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一文读懂CAN总线/LIN总线/FlexRay/以太网,汽车总线的未来是它?

2018-01-22 09:29
来源: 与非网

FlexRay

FlexRay是一种用于汽车的高速、可确定性的,具备故障容错能力的总线技术,它将事件触发和时间触发两种方式相结合,具有高效的网络利用率和系统灵活性特点,可以作为新一代汽车内部网络的主干网络。FlexRay是汽车工业的事实标准(facto standard)。

图|FlexRay

Flexray的拓扑结构多样,既可以像CAN总线一样使用线型结构,也可以使用星型结构。中心节点负责转发信息。当除中心节点外的某个节点损坏或线路故障时,中心节点可以断开与该节点的通信。但当中心节点损坏时,整个总线便无法工作。可以将多个星型总线的中心节点连接起来。

Flexray和CAN总线最本质的区别是总线分配的方式不同。CAN总线是采用CSMA/CA机制。各节点会一直监听总线,发现总线空闲时便开始发送数据。Flexray用的是TDMA(Time Division Multiple Access) 和FTDMA(Flexible Time Division Multiple Access)两种方法。Flexray将一个通信周期分为静态部分、动态部分、网络空闲时间。静态部分使用TDMA方法,每个节点会均匀分配时间片,每个节点只有在属于自己的时间片里面才能发送消息,即使某个节点当前无消息可发,该时间片依然会保留(也就造成了一定的总线资源浪费)。在动态部分使用FTDMA方法,会轮流问询每个节点有没有消息要发,有就发,没有就跳过。静态部分用于发送需要经常性发送的重要性高的数据,动态部分用于发送使用频率不确定、相对不重要的数据。

图|FlexRay

Flexray相比较于CAN总线要复杂许多,安全性相对较高。但是,Flexray总线也有其弊端,就是造价成本过高,除了德系车厂在量产车上使用过,其他国家极少见。随着汽车电子化程度的增加,对总线带宽的要求也越来越高。用Flexray来取代原来普遍使用的CAN总线是不现实的,因为成本实在太高。

以太网

新的汽车功能,如自动泊车系统、车道偏离检测系统、盲点检测和高级信息娱乐系统等引发了对新的数据总线需求。显然,未来我们需要的是更加开放、高速,且易于与其他电子系统或者设备集成的车载网络,同时有助于减少功耗,线束重量和部署成本。

图|多功能汽车系统示意图

传统车载网络支持的通信协议较为单一,而车载以太网可以同时支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP等多种协议或应用形式。其中,Ethernet AVB 是对传统以太网功能的扩展,通过增加精确时钟同步、带宽预留等协议增强传统以太网音视频传输的实时性,是极具发展潜力的网络音视频实时传输技术。SOME/IP(Scalable Service-Oriented MiddlewarE on IP)则规定了车载摄像头应用的视频通信接口要求,可应用于车载摄像头领域,并通过API实现驾驶辅助摄像头的模式控制。

作为AVB协议的扩展,车载时间敏感网络(TSN,  Time-Sensitive Networking)则引入时间触发式以太网的相关技术,能高效的实现汽车控制类信息的传输。此外,1Gbit 速率通信标准的车载以太网同时还支持 POE(Power Over Ethernet)功能和高效节能以太网(EEE, Energy-Efficient Ethernet)功能,POE 功能可在双绞线传输数据的同时为连接的终端设备供电,省去了终端外接电源线,降低了供电的复杂度。

图|车用以太网

当前,以太网和CAN的连接通过以太网网关来实现。以太网目前还不是用来取代CAN的,主要还是应用在非CAN的部分。车载以太网不仅具备了适应ADAS、影音娱乐、汽车网联化等所需要的带宽,而且还具备了支持未来更高性能的潜力(如自动驾驶时代所需要的更大数据传输)。它将成为实现多层面高速通信的基石,相对于20世纪90年代的控制器局域网(CAN)革命,它的规模将更大,意义将更深远。专家预测,到2020年,汽车中部署的以太网端口将达5亿个。

研究人员表示:“CAN通过变频变换来控制,这比以太网好,因此在一段时间内都不会被以太网取代。但是到2021年以后,随着ESN这个新以太网协议推出,估计汽车会陆续去掉CAN总线,而仅有以太网通信。”

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