国内车载网络的今天与明天

作者：中国科学院电工研究所副研究员 唐晓泉

欢迎访问e展厅 展厅 2 汽车电子展厅 车灯, 遥控发射器, 汽车娱乐系统, TPMS胎压监测, 汽车防盗器, ... 随着国内汽车消费市场的飞速发展，与汽车相关的高新技术伴随着世界汽车巨头推崇的全球新车同步上市的浪潮不断地涌向中国市场，在国家的大力支持下，中国汽车电子技术的自主创新能力不断增强，作为汽车电子关键技术之一的车载网络在关键技术上与全球同步发展。 车载网络应用技术与全球同步目前与汽车动力、底盘和车身密切相关的车载网络主要有CAN、LIN 和FlexRay。从全球车载网络的应用现状来看，通过20多年的发展，CAN已成为目前全球产业化汽车应用车载网络的主流，目前CAN已由过去仅服务中、高级轿车，逐渐渗透到6万人民币以下的家用轿车之中，近两年在国内新下线的合资品牌的轿车全部都采用了CAN。 作为CAN低成本替代的LIN还处于产业化的初级阶段，据作者调查，目前在国内上市的轿车中，只在2005年年初上市的Volvo的S40和2005年4月上市的长安铃木雨燕中能发现LIN的踪影。而2004年才向全球公开发布的FlexRay还处于应用研究的前期阶段，与FlexRay 2.0配套的部分集成电路还未正式上市，其产业化应用还需要一定的时间。从国内车载网络的发展来看，我们已掌握了CAN应用关键技术。在2005年9月18日国家“十五”重大科技成就展在北京海淀展览馆向社会公众所有展示的新能源汽车全采用了自主研发基于CAN的车载网络，其中，由北京理工大学主持研发的纯电动公交车、二汽主持研发的混合动力公交车已进入试运营阶段。 在传统汽车方面，一汽在展会上展示了自主研发的大客车，在这辆大客车中安装有一汽车自主研发的AMT，其中AMT控制器采用了自主研发基于CAN的车载网络，AMT通过车载网络与车上的其他零部件进行信息交互。自主研发基于CAN车载网络在新能源汽车和传统汽车上的成功应用，标志着自主研发的车载网络已深入到汽车控制的核心———汽车动力系统之中。为了规范国内的车载网络，为有志于从事车载网络的企业指明方向，全国汽车标准化技术委员会在2005年开始持续在网上公布《商用车控制系统局域网络(CAN)通信协议》系列国家标准征求意见稿，处于战国纷飞基于CAN的车载网络开始纳入标准化规范化管理，自主研发的车载网络在技术上走向成熟，并开始了它的产业化进程。在LIN总线应用研究上，我们已跨越单纯的学习阶段，迈入与全球同步发展阶段。 从1999年7月LIN 1.0公布到2002年11月LIN 1.3 的公布，在这3年多的时间里，中国的汽车电子才起步，作为汽车电子关键技术之一的车载网络技术国内还处于萌芽状态，国内只有少数科研院所在跟踪LIN的发展趋势。在2003年9月LIN 2.0公布时，中国的汽车电子产业已处于自主研发的高潮，国内从事车载网络的相关企业与全球同步获得了LIN 2.0的协议文本，并根据LIN 2.0协议，修正其前期在LIN方面的研发工作，以符合LIN 2.0的要求。传统零部件与车载网络走向融合车载网络是汽车内部各ECU之间进行信息交互的桥梁，如果脱离了ECU这个基础，车载网络自然成了空中楼阁。在国内车载网络研发之初，由于国内自主品牌汽车中零部件的智能化率很低，其整车控制基本上还停留在电气控制阶段，给自主品牌汽车配套的国内的零部件厂家以生产机械电气为主零部件，几乎没有涉及集机械、电气和电子一体的汽车电子领域。 而最初从事车载网络的研发主要是具有电子信息技术背景的单位为主，他们虽然容易掌握车载网络技术，但缺乏相应的汽车背景，加上汽车行业相对封闭，他们很难进入汽车零部件的配套体系，于是出了在现有以机械电气为主的汽车零部件之间增加车载网络ECU这样的模式。这种模式网络与现有零部件相分离，零部件的性能没有本质的提高，成本却上升了，而且使线束设计变得更加复杂，不被整车接受。随着国内汽车电子的发展，一方面传统的零部件企业受市场竞争的驱动，急需利用电子信息技术改造传统的零部件，以借助车载网络提升其产品的性能，使其在竞争中取得有利地位；另一方面从事车载网络的研发单位需要在传统的汽车零部件行业中寻找合作者为车载网络提供应提供载体，以进入相对封闭的汽车行业。 