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一、汽車EE架構從分布式向域集中變化，推動通信架構升級

電子電氣架構在2007年由德爾福(DELPHI)首先提出E/E架構的概念，具體就是在功能需求、法規(guī)和設計要求等特定約束下，把汽車里的傳感器、中央處理器、電子電氣分配系統、軟件硬件通過技術手段整合在一起;通過這種結構，將動力總成、傳動系統、信息娛樂系統等信息轉化為實際的電源分配的物理布局、信號網絡、數據網絡、診斷、電源管理等電子電氣解決方案。

目前存在的多種汽車網絡標準，其側重的功能有所不同。按照系統的復雜程度、通信速率、必要的動作響應速度、工作可靠性等方面的因素，美國汽車工程師學會(SAE)將汽車數據傳輸網劃分為A、B、C、D和E共5類。下表為汽車數據傳輸網的類型：

車載網絡系統的分類

A類網絡

A類網絡是應用在“控制模塊與智能傳感器或智能執(zhí)行器”之間的通信網絡(子總線)。

該類網絡特點是低傳輸位速率、低成本，A類的網絡通信大部分采用UART(UniversalAsynchronous Receiver Transmitter，通用異步收發(fā)器)標準，目前還在應用的主要是LIN協議、TTP/A協議和豐田專用BEAN協議等。

B類網絡

主要應用的B類總線標準有三種：低速CAN、J1850和VAN。

低速CAN是B類總線的國際標準，以往廣泛適用于美國車型的J1850正逐步被基于CAN總線的標準和協議所取代。

C類網絡

由于高速總線系統主要用于與汽車安全相關，以及實時性要求比較高的地方，如動力系統等，所以其有高傳輸速率，通常在“125kbit/s～1Mbit/s”之間?？芍С謱崟r的周期性的參數傳輸，高速網絡主要用于動力控制系統、電子制動系統等。

D類網絡

汽車信息娛樂和遠程信息設備，特別是汽車導航系統，需要功能強大的操作系統和連接能力。目前主要應用的幾種D類總線協議見下表。

汽車多媒體網絡和協議分為三種類型，分別是低速、高速和無線，對應SAE的分類相應為IDB-C、IDB-M和IDB-W，其傳輸速率為250kbit/s～100Mbit/s。

低速用于遠程通信、診斷及通用信息傳送，IDB-C按CAN總線的格式以250kbit/s的位速率進行信息傳送。

高速主要用于實時的音頻和視頻通信，如MP3、DVD和CD等的播放，所使用的傳輸介質是光纖。

無線通信方面，采用藍牙規(guī)范。

E類網絡

E類網絡主要面向乘員的安全系統，其主要用于“安全氣囊系統”。主要作用為：連接氣囊、控制電腦、加速度計、安全傳感器等裝置，為被動安全提供最佳保障。目前已有一些公司研制了相關的總線和協議，典型的安全總線標準如寶馬公司的Byteflight。

Byteflight協議基于靈活的時分多路TDMA協議，以10Mbit/s的速率傳送數據，光纖可長達43m。不僅可以用于安全氣囊系統的網絡通信，還可用于X-by-Wire系統的通信和控制。其結構能夠保證以一段固定的等待時間專門用于來自安全元件的高優(yōu)先級信息。利用Byteflight可以連接和收集前座保護氣囊、后座保護氣囊以及膝部保護氣囊等安全裝置的信號。在緊急情況下，這種決定性的措施對安全發(fā)揮最佳的保護效果。

車載網絡系統在汽車上的應用

車載網絡系統在汽車上的應用非常多，按照應用系統加以劃分的話，車載網絡大致可以分為4個系統：動力傳動系統、車身系統、安全系統和信息系統。

動力傳動系統

在動力傳動系統內，利用網絡將發(fā)動機艙內設置的模塊連接起來，在將汽車的主要因素——行駛、停止與轉彎這些功能用網絡連接起來時，就需要高速網絡。

動力CAN數據總線連接3塊電腦，它們是發(fā)動機、ABS/EDL及自動變速器電腦。在動力傳動系統中，數據傳遞應盡可能快速，以便能及時利用數據，所以需要一個高性能的發(fā)送器。

CAN數據總線連接點通常置于控制單元外部的線束中，但在特殊情況下，連接點也可能設在發(fā)動機電控單元內部。

車身系統

與動力傳動系統相比，汽車上的各處都配置有車身系統的部件，線束長，容易受到干擾。防干擾的措施是盡量降低通信速度，通過增加節(jié)點的數量，保證通信速度不受影響。在車身系統中，因為擔負著人機接口作用的模塊、節(jié)點的數量增加，所以與性能(通信速度)相比，更傾向于注重成本。

安全系統

安全系統是指根據”多個傳感器的信息“使安全氣囊啟動等的控制系統。由此使用的節(jié)點數將急劇地增加。對此系統的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。

信息(娛樂、ITS)系統

對信息系統通信總線的要求是容量大、通信速度非常高。面向21世紀的控制系統、高速車身系統及主干網絡等，意味著將會有不同的網絡并存，為了實現即插即用，都將各個局域網與總線相連，根據汽車的平臺選擇并建立所需要的網絡。典型的車用網絡如下圖所示：

