车载网络是为了在提高性能与控制线束数量之间寻求一种有效的解决途径。在20世纪80年代初,一种基于数据网络的车内信息交互方式出现了,智能网联汽车也逐渐成为一个庞大的网络系统。
1.车载网络的分类
车载网络主要分为以下三种,它们之间的关系如图12-1所示。
(1)以车内总线通信为基础的车载网络。
(3)以远距离无线通信为基础的车载移动互联网络。
图12-1 网络类型关系
1)车载网络的类型
(1)A类(低速网络):传输速率一般小于10kbit/s(千比特每秒),主流协议是LIN(局域互联网络),主要用于电动门窗、电动座椅、照明系统等。
(2)B类(中速网络):传输速率为10~125kbit/s,对实时性要求不太高,主要面向独立模块之间数据共享的中速网络。主流协议是低速CAN(控制器局域网络),主要用于故障诊断、空调、仪表显示等。
(3)C类(高速网络):传输速率为125~1 000kbit/s,对实时性要求高,主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网。主流协议是高速CAN、FlexRay(服乐克思睿)等,主要用于发动机、ABS、ASR、ESP、悬架控制等。
(4)D类(多媒体网络):传输速率为250kbit/s~100Mbit/s,网络协议主要有MOST多媒体网、以太网、蓝牙、ZigBee技术等,主要用于要求传输效率较高的多媒体系统、导航系统等。
(5)E类(安全网络):传输速率为10Mbit/s,主要面向汽车安全系统的网络。
高速、中速和低速总线的关系如图12-2所示。(www.xing528.com)
图12-2 高速、中速和低速总线的关系
2)车载自组织网络
车载自组织网络是基于短距离无线通信技术自主构建的V2V(可以检测公路上其他车辆的速度和位置)、V2I(车辆与基础设施的通信)、V2P(车辆与行人的通信)之间的无线通信网络,可以实现V2V、V2I、V2P之间的信息传输,使车辆具有行驶环境感知、危险辨识、智能控制等功能并能实现V2V、V2I之间的协同控制。图12-3为车载自组织网络示意。
图12-3 车载自组织网络示意
3)车载移动互联网络
车载移动互联网络是基于远距离通信技术构建的车辆与互联网之间连接的网络,可以实现车辆信息与各种服务信息在车载移动互联网上的传输,使智能网联汽车客户能够开展商务办公、信息娱乐服务。图12-4为车载移动互联网络示意。
图12-4 车载移动互联网络示意
2.车载网络的特点
(1)技术复杂化:智能网联汽车电控系统的网络体系结构复杂,它包含多达数百个ECU通信节点,ECU被划分到十几个不同的网络子系统之中,由ECU产生的需要进行通信的信号多达数千个。
(2)异构化:为满足各个功能子系统在网络带宽、实时性、可靠性和安全性上的不同需求,CAN、LIN、FlexRay、MOST、以太网、自组织网络、移动互联网等多种网络技术都将在智能网联汽车上得到应用,因此,不同网络子系统中所采用的网络技术之间存在很大的异构性。
(3)网关互连的层次化架构:智能网联汽车电控系统和先进驾驶辅助系统的网络体系结构具有层次化特点,同时也包括同一网络子系统内不同ECU之间的通信以及两个或多个网络子系统所包含的ECU之间的跨网关通信等多种情况。如防碰撞系统功能的实现依赖于安全子系统、底盘控制子系统、车身子系统以及V2V、V2I、V2P之间的交互和协同控制。
(4)通信节点组成和拓扑结构是变化的:智能网联汽车需要实现V2V、V2I、V2P之间的通信,它的网络体系结构中包含的通信节点和体系结构的拓扑结构是变化的。基于V2V、V2I、V2P通信,实时并可靠获取车辆周边交通环境信息及车辆决策信息,车—车、车—路等交通参与者之间的信息进行交互融合,形成车—车、车—路等交通参与者之间的协同决策与控制。V2X车联网是我国主推的以移动蜂窝通信技术为基础的C-V2X通信技术,C-V2X技术将“人—车—路—云”等交通参与要素有机地联系在一起,C-V2X拥有清晰的、具有前向兼容性的5G演进路线,利用5G技术的低延时、高可靠性、高速率、大容量等特点,不仅可以帮助车辆之间进行位置、速度、驾驶方向和驾驶意图的交流,而且可以用在道路环境感知、远程驾驶、编队驾驶等方面。这样不仅可以为交通安全和效率类应用提供通信基础,还可以将车辆与其他车辆、行人、路侧设施等交通元素有机结合,弥补了单车智能的不足,推动了协同式应用服务的发展。
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