车载网络系统基本认知

2021年5月12日，国家互联网信息办公室与相关部门共同起草了《汽车数据安全管理若干规定（征求意见稿）》，并公开向社会征求意见。同年9月，备受行业期待的AutoSec第五届中国汽车网络安全周活动在上海成功举办。

除了涵盖产业内的各种重要信息和内容，本次会议还首次增设了汽车数据安全主题展—AutoSecExpo汽车数据安全展，全方位展示了汽车功能安全、网络安全方案和成果，为参会者提供了丰富的资讯和见解。

这些活动和展览充分表明，当前汽车网络的发展受到了越来越多的关注和重视。对于车载网络这个话题，人们有着无尽的好奇和探索欲望。

今天我就给大家简单介绍一下车载网络系统的一些基础知识。

车载网络的产生

随着汽车动力驱动系统、舒适系统和信息娱乐系统内各种电子控制系统的不断增加，这些连接所需要的导线和插接件的数量随之急剧增加，从而引发了汽车厂商和设计人员的思考。

导线数量的增加造成的影响

整个汽车的布线将十分复杂，显得很凌乱，一根线束包裹着几十根导线的现象很普遍。

占用空间更大，使得在有限的汽车空间内布线越来越困难，限制了功能的扩展。

故障率随之增加，降低了汽车的可靠性，另外，一般情况下线束都装在纵梁下等看不到的地方，一旦线束中出了问题，查找相当麻烦，增加了维修的难度。

电控单元并不是仅仅与负载设备简单地连接，更多的是与外围设备及其他电控单元进行信息交流，并经过复杂的控制运算，发出控制指令，按传统的连接方式，线束成本较高。

车载电控系统经历了中央电脑集中控制、多电脑分散控制和网络控制三个阶段。

车载网络系统的发展史

车载网络的产生，使得汽车电控系统发生了巨大的变化。

从1980年起，汽车内开始装用网络。

在1983年，丰田公司在世纪牌汽车上最早采用了应用光缆的车门控制系统，实现了多个节点的连接通信如图所示。

此系统采用了集中控制方法，车身电控单元（ECU）对各车门的门锁、电动玻璃窗进行控制，这是早期在汽车上采用的光缆系统，此后，在较长的一段时间里，其他公司并没有跟进采用光缆系统。

1986年，Robert Bosch公司在美国汽车工程师协会上介绍了一种新型的串行总线——CAN控制器局域网，那是车载网络系统CAN诞生的时刻。

此后，日本也提出了各种各样的网络方案，但没有统一为以车身系统为主的控制方式。

随着汽车技术的发展，欧洲又以与CAN协议不同的思路提出了控制系统的新协议TTP，并在X-by-Wire系统上开始应用。当对汽车引入智能交通系统（ITS）时，在信息系统中将会采用更大容量的网络，例如D2B协议、MOST及IEEE1394等。

近几年，一些厂家和公司也对汽车多路总线传输制订了进一步的标准，各大厂家还在不断推出新的总线通信速度及相关标准，成本也在不断增加。如LIN总线、CAN总线、FLexRay总线的成本-通信速度变化如图所示。

车载网络系统的结构组成

车载网络系统指的是车辆上装载的网络系统，具有共享信息，协同驾驶人员控制，以及进行必要的车内外信息交流的功能。

其本质是通过对车外以及车体情况的感知，实现信息从车外、车体到车内控制系统，车内人员的反应机制的信息流动。

随着汽车技术的发展，在汽车上采用的计算机微处理芯片数量越来越多，多个处理器之间相互连接、协调工作并共享信息，这样就构成了汽车车载网络系统。下图所示为典型的汽车车载网络系统的结构。

通常汽车网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网关服务器来实现整车的信息共享和网络管理，如图所示。

车载网络系统的功能

多路传输功能

为了减少车辆电气线束的数量，多路传输通信系统可使部分数字信号通过共用传输线路进行传输。

系统工作时，由各个开关发送的输入信号通过中央处理器（CPU）转换成数字信号，该数字信号以串行信号方式从传感器传输给接收装置，发送的信号在接收装置处将被转换为开关信号，再由开关信号对有关元件进行控制。

“唤醒”和“休眠”功能

“唤醒”和“休眠”功能用于减少在关闭点火开关时蓄电池的额外能量消耗。

当系统处于“休眠”状态时，多路传输通信系统将停止诸如信号传输和CPU控制等功能，以节约蓄电池的电能；

当系统有人为操作时，处于“休眠”状态的有关控制装置立即开始工作，同时还将“唤醒”信号通过传输线路发送给其他控制装置。

失效保护功能

失效保护功能包括“硬件失效保护功能”和“软件失效保护功能”。

当系统的CPU发生故障时，硬件失效保护功能使其以固定的信号进行输出，以确保车辆能继续行驶；

当系统某控制装置发生故障时，软件失效保护功能将不受来自有故障的控制装置的信号影响，以保证系统能继续工作。

故障自诊断功能

故障自诊断功能包括“多路传输通信系统的自诊断模式”和“各系统输入线路的故障自诊断模式”。

既能对自身的故障进行自诊断，又能对其他系统进行故障诊断。