關(guān)的電路原理和軟件結構，而總線(xiàn)系統標準化測試體系除了包括物理層測試、應用層測試和EMC測試外，同時(shí)還包括總線(xiàn)系統的裝配規范。在“十五”期間，作者參照國際上的相關(guān)標準和同事一起起草了《電動(dòng)汽車(chē)總線(xiàn)測試規范》，目前該規范已引起國內同行的關(guān)注。
總線(xiàn)系統對于汽車(chē)行業(yè)，特別是對于我國的汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)還是一項新生事物，總線(xiàn)系統和傳統汽車(chē)電器有著(zhù)本質(zhì)的不同。從研發(fā)、應用和維護出發(fā)，為整車(chē)提供一個(gè)安全可靠的總線(xiàn)系統，以達到以“X-BY-WIRE”的目標還需要業(yè)界付出長(cháng)期的努力。
我國在汽車(chē)總線(xiàn)標準化進(jìn)展情況
為了加速我國汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)的標準化進(jìn)程，在"十五"期間，科技部連續五年支持電動(dòng)汽車(chē)總線(xiàn)通信協(xié)議方面的研究工作，國家汽車(chē)標準化組織也成立了《商用車(chē)控制系統局域網(wǎng)絡(luò )(CAN總線(xiàn))通訊協(xié)議》起草小組。其中電動(dòng)汽車(chē)總線(xiàn)通信協(xié)議以J1939為基礎，并針對電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)進(jìn)行了補充。根據目前得到的信息，《商用車(chē)控制系統局域網(wǎng)絡(luò )(CAN總線(xiàn))通訊協(xié)議》是完全基于J1939的，同時(shí)國內一些單位也研發(fā)出符合J1939的汽車(chē)智能零部件。而作者在研發(fā)《重型汽車(chē)數字化平臺》過(guò)程中，其應用層協(xié)議采用的是ISO11992。
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