具有十多年汽车仪表生产历史的哈尔滨航天风华科技股份有限公司从1994年研制成功电子式车速里程表以来，其产品经过动圈式汽车仪表、动磁式汽车仪表，现已平稳过渡到基于CAN和步进电机的智能汽车仪表。而中国科学院沈阳自动化研究所与浙江正方交通建设集团股份有限公司合作成立浙江中科正方电子技术有限公司，该公司自2004 年3月成立以来，借助中国科学院沈阳自动化研究所在国内现场总线处于领导地位的优势，已形成系列基于CAN总线的汽车电子产品。国III实施将促进车载网络产业化2005年岁末的最后一天，汽车业界的一条重要标准—机动车排放国Ⅲ标准，开始在北京实施。机动车排放国Ⅲ标准的实施标志作不满足机动车排放国Ⅲ标准的机动车生命周期终结，而机动车的排放是由机动车的发动机及其与发动机配套的控制系统所决定的，所以机动车排放国Ⅲ标准的实施的必然结果是迫使汽车企业放弃原有的发动机及与发动机配的控制系统，采用满足机动车排放国Ⅲ标准的发动机及与发动机配的控制系统。 而满足机动车排放国Ⅲ标准的发动机控制系统具有一个重要的特性就是车载网络功能。满足机动车排放国Ⅲ标准发动机控制系统的车载网络主要是体现在两个方面，其一具有诊断功能的ODB II车载网络，其二是具有控制信息交互的车载网络。其中ODB II诊断车载网络为机动车诊断设备提供了信息交互通道，机动车诊断设备通过ODB II可获取机动车的各种数据信息。而具有控制信息交互的车载网络为发动机控制系统提供了与其他零部件进行控制信息交互通道，机动车上的其他零部件，如：变速器、ABS、组合仪表可通过这个车载网络与发动机控制系统进行控制信息交互，以提高机动车的行车安全性和舒适性。发动机是机动车的核心，机动车发动机具备了车载网络必然要求与发动机密切相关的其他零部件也应具备车载网络功能。机动车排放国Ⅲ的实施将加速国内车载网络产业化的进程，为国内有志于从事车载网络企业提供了大展宏图的机遇。 专家观点技术是车载网络产业重要保障从产业角度来看，车载网络的应用研究可分为两个层次，第一个层次是在单个ECU中嵌入车载网络功能，使单个ECU能通过车载网络实现与其他ECU之间的信息交互；第二层次是确保车载网络在量产汽车中可靠工作，这是车载网络产业化的终极目标。以车载网络应用研究的第一个层次为基础，继续开展车载网络应用研究的第二个层次，它关系到车载网络这个研究成果是否转化为生产力。在车载网络应用研究的第二个层次上，需要解决以下两个方面的问题：首先，整车的车载网络规划，根据具体车型确定其内部车载网络的类型、数量和线束的设计，使车载网络不仅具有最优的性价比，而且具有可持续发展替力。 由于目前国内的车载网络的研发还停留在第一个层次上，对整车网络宏观上的规划处于初级阶段，同时整车的车载网络规划是涉及整车设计的核心技术，不可能通过公开的渠道获取，因此国内车载网络在发展过程中走了很多的弯路。其实在整车车载网络规划中不仅在国内车载网络发展过程中出现了各种各样的问题，就是在汽车产业比中国发达的国家也出现过类似的问题。为了有效地解决车载网络的规划问题，作者在2002年就提出了网络在环设计方法，并研发成功网络在环实时仿真平台，该仿真平台已成功应用于电动汽车车载网络通信协议分析。2004年作者在从事LIN的研发过程提出了LIN网络中的价值工程问题，指出：LIN拓扑结构与ECU的成本直接相关，不合理LIN拓扑结构将导致各ECU成本的增加。其次，车载网络的一致性测试，通过一致性测试确保车载网络信息交互的可靠性和稳健性。 嵌入了车载网络的ECU在性能测试过程中，除了通常的环境测试，EMC测试之外，还必须进行车载网络的一致性测试。总之，国内车载网络通过几年的发展，在取得成绩的同时，面临更多的是挑战，车载网络应用研究的终极目标是产业化，是将车载网络转化为先进的生产力，在这个过程中，我们不仅将面临技术上的障碍，而且还要遭遇国际汽车垄断巨头的阻击。要达到车载网络产业化的终极目标，在充满信心的同时，还应作好长期奋斗的准备。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/17/2006)