智能网联汽车网络系统的研究.pdf

2 0 2 4年3期2 5 9 2 0 2 4年第4 6卷第3期智能网联汽车网络系统的研究修玲玲作者简介:修玲玲(1 9 8 6-),硕士,讲师,研究方向为汽车电子技术。(辽宁省交通高等专科学校汽车工程系 沈阳1 1 0 1 2 2)摘 要 随着汽车的电动化、智能化和网联化,智能网联汽车已经成为汽车转型的重要发展方向之一。智能网联汽车上的电控系统、传感器等电子元件和系统的数量更多,这要求各系统之间的通信更加安全、迅速、准确,因此智能网联汽车必定是一个庞大的网络系统。文中从智能网联汽车网络的类型和特点、车载自组织网络以及车载移动互联网等方面,介绍了智能网联汽车的网络系统。关键词:智能网联汽车;网络中图分类号 T N 9 2 9.5R e s e a r c ho nI n t e l l i g e n tC o n n e c t e dV e h i c l eN e t w o r kS y s t e mX I UL i n g l i n g(D e p a r t m e n to fA u t o m o b i l eE n g i n e e r i n g,L i a o n i n gP r o v i n c i a lC o l l e g eo fC o mm u n i c a t i o n s,S h e n y a n g1 1 0 1 2 2,C h i n a)A b s t r a c t W i t ht h ee l e c t r i f i c a t i o n,i n t e l l i g e n t i z a t i o na n dn e t w o r k i n go fa u t o m o b i l e s,i n t e l l i g e n tn e t w o r k e dv e h i c l e sh a v eb e c o m eo n eo f t h e i m p o r t a n td e v e l o p m e n td i r e c t i o n so f a u t o m o b i l e t r a n s f o r m a t i o n.T h en u m b e ro fe l e c t r o n i cc o m p o n e n t sa n ds y s t e m ss u c ha se l e c t r o n i cc o n t r o l s y s t e m sa n ds e n s o r so n i n t e l l i g e n tn e t w o r k e dv e h i c l e s i sm o r e,w h i c hr e q u i r e s t h ec o mm u n i c a t i o nb e t w e e ns y s t e m s t ob em o r es e c u r e,f a s ta n da c c u r a t e,s o i n t e l l i g e n tn e t w o r k e dv e h i c l e sm u s tb eah u g en e t w o r ks y s t e m.T h i sp a p e r i n t r o d u c e s t h en e t w o r ks y s t e mo f i n t e l l i g e n tn e t w o r k e dv e h i c l e s f r o mt h ea s p e c t so f t h e t y p e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so f i n t e l l i g e n tn e t w o r k e dv e h i c l en e t w o r k s,i n-v e h i c l ea dh o cn e t w o r k sa n d i n-v e h i c l em o b i l e I n t e r n e t.K e y w o r d s I n t e l l i g e n t c o n n e c t e dv e h i c l e,N e t w o r k1 智能网联汽车的内涵智能网联汽车指搭载了先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现车与X(车、路、行人、云端等)智能信息交换和共享,具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能,可实现车辆“安全、高效、舒适、节 能”行 驶,未 来 可 替 代 人 来 操 作 的 新 一 代 汽 车(V 2 X)1。