車機系統使用更多的有8MHz等頻率，更不用說到5G、和C-V2X技術使用更多的晶振產品啦，以前一臺傳統汽車所使用的晶振產品數量為30~40顆晶振產品，但隨著汽車產品的不斷發(fā)展，現在新能源智能汽車大概為100顆左右，估計隨著自動駕駛技術的成熟性，后續(xù)單車用量可能達到130顆以上

汽車行業(yè)發(fā)展越來越快了，從傳統汽車到新能源汽車到智能汽車，汽車技術日新月異，汽車之間通信技術你了解多少呢?而汽車通信技術與晶振產品技術又有什么關系呢?下面介紹汽車通信與晶振產品更深層次的關系。

CAN

CAN(Controller Area Network)全稱為“控制器局域網”，是1983年德國BOSCH公司研發(fā)的一種共享式雙線串行通信總線，最高傳輸速率為1MBit/s，具有非破壞性仲裁，分布式實時控制，可靠的錯誤處理和檢測機制等特性。并且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干網。CAN網絡的優(yōu)勢是成本低，可靠性高，可以用于汽車動力系統、底盤和車身電子領域。不足之處是CAN總線屬于共享式總線，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 FD(CAN with Flexible Data-Rate)是BOSCH公司2011年發(fā)布的CAN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總線在帶寬和數據長度的不足，將數據位最大的字節(jié)數提高至64字節(jié)，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

LIN(Local Interconnect Network)通信技術于2001年運用于汽車工業(yè)，作為CAN網絡的一種補充，屬于一種低成本的串行總線技術，LIN總線網絡采用單主多從的模式架構，使用單信號線進行傳輸，主、從節(jié)點間的通信有具體的規(guī)則，只有主節(jié)點需要，從節(jié)點才能發(fā)送信息，不需要總線仲裁。LIN總線最主要的優(yōu)勢在于相比CAN總線更為低廉的成本，帶寬僅有不到20Kbps，多應用于帶寬要求不高的系統，如大燈、門鎖、電動座椅、燈光等上面。

Flex Ray

Flex Ray于2005年應用于汽車領域，是繼CAN和LIN之后的新一代汽車控制總線技術，屬于共享式總線技術，帶寬可達10Mbps，是一種具備時間可確定性的、分布式時鐘同步的、故障容錯的總線標準。Flex Ray的主要優(yōu)勢在于相比CAN總線具有較高的帶寬，可以滿足汽車關鍵應用的要求，但是同樣作為共享式總線技術，其成本卻很高，僅適用于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

MOST(Media Oriented Systems Transport)是由德國MOST合作組于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于汽車娛樂信息傳輸的不足。由于MOST通信物理層使用的是光纖傳輸，采用環(huán)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，而最新的MOST-150標準速率可達150MBit/s，可同時傳輸音像流數據、文本數據等。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(fā)周期長，專利技術成本昂貴，難以得到普及，也僅僅應用于中高端車中。

LVDS

LVDS(Low Voltage Differential Signaling)低壓差分信號，雖然不是專門為汽車領域設計的，但是它相比于MOST技術有著更低的成本，且最高帶寬可達655MBit/s，受到眾多普通廠商的青睞，被視為MOST技術的替代產品。但是LVDS技術也有比較嚴重的缺陷，為了滿足汽車嚴格的電磁兼容(EMC)、電磁干擾(EMI)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，并且在傳輸協議上，LVDS屬于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，嚴重限制了擴展功能。

TTP/C

TTP/C 是一種基于時分多址方式(TDMA)的時間觸發(fā)通信協議，主要用于安全關鍵領域，例如航空電子設備或汽車領域 X-by-Wire 應用，最高傳輸速度為10 Mb/s，TTP/C 專為滿足最高安全要求而開發(fā)因此不兼容事件觸發(fā)系統.TTP/C協議具有嚴格的時間確定性和完備的容錯策略，十分適合作為航空、汽車、鐵路等安全關鍵領域的通用底層解決方案。

以太網(Ethernet)

以太網，準確的說是車載以太網，是一種用以太網連接車內電子單元的新型局域網技術，與傳統以太網使用4層非屏蔽雙絞線電纜不同，車載以太網在單對非屏蔽雙絞線上可實現100Mbit/s，甚至1Gbit/s的傳輸速率，同時還滿足汽車行業(yè)對高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲以及同步實時性等方面的要求。車載以太網同時支持AVB、TCP/IP、DOIP、SOME/IP等多種協議或應用形式。

AVB

AVB(Ethernet Audio Video Bridging)-以太網音視頻橋接技術，AVB是對傳統以太網功能的擴展，通過增加精確時鐘同步、帶寬預留等協議增強傳統以太網音視頻傳輸的實時性，是極具發(fā)展?jié)摿Φ木W絡音視頻實時傳輸技術;SOME/IP則規(guī)定了車載攝像頭應用的視頻通信接口要求，可應用于車載攝像頭領域，并通過API實現駕駛輔助攝像頭的模式控制。