摘要：本文介绍轻型商用车车载通信网络常用通信协议和架构形式，通过开发实例讨论如何开发车载网路架构，并提出未来车载网络架构建议。

    随着现代汽车电子技术的迅速发展，采用车载通信网络实现电子控制单元或系统间信息多路传输越来越普遍。目前国内乘用车领域车载网络的技术应用已基本达到成熟水平，但商用车领域在电子技术应用上总体上比乘用车滞后，车载通信网络应用和开发水平还处于起步阶段，缺少开发经验和指导规范。本文企图通过行业应用情况分析并结合南京依维柯某车型开发实践，对轻型商用车车载网络架构进行探讨。
    乘用车领域车载网络的广泛采用，车载网络技术已在技术开发、元件提供、开发工具、验证手段等方面取得明显进步，相关软硬件成本已大大降低，支持了在商用车领域的迅速增长。
    但商用车对成本的敏感性并未改变，由于普遍规模不大，单一品种往往销量不上规模，新技术的应用程度受成本制约较明显，在车载网络设计中应该充分考虑节点部件的成本增加和开发费用。

    1 轻型商用车车载网络的应用背景
    日趋严格的节能、环保法规、消费者对汽车产品安全性、舒适性日益增高的要求，需要具备复杂控制功能的汽车电子系统，如发动机电子控制系统、自动变速器控制单元，这些技术的应用推动了商用车向电子化和智能化迅速发展。为完成这些复杂系统的控制功能，单元间需要交换大量的数据。这些控制器实时性和可靠性要求高，需要通过数据网络实现信息共享保证控制系统的正常运行和诊断能力。
    近年来，电商产业蓬勃发展带动了国内物流行业快速成长，物流运输业在物流车辆管理上从过去的粗放管理，转向精细管理。物流公司运用大数据的车联网管理平台逐步成形。这类大数据平台不仅采集企业的物流货物信息，同时采集大量车辆状态信息，需要商用车应用网络传输技术来满足大数据车联网的需求。

    2  车载网络通信协议选择
    为方便研究和实际使用，美国汽车工程师协会（SAE）根据传输速率的不同将车载网络划分为A、B、C类，如表1所示。

    位速率1 MB/s以下的通信协议已有LIN、VAN、CAN等协议，主要用于控制类信息的网络传输。同时也有位速率高于1 MB/s不同用途和特点的其它协议，如应用于多媒体系统的音视频信息的传输MOST协议；基于时间触发应用于线控技术（X-by-Wire）的Flexray协议，但这些位速率高于1 MB/s的总线成本高昂，目前主要应用在高端乘用车领域，在轻型商用车上还不多见。从目前车载通信网络的发展和使用情况看，轻型商用车选用的网络标准越来越趋向集中到CAN、LIN总线。
    CAN总线采用短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术，具备突出的可靠性、实时性和灵活性，成为现阶段B类和C类网络采用的主流协议。对于不需要CAN这样高速率的场合，LIN总线硬件成本低廉，在软件和系统设计上也容易和其他网络协议兼容，作为系统CAN网络的辅助性子网络，在低速控制领域取得领先地位，典型应用有车门、照明及智能传感器。
    CAN总线规范仅定义了其物理层和数据链路层，实际应用的时候还需要更加详细的应用协议，由于没有统一的标准，各大乘用车厂家根据自己的需求定制了企业性的应用层协议，对CAN基本协议中的某些规定使用了更严格的约束条件，属于不公开的保密文件。但目前越来越多的企业出现向J1939协议靠近的趋势，尤其在商用车领域，J1939协议基本成为全球支持的应用层协议。J1939全称是车辆网络串行通信和控制协议，它采用CAN通信协议作为网络核心，按照OSI模型对通信的分层制定了相关子标准，特别是在应用层子协议中对通信所传输的有效信息作出了统一明确的定义，对产品自主开发具有很高的参考价值。

    3 主流轻型商用车车载网络架构
    3.1单路总线
    日本五十铃700P轻型载货汽车是国内众多轻型商用车企业的竞争标杆，代表了轻型载货汽车中电气设计的领先水平。其网络架构采用单路总线，这种架构网络节点数量较少，满足现阶段商用车配置需要，系统成本控制较好。其网络拓扑图如图1所示。单路总线网络主要特点如下。

    1）采用J1939 CAN网络通信协议，通信速率选择250 kB/s。
    2）网络节点的选择在满足平台配置要求基础上偏向于成本考虑，网络结构简洁，接入网络的节点数量有限，选择为网络节点的控制单元主要考虑2个要素：①控制单元的实时性要求较高，如发动机控制单元（ECM）、ABS等；②和其它控制单元或系统存在较大信息交换，如发动机防盗控制模块（IMMO）、仪表（CLUSTER）、车身控制模块（BCM）。
    3）各节点控制器的诊断通信依旧延续了K线。
    3.2双路总线
    在国内轻型客车市场，欧系车型增长迅速，其中江铃汽车股份有限公司的TANSIT（全顺）车型和南京依维柯汽车有限公司的DAILY（得意）车型为国内中高档轻客市场的最主要品牌，多年来始终占据市场前两位，这两个企业都具备国际大公司合资背景。TRANSIT（全顺）为FORD（福特）公司专为欧洲市场设计和开发的经典商用车成功案例，DAILY（得意）为意大利IVECO公司主打车型，在欧洲市场就是主要竞争对手，都是欧系轻型商用车的代表车型。这两款车型电子化应用水平处于行业领航者地位，车载网络节点数量相对较多。为降低网络负载率，保证动力传动系统的正常运行，将网络分成传输速率不同的两路，采用双总线架构。根据各节点的实时性要求不同，分别接入不同的总线，通过网关协调信息交互和共享。现将这两款车型在欧洲市场原车型的车载网络基础拓扑结构介绍如下。
    FORD TRANSIT（全顺）车型网络架构拓扑图见图2。 IVECO DAILY（得意）车型网络架构拓扑图见图3。其主要特点如下。



    1）双路总线架构以发动机控制单元为核心，将实时性要求高、信息共享关联大的节点互联在一起，构成高速通信网络，车身部件和其它实时性要求相对较低的节点组成低速网络，其中网关可以是实物节点，也可以是虚拟节点集成在某控制单元中（如上两例都集成在BCM中）。
    2） IVECO DAILY（得意）和FORD TRANSIT（全顺）车型的开发有FIAT（菲亚特）和FORD（福特）大集团背景，继续了乘用车技术路线，在网络设计时应用层协议都采用了各自企业规范，IVECO产品动力CAN采用了J1939协议，B-CAN采用了FIAT（菲亚特）的私有协议；TRANSIT产品整个网络协议都采用了FORD（福特）私有协议，由于依托了大集团的成熟平台，部分平台产品可以沿用，可以保证产品可靠性和控制部件成本。
    3）从网络拓扑图上可以看出，这种网络架构明显比单路网络复杂，相对系统成本较高，但在电控单元较多时系统可靠性更高，未来升级扩展能力也要优于单路网络。

[1] [2] [3]  下一页