|
隨著電子技術、信息技術在汽車中的融合，以燃油電子噴射、電子防抱死剎車系統(ABS)、電子制動力分配系統(EBD)、電控轉向助力系統(EPS)、自動變速器、電子行駛穩定系統(EPS)......等集機械、電氣和電子一體為代表的現代汽車技術由價格高昂的高級轎車應用逐漸滲透到面向百姓的家庭轎車之中，與這些技術密切相關的車載網絡也隨之進入家庭轎車之中。據作者統計，近兩年在中國下線，售價在6"20萬之間的轎車中都能發現車載網絡的綜影。圖1是上海大眾汽車有限公司2002年推出的POLO轎車上車載網絡拓撲結構。 圖1中，POLO轎車中兩條獨立車載網絡實現了整車信息的共享，一條車載網絡服務于動力系統，它將發動機控制、自動變速箱、ABS、安全氣囊和防盜控制等與汽車動力系統密切相關的部件連到一起，實現了整車動力系統的信息共享；另一條車載網絡服務于舒適系統，它將與人們舒適度相關的車身電子系統連接到了一起，實現了整車車身電子系統的信息共享；組合儀表集中了兩條車載網絡的信息，用于整車信息的人機交互；而兩條車載網絡中的信息共享則通過車載網絡控制單元實現。 在目前售價不到十萬人民幣的POLO中，從整車動力系統到與人們舒適相關的車身系統大量采用車載網絡，這說明車載網絡己由服務于奔馳、寶馬等高級轎車的專用技術，轉化為服務于普通家庭轎車的通用技術。 二、網絡技術己用于量產的自主研發產品 車載網絡主要有：CAN、Byteflight、FlexRay、LIN、MOST、IDB-1394，其中，FlexRay還沒有正式發布，據報告道Byteflight目前僅用在寶馬公司2002年3月上市的BWM-7系列轎車中，在量產的汽車中還沒有發現LIN蹤影；而MOST和IDB-1394是應用于車載電子設備的多媒體應用。在己量產的汽車中，只有CAN應用最廣泛。 如果不局限于汽車，CAN在中國的應用己有近十年的歷史，在這十多年中，國內各個行業都有CAN應用成功的實例，上個世紀九十年代末至今，CAN應用于己量產的自主研發產品有：在北京和利時公司DCS2000集散控制系統中，CAN用于控制站內部I/O模塊之間的信息交互；在清華大學電機系的TH-3變電站微機保護系統中，CAN用于變電站內部微機保護裝置之間的通信；國家863重大電動汽車專項將車載網絡作為一個子項目進行研究，目前從事該項目的課題組己成功地研發出用于CAN車載網絡規劃和測試的一系列專用儀器設備；......。從1995年作者開發成功CAN應用系統至今，由作者親自設計的CAN應用系統，并投入實際應用的不少于1萬個CAN節點。這些成功的實例說明CAN在國內己不再是高不可攀的技術難題。 三、零部件智能化率低是自主車載網絡產業化的瓶頸 雖然CAN在國內有大量應用的成功實例，但令人遺憾的是在量產的汽車中采用自主研發以CAN為代表的車載網絡還沒見報到。車載網絡是汽車內部各電子控制單元(ECU)之間進行信息交互的橋梁，具備網絡信息交互功能是現代汽車電子技術的主要特性，如果脫離了自主研發汽車電子控制單元這個基礎，自主車載網絡自然成了空中樓閣。 按SAE車載網絡分類，其車載網絡共分A，B，C三類總線：A類面向傳感器/執行器控制的低速網絡，數據傳輸位速率通常只有1-10kbps，主要應用于電動門窗、座椅調節、燈光照明等控制；B類面向獨立模塊間數據共享的中速網絡，位速率一般為10-100kbps，主要應用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統，以減少冗余的傳感器和其它電子部件；C類面向高速、實時閉環控制的多路傳輸網，最高位速率可達1Mbps，主要用于懸架控制、牽引控制、先進發動機控制、ABS等系統，以簡化分布式控制和進一步減少車身線束。 現代汽車技術中，燃油電子噴射、電子防抱死剎車系統(ABS)、電子控制制動力分配系統(EBD)、電控轉向助力系統(EPS)自動變速器、電子行駛穩定系統(EPS)......等是提高汽車性能，保證行車安全的關鍵領域，同時它們中的一些技術也是各個國家為了環保和安全的需要，在汽車中強制使用的技術，如燃油電子噴射、ABS......。這些技術的一個共同的特點是附加值高、對電子元件的成本不敏感，它們是不斷發展的半導體技術和信息技術進入汽車領域的突破點。