商用车车载网络技术平台化设计与应用

李敬斌

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

商用车车载网络技术平台化设计与应用

李敬斌

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

对商用车车载网络技术进行平台化设计，通过网络协议的组合及网关的灵活运用，实现对不同车型、不同配置的应用。将已有项目的开发成果应用到新的项目，可以降低整车的设计和制造成本，避免了重复开发工作，缩短开发周期。

商用车；车载网络；平台化

随着车辆功能不断升级，车载网络技术被广泛应用，车载网络技术可实现各系统协调工作，能达到信息共享、减少布线、降低成本及提高整车可靠性的目的。商用车车型品种繁多，每一种车型特性各不相同，消费人群对车辆的配置需求也各不相同；交叉车型众多，同一款车型可能搭载匹配多种发动机，制动形式可能是气压制动或液压制动，整车电压可能为24 V或12 V，这些都给车载网络系统平台和零部件平台的设计带来巨大困难，所以车载网络技术在商用车上的平台化设计尤其重要。

1 车载网络技术平台化设计

通过对标杆车企业、关键零部件厂商的技术路线进行调查分析，目前商用车领域车载网络技术状况如下：对于中重卡，制动形式一般采用气压制动，发动机、变速器和ESC等重要配置遵守SAE J1939《车辆CAN网络串行通信和控制协议》标准（以下简称SAE J1939）；对于微卡、皮卡和轻客，制动形式一般采用液压制动，发动机、变速器和ESC等重要配置遵守ISO 11898《道路车辆CAN网络协议》标准（以下简称ISO 11898）；对于轻卡，此类车型为交叉车型，制动形式既有气压制动也有液压制动，标准选择依据不明确，状态不统一。

根据商用车车型特性的多样性、配置复杂多变性，结合国内主流主机厂和零部件供应商的技术现状及发展路线，构建自主商用车车载网络平台化设计准则，采用2套网络协议标准、2套动力网段、3套车身网段、3种网络结构型态的设计原则。分别是：①2套网络协议标准：SAE J1939系列和ISO 11898系列标准；②2套动力网段：液压式轻型商用车遵守ISO 11898标准，气压式中重型商用车遵守SAE J1939标准；③3套车身网段：重卡平台、24 V轻卡平台和12 V轻卡平台；④3种网络结构型态：S型/I型/SI型。S型指的是整车网络全部符合SAE J1939标准；I型指的是网络全部符合ISO 11898标准；SI型指的是整车部分网络符合SAE J1939标准，部分网络符合ISO 11898标准。

图1为商用车车载网络平台化设计架构图，通过网络协议的组合及网关的灵活运用，实现对不同车型、不同配置的应用。网络平台化设计的基本思路是同平台车型采用一种网络架构，通过网络节点配置的变化来适应不同车型的开发需求；不同平台车型的网络拓扑结构做到层次分明、兼容性强，由简单到复杂，应用于低端到高端的各类平台车型，网络节点在同平台和跨平台车型上具有很高的复用性。

图1 商用车车载网络平台化设计架构图

2 车载网络应用

车载网络平台化设计方案在应用到具体项目时，由于商用车各类型车型的配置不尽相同会略有差异，以W项目为例进行介绍，X项目作为平台化基础项目已经完成开发。

X项目网络拓扑结构采用单网段网络拓扑结构形式（图2），通信标准参考SAE J1939标准，通信速率为250 Kb/s，数据标识符采用扩展帧格式，所有网络节点不内置终端电阻。在此基础上并规划了可即插即用的双网段网络架构（图3），在最大程度上保证了网络平台对零部件平台的兼容。

图2 单网段网络拓扑结构形式

图3 双网段网络架构

2.1 网络节点配置

按照W项目产品配置定义表，整车网络模块配置有发动机电控单元、防抱死控制单元、组合仪表、车身控制单元和行车记录仪等，具体如表1所示。

表1中，X系列车型配备康明斯发动机，后处理路线为SCR路线，包括氮氧传感器和后处理控制单元2节点，为私有节点，即其发送信息不对外公布；W系列车型配备自产发动机，后处理路线不同于康明斯，无氮氧传感器和后处理控制单元，但是包含涡轮增压器和废气再循环系统2个节点，这2个节点也是私有节点。

