14、汽车通信系统的发展趋势与技术解析

汽车通信系统的发展趋势与技术解析

1. 汽车通信系统的特性与约束

自 20 世纪 70 年代起，电子系统在汽车中的应用呈指数级增长，逐渐取代了纯机械或液压系统。电子系统能实现复杂功能，提升车辆舒适性和安全性，例如辅助驾驶员控制车辆的转向、牵引、制动等功能，以及控制车身设备和娱乐通信设备。

早期，每个新功能由独立的电子控制单元（ECU）实现，但随着功能分布和信息交换需求的增加，这种方式变得不足。如今，豪华汽车中多达 70 个 ECU 需交换多达 2500 个信号。起初，ECU 间通过点对点链路交换数据，但这种方式因成本、重量、复杂性和可靠性问题，无法满足 ECU 数量增加的需求。

20 世纪 90 年代初，人们开始使用网络进行通信，通过共享介质复用通信，这就需要定义通信协议来管理通信和总线访问。例如，宝马四门车将线束替换为局域网后，重量减轻了 15 千克。20 世纪 80 年代中期，博世开发了控制器局域网（CAN），如今它已成为汽车系统中应用最广泛的网络。

汽车嵌入式系统通常分为多个功能域，每个域有不同的性能和安全需求，对通信系统的服务质量（QoS）要求也不同：
- 动力总成域 ：主要控制发动机，通过复杂控制律实现，采样周期为毫秒级，需多任务处理和严格的时间约束。该域与底盘和车身等其他域频繁交换数据。
- 底盘域 ：包含 ABS、ESP 等功能，根据转向、制动请求和驾驶条件控制底盘部件。其通信需求与动力总成域相似，但对车辆稳定性、敏捷性和动态性影响更大，安全性要求更高。目前，“X-by-Wire”技术正逐渐引入，该域功能正朝着时间触发（TT）方法发展。
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