相对于传统汽车,智能网联汽车的关键技术发生了较大的改变。汽车不再是单纯的汽车,而是汽车与各种传感器、控制器、通信与网络技术的融合产物。智能网联汽车的体系结构包括3个层次,即环境感知层、智能决策层、控制和执行层。智能网联汽车的技术架构可以归纳为“三横两纵”,“三横”指车辆/设施关键技术、信息交互关键技术和基础支撑技术,“两纵”指基础平台和基础设施。智能网联汽车的关键技术已经从汽车技术变为汽车技术、信息技术和其他基础技术的融合,单纯培养学生的汽车技术已经不能满足智能网联汽车的发展需求。智能网联汽车融合了物联网、云计算、大数据、人工智能等多种技术,是全球汽车产业转型升级的重要战略方向2。智能网联汽车是一个跨技术、跨产业领域的新兴体系。对于智能网联汽车的定义,从不同角度可以有不同的理解,但智能网联汽车的终极目标就是实现可安全上路的无人驾驶汽车。智能网联汽车有3个关键属性。(1)智能,即搭载着先进的车载传感器、控制器、执行器等,具备复杂的环境感知、智能决策和控制等功能。(2)网联,指信息互联互通、共享的能力,可通过通信与网络技术,实现车内、车与车、车与环境间的信息交互。(3)汽车,这是智能网联汽车智能终端载体的形态,目前以新能源汽车为主。我国已进入智能网联汽车突围发展的关键期,加速智能网联汽车产业发展是促进汽车消费,扩大内需,推进高水平对外开放和实施创新驱动发展战略的重要载体和突破口3。智能网联汽车若想实现终极目标,则需要安装大量的传感器和电控系统,因此它必然是一个庞大的、细密的、精准的网络系统。2 智能网联汽车网络的类型智能网联汽车的网络类型有3种。(1)车载网络。即以车内总线通信为基础的车内网络,类似于普通燃油车和新能源汽车。(2)车载自组织网络。即以短距离无线通信为基础的网络。(3)车载移动互联网络。即能实现远距离通信的网络。2 6 0 2 0 2 4年3期3 车载网络车载网络是现代汽车必不可少的部分,智能网联汽车的车载网络与普通燃油车和新能源汽车基本一致。其以车内总线通信为基础,基于C AN,L I N,F l e x R a y,M o s t,以太网等总线技术的标准化整车网络,可以实现车内各个电气系统、电子元件、电控系统之间的状态信息、控制信号等在车内网上的传输,从而实现车辆的状态感知、故障诊断和智能控制。美国汽车工程学会(S A E)将车载网络划分为A,B,C,D,E等5种类型。(1)A类为低速网络,传输速率一般小于1 0 k b i t/s,其具有多种通信协议,目前主流的通信协议为局域互联网络L I N(L I N网络为低成本的串行通信网络)。该网络主要用于连接智能传感器和执行器,如车上的电动门窗系统、电动座椅系统、车内和车外照明系统、电动雨刮系统等。(2)B类网络为中速网络,传输速率为1 01 2 5 k b i t/s,主要面向独立模块之间的数据共享。B类网络的主流通信协议是低速控制器局域网C AN。该网络主要用于对实时性要求不太高的系统,如故障诊断系统、空调系统、仪表显示系统等。(3)C类 网 络 为 高 速 网 络,传 输 速 率 为1 2 51 0 0 k b i t/s,主要面向高速、实时闭环控制的多路传输网络。该类 网 络 的 主 流 通 信 协 议 为 高 速 控 制 器 局 域 网C AN,F l e x R a y等,用于对实时性要求较高的系统,如车上的牵引力控制,发动机控制,悬架控制,E S P,A B S,A S R等。(4)D类网络是多媒体网络,传输速率为2 5 0 k b i t/s 1 0 0M b i t/s,其主流通信协议有MO S T(面向媒体的系统传输)、以太网、蓝牙、Z i g B e e等。对传输速率要求较高的多媒体系统、导航系统一般需要应用D类网络。(5)E类网络为安全网络,传输速率为1 0M b i t/s,主要用于汽车安全系统。