表1 网络节点配置

2.2 信号/报文传输

网络信号/报文信息如表2所示。

行车记录仪为选配状态，在无该配置的车型上面，由仪表采集里程传感器的脉冲信号，仪表处理后将车速信号发送到总线上。在配备该模块的车型上，因法规要求，由行车记录仪采集里程表传感器的信号，再通过普通IO口发送给仪表，仪表接受和处理后，将车速信号发送到总线上。

表2 网络信号/报文信息

2.3 总线类型及拓扑结构

按照下面的公式对每帧报文的负载率进行计算

单帧报文负载率＝［（1000 ms/报文周期）×帧长度/波特率］×100 %

Busload =［（1000/T）×155/250000］×100 % = 62/ T（%）

式中：帧长度包括帧长度（131）和填充位（24），具体见表3。

网络性能参数及指标见表4。

表4 网络性能参数及指标

总线通信速率为250 kb/s，网络所有节点发送的报文的总负载率为31.45%，小于60%，即符合单个网段网络负载率设计要求，采用单网段网络拓扑方案。图4所示为基于车载网络平台化设计规划的网络架构图，具体实施时网关Gateway可以是实体，也可以是虚拟件，甚至是导线直接连通，配置节点以实际项目为准进行增减。

图4 基于车载网络平台化设计规划的网络架构图

考虑到车型配置及线束设计的灵活性，终端电阻做在线束总成内，所有控制器内部不允许带终端电阻。2个终端电阻布置在仪表和发动机EMS附近。

2.4 车载网络分层结构及通信协议

对于同一网段的所有控制器必须遵从相同的网络通信协议规范，否则会导致系统内的各个节点互不兼容。车载网络分层结构见图5，网络分层的通信协议标准见表5。

图5 车载网络分层结构

表5 网络分层的通信协议标准

2.5 网络管理

整车网络中的ECU根据其电源情况可分为2种类型，包括点火钥匙控制型（+15电节点）和常电型（+30电节点）。+15电节点是指点火钥匙处于非OFF挡时ECU获得电源，OFF挡时ECU失去电源。+30电节点是指ECU电源不受点火钥匙控制，点火钥匙处于OFF挡时可进入睡眠状态。

网络管理标准参考《OSEK/VDX网络管理标准》，采用直接式网络管理方式，参与网络管理节点有车身控制单元和仪表单元，其他节点需要遵守15电节点网络管理设计规范。

3 结束语

车载网络平台化设计可以将已有项目的开发成果应用到新的项目，节约了大量重复开发工作，缩短开发周期。网络系统的开发涉及多个节点，通过网络协议的组合及网关的灵活运用，将这些成熟的节点应用到其他车型，以实现对不同车型、不同配置的应用，可以降低整车的设计和制造成本，这样的设计理念对整车厂及供应商都具有重要的意义。

［1］于国光，刘锦高.基于车载系统CAN总线技术的应用［J］.计算机科学，2009，36（4 A）：276-278.

［2］张培仁.CAN总线设计及分布式控制［M］.北京：清华大学出版社，2012.

（编辑 凌 波）

Commercial Vehicle Network Platform Design and Application

LI Jing-Bin
（Anhui Jianghuai Automobile Co.， Ltd.， Hefei 230601， China）

Platform design on commercial vehicle on-board network technology is applied through the combination of network protocols and the flexible use of gateways， to achieve the application on different models and configurations. This could help to apply the existing projects development results to new projects， which can reduce the vehicle design and manufacturing cost， avoid repeating work and shorten development cycle.

commercial vehicle; vehicle network; platform based design

U463.6

A

1003-8639（2017）06-0020-04

2017-02-22

李敬斌（1985-），男，工程师，主要从事汽车电气系统设计工作。