几种常见的传统汽车总线传输通信技术
当前主流的汽车混合网络主要由 CAN、LIN、Flex Ray、MOST、LVDS 等车载网络总线构成。这些网络标准都是由汽车行业制定,属于较封闭的标准,很难与外部设备及网络服务连接,有浓重的汽车行业的特色。
CAN(Controller Area Network)是1983年德国BOSCH公司研发的一种共享式双线串行通信总线,最高传输速率为1MBit/s,具有非破坏性仲裁,分布式实时控制,可靠的错误处理和检测机制等特性。并且ISO标准化组织将CAN通信进行了标准化,因此,目前CAN网络是车载通信的主干网络。CAN网络的优势是成本低,可靠性高,可以用于汽车动力系统、底盘和车身电子等领域,不足之处是CAN总线属于共享式总线,通信速率相对较低,不能满足汽车总线带宽日益增加的需求。
CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)是Bosch公司2011年发布的CAN的替代总线,在继承了CAN总线的绝大多数特性的同时,弥补了CAN总线在总线带宽和数据长度的不足,将数据位最大的字节数提高至64位,最高通讯速率可达8MBit/s甚至更高,显著提高了通信速率,降低总线负载。CAN FD可以兼容传统CAN网络,因此,目前车内的控制网络正逐步的由CAN网络向CAN FD网络迁徙。
LIN(Local Interconnect Network)通信技术于2001年运用于汽车工业,作为CAN网络的一种补充,也属于一种低成本的串行总线技术,LIN总线网络采用单主多从的模式架构,使用单信号线进行传输,主、从节点间的通信有具体的规则,只有主节点需要,从节点才能发送信息,不需要总线仲裁。LIN总线最主要的优势在于相比CAN总线更为低廉的成本,带宽仅有不到20KBps,多应用于带宽要求不高的舒适系统。
Flex Ray,于2005年应用于汽车领域,是继CAN和LIN之后的新一代汽车控制总线技术,同样属于共享式总线技术,带宽可达10Mbps,是一种具备时间可确定性的、分布式时钟同步的、故障容错的总线标准。Flex Ray的主要优势在于相比CAN总线具有较高的带宽,可以满足汽车关键应用的要求,但是同样作为共享式总线技术,其成本却很高,仅适用于豪华车中的线控系统(如悬挂控制、换挡控制、刹车控制、转向控制等)。
MOST(Media Oriented Systems Transport)是由德国MOST Cooperation(MOST合作组) 2001年制定的一个针对汽车领域的多媒体应用通信标准,以解决传统总线不适用于汽车娱乐信息传输的不足。由于MOST通信物理层使用的是光纤传输,采用环形网络拓扑结构,其线束质量轻、抗干扰性强、带宽高、信号衰减少,最新的MOST-150标准速率可达150MBit/s,可同时传输音像流数据、文件数据等。目前,MOST的带宽性能能够满足汽车的需求,但是它的扩展性差,技术开发周期长,专利技术成本昂贵,难以得到普及,也仅仅应用于中高端车中。
LVDS(Low Voltage Differential Signaling)虽然它不是专门为汽车领域所设计的,但是它相比于MOST技术有着更低的成本,且最高带宽可达655 Mbps,是一种低压差分高速信号标准,受到众多普通厂商的青睐,被视为MOST技术的替代产品。但是LVDS技术也有比较严重的缺陷,为了满足汽车严格的电磁兼容(EMC, Electromagnetic Compatibility)、电磁干扰(EMI, ectromagnetic Interference)等要求,它的传输线缆增加了较厚的传输屏蔽层,增加了车重,并且在传输协议上,LVDS属于点对点的图像传输技术,每个接口只能有一个摄像头或者一个视频输出口,严重限制了扩展性能。
以下是这几种总线技术的对比:
总线名称 | 通信速度 | 通信介质 | 成本 | 应用范围 |
---|---|---|---|---|
LIN | 20Kb/s(车身) | 单线缆 | 低 | 大灯、灯光、门锁、电动座椅等 |
CAN | 125K~1Mb/s(状态信息) | 非屏蔽双绞线 | 低 | 汽车空调、电子指示、故障诊断等 |
CANFD | 5Mb/s | 非屏蔽双绞线 | 低 | 汽车空调、电子指示、故障诊断等 |
FlexRay | 1M~10Mb/s(实时控制) | 双绞线/光纤 | 中 | 引擎控制、ABS、悬挂控制、线控转向等 |
MOST/1394 | 150Mb/s | 双绞线/光纤 | 高 | 汽车导航系统、多媒体娱乐等 |
LVDS | 850Mb/s | 双绞线串/并行 | 低 | 车载摄像头 |
TTP/C | 10Mb/s | 双绞线/光纤 | 高 | 用于安全关键领域,航空电子设备或汽车领域 X-by-Wire应用 |
Ethernet | 1Gb/s | 非屏蔽双绞线 | 低 | 汽车多媒体通讯、主干网和诊断 |
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