智能网联汽车的终极目标是无人驾驶,因此对安全系统的要求更高,对网络的要求也会更严格。部分车载网络示意图如图1所示。图1 部分车载网络示意图4 车载自组织网络智能网联汽车的车载自组织网络是基于短距离无线通信技术的自主构建的车与车、车与基础设施、车与人之间的无线通信网络,其可以实现车与车、车与基础设施、车与人之间的信息传输。基于该网络,车辆在行驶中可实现环境感知、危险辨识、智能控制、及时决策等,也能实现车与车、车与基础设施的协同控制。图2为车载自网络示意图。图2 车载自网络示意图5 车载移动互联网基于远距离通信技术,智能网联汽车的车载移动互联网构建了车辆与互联网之间的网络连接,能实现车辆信息和各种服务信息在车载移动互联网中的传输,使智能网联汽车上的乘客能进行商务办公、信息娱乐、智能生活等。图3为车载移动互联网示意图。图3 车载移动互联网示意图移动信息2 0 2 4年3期2 6 1 6 智能网联汽车网络的特点(1)异构复杂。智能网联汽车的网络体系结构非常复杂,包含数百甚至上千个E C U控制节点。这些E C U会被划分到不同的自网络系统,因此智能网联汽车网络系统十分庞大、复杂。为满足不同系统的实时性、可靠性需求,L I N,C AN,MO S T,F l e x R a y,以太网,自组织网络和移动互联网络互通互享,但这些不同类型的网络在带宽、传输速率、通信协议上都存在较强的异构性。这导致车上必须存在一个可以转换不同网络信息的转换站,即网关,以解决不同协议的网络之间的信息通信问题。(2)架构层次化。智能网联汽车的电控系统和先进驾驶辅助系统的网络体系结构具有明显的层次化特征。它包括同一通信协议的网络内的不同系统节点之间的通信,也包括不同通信协议网络之间的跨网关的通信,如安全子系统、底盘控制子系统、车身子系统之间的通信。另外,车与车、车与设施、车与人之间的网络通信,应设计在不同的层次。(3)可拓展性。智能网联汽车需要实现车与车、车与基础设施、车与人之间的通信。因此,在庞大、复杂的网络体系中包含的节点是可拓展的,网络体系结构的拓扑结构也是可变化的。7 智能网联汽车的网络系统故障分析智能网联汽车的网络系统如果出现故障,则会导致很多系统无法工作,如C AN网络故障可能导致整个C AN子网络系统都无法工作。智能网联汽车上的网络故障一般分为三大类。(1)电源故障。在智能网联汽车的网络系统中,任何一个子网络系统的控制单元必须正常接通电源才能正常工作。电源包括供电部分和搭铁部分,在排除故障时,应首先检查供电和搭铁部分是否正常。在网络系统中,电源供电可能是5 V或1 2 V,应根据维修手册进行排查,如供电不正常,则需认真检查供电线路和搭铁,检查是否存在断路和虚接现象。(2)链路故障。即网络传输线路的故障,如在C AN总线系统中,传输线路是双绞线,双绞线的故障可能是C AN-H线或C AN-L线对电源短路、C AN-H线或C AN-L线对搭铁短路、C AN-H线和C AN-L线相互短路、C AN-H线断路、C AN-L线断路等。为找到具体原因,可以检测通信链路的电压值,但网络系统的电压往往只能反映系统的主体电压值,不能反应细节问题。因此在检测C AN总线系统故障时,一般可以用示波器测量C AN-H线和C AN-L线的波形,然后与标准波形进行对比,如图4所示。图4 C A N的标准波形与互短波形的对比图对于MO S T总线系统,链路故障可能是因光纤活动连接器插入不正确、光纤活动连接器的纤芯被污染或光纤折断等导致的,具体问题需要具体分析。(3)控制单元故障。网络系统中的另一个故障是控制单元本身损坏,若出现这种故障,则需更换新的控制单元。8 结语智能网联已经成为汽车产业的研究热点,全国已有多个示范区4。智能网联汽车是一个集智能和网络于一体的庞大系统,其远比本文所介绍的更复杂。汽车类学生和汽车维修人员应学习并深入了解智能网联汽车及智能网联汽车网络系统。参考文献1吕义超.我国智能网联汽车产业发展规划与发展政策浅析J.前沿探讨,2 0 1 8(6):6-1 1.2魏桥.智能网联汽车驶入发展“快车道”N.国际商报,2 0 2 3-1 2-1 2(2).3郗胡平.综合施策,促进智能网联汽车产业加速发展J.新型工业化,2 0 2 3(7):1 7-2 3.4赵语涵.智能网联汽车协同创新平台启动N.北京日报,2 0 2 2-1 2-2 9(5).移动信息