在上個世紀90年代32位MCU因成本等各方面的制約，其應用范圍僅僅局限于一些特殊領域時，摩托羅拉32位系列MCU 68300己成為量產汽車的燃油電子噴射單元的首選MCU。令人遺憾的是這些涉及汽車制造的關鍵領域已被全球各大汽車公司和汽車電子公司壟斷，雖然世界上每年生產的汽車是以百萬為單位進行統計，但它們的燃油電子噴射單元卻僅由德國博士、美國德爾福和日本電裝三家公司提供，目前在中國市場銷售價格不到3萬元人民幣的微型轎車上唯一的電子控制單元――燃油電子噴射單元也是采用德國博士的產品。到目前為止，在量產的汽車中還沒有發現自主研發的電子控制單元在涉及汽車關鍵領域中的應用，自然其自主的C類車載網絡也不可能在這些領域有所作為。 如果說自主車載網絡在以燃油電子噴射為代表的現代技術中應用遇到的是技術方面的障礙，而相對于技術門檻相對較低的車身控制來說，其面向車身控制的A類網絡則遇到的是另一方面的問題――國產零部件智能化率低。 對于車身控制，其車載網絡有助于簡化安裝工序、降低故障率和成本。但實現這些目標的前題條件是：車身控制己完成了電氣控制向采用MCU為基礎的智能控制過度，而且隨著人們對汽車舒適度要求的不斷提高，其復雜的車身控制系統及其內部繁重的信息交互，需要采用大量的線束才能實現。線束的增加，意味著汽車的安裝工藝復雜、成本增加和故障率的上升。據摩托羅拉1998年報道，僅將BMW的四個車門用車載網絡取代原有的傳統線束，在增強了功能的同時，線束重量減少了15千克。2003年6月在南京菲亞特下線的新車派力奧?周末風由于采用了汽車整體車載網絡技術，從而減少了23%的線束，降低元件重量2.8 千克。而上海大眾汽車有限公司在2002年推出的POLO轎車，雖然全車大量采用車載網絡，但從其銷售價格來看，它并不比同類車型的價格高，這說明POLO在采用車載網絡后至少成本沒有增加多少。 但對于國內自主研發的汽車來說，整車控制系統中其零部件的智能化率很低，其車身控制基本上還停留在以電氣控制為主。如果要在這些汽車中實現網絡化，必需將控制系統中的相關零部件智能化，而且只有整車零部件的智能化達到一定量的突變之后,其車載網絡在性能和成本控制方面的優勢才能充分體現,推動自主車載網產業化的真正動力才能激發出來。 目前國內的零部件廠家生產的汽車零部件主要以機械電氣為主，幾乎沒有涉及集機械、電氣和電子一體的汽車電子領域。據作者最近一段時間調查，國內目前從事車載網絡的研發者都是在現有以機械電氣為主的汽車零部件之間增加MCU和與車載網絡相關電子元件，構成車載網絡控制單元，在汽車中實現了車載網絡的實際應用。但這種方法網絡與現有汽車零部件的設計相分離，不可能實現資源共享，使線束設計變得更復雜，成本呈上升趨勢。因為車載網絡單元與其控制的零部件之間的線束在數量上并沒有減少，在以電氣控制為主的汽車中，傳輸是以高電壓(12V)，大電流(毫安以上)的大信號為主，對線束的抗干擾能力要求低；而網絡中傳輸的是5V、小電流(毫安以下)的小信號，對線束抗干擾能力要求高，在原有的控制系統中增加了網絡這個中間環節造成成本上升。在汽車價格不斷下調的今天，任何使成本增加的技術是很難被市場接受。 由于資源的分散，零部件在功能上的重復，在短時間內完成控制零部件的智能化,達到整車控制的網絡化,實現具有成本優勢的量產，這將是國內汽車界面臨的機遇和挑戰。 四、資源的有效整合是自主車載網絡產業化的重要途徑 整車控制系統網絡化是建立在控制系統智能化的基礎之上，而控制系統智能化的核心是零部件的智能化，解決零部件智能化是實現自主車載網絡產業化的關鍵。 國內龐大的汽車零部件制造體系，在機械電氣為主的汽車零部件的設計、制造過程中積累了大量的經驗，具有一定國際競爭優勢。作者在和一家世界知名汽車零部件供應商的一位工程師交談中，他說：博士公司發明了產品，我們在推廣產品，而產品的大量生產在中國的浙江。這位工程師的話無形中表露出對中國汽車零部件商實力的肯定；以汽車為背景的CAN在國內其它行業產業化成功的經驗為我們發展自主的車載網絡打好了基礎；而中國在家電及其通信行業的國際競爭力的不斷增強，證明了我們有能力發展大規模的電子產業。但我們又不得不面對中國汽車零部件在涉及汽車電子特別是在車載網絡面臨的困境，作者認為整車、零部件商和相關電子領域協同作戰，組成統一設計、共同研發的戰略同謀，實現資源的有效整合，使基于自主的車載網絡控制系統在性能和成本控制上優于傳統的電氣控制系統，是自主車載網絡產業化的重要途徑之一。 |
