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    隨著電子與信息技術(shù)在汽車(chē)中的滲透，汽車(chē)中內(nèi)嵌CPU的智能化零部件在不斷增加，在智能零部件之間充當(dāng)信息交互橋梁的總線(xiàn)，包括CAN、CIN、FlexRey、MOST、IDB1394等已成為現(xiàn)代汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)。

    應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)化是促進(jìn)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的重要措施

    總線(xiàn)是實(shí)施汽車(chē)內(nèi)部智能零部件信息交互的橋梁，而總線(xiàn)應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)化則是促進(jìn)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的重要措施。

    一個(gè)具體的總線(xiàn)系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)鏈路層，如SJA1000、FlexCAN等；物理層，如82C250、TJA1050、雙絞線(xiàn)、光纖等；應(yīng)用層，如SAE J1939，因此總線(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化包括數(shù)據(jù)鏈路層、物理層和應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)化。只有遵循同一總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的智能零部件才能構(gòu)成可實(shí)施信息交互的總線(xiàn)系統(tǒng)。

    與總線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層相關(guān)的是總線(xiàn)控制器，與總線(xiàn)的物理層相關(guān)的總線(xiàn)收發(fā)器和通信介質(zhì)。在設(shè)計(jì)總線(xiàn)系統(tǒng)過(guò)程中，總線(xiàn)控制器、總線(xiàn)收發(fā)器和通信介質(zhì)等總線(xiàn)元器件是由半導(dǎo)體廠(chǎng)家或其他元器件廠(chǎng)家設(shè)計(jì)制造。為了確保不同廠(chǎng)家生產(chǎn)元器件之間的互連性，涉及總線(xiàn)系統(tǒng)的元器件都遵循同一標(biāo)準(zhǔn)并通過(guò)了一致性測(cè)試，汽車(chē)制造廠(chǎng)家和汽車(chē)零部件制造廠(chǎng)家只需要從這些元器件中選擇符合自己要求的元器件，標(biāo)準(zhǔn)化工作已由生產(chǎn)元器件的廠(chǎng)家完成。但涉及總線(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)定義的應(yīng)用層卻是由汽車(chē)制造商和汽車(chē)制造商的核心零部件廠(chǎng)家自己制定的。

    目前在轎車(chē)行業(yè)，在不同的汽車(chē)制造商甚至同一汽車(chē)制造商的不同系列轎車(chē)中，盡管它們使用同一總線(xiàn)和同一總線(xiàn)的物理層，其應(yīng)用層是不相同的。以轎車(chē)為例，目前幾乎所有轎車(chē)在動(dòng)力系統(tǒng)使用的CAN總線(xiàn)的通信速率都是500Kbps、通信介質(zhì)都是雙絞線(xiàn)，但它們的應(yīng)用層協(xié)議是完全不相同的，如BOSCH有自己的應(yīng)用層協(xié)議，大眾甚至產(chǎn)量十分有限的保時(shí)捷都有自己不同的應(yīng)用層協(xié)議。總線(xiàn)的應(yīng)用層直接涉及到智能零部件中MCU的硬件資源和軟件結(jié)構(gòu)，同一個(gè)汽車(chē)零部件廠(chǎng)家在設(shè)計(jì)功能相同、但是為不同汽車(chē)制造廠(chǎng)家甚至同一汽車(chē)制造廠(chǎng)家不同型號(hào)汽車(chē)用的智能零部件時(shí)，不僅需要建設(shè)適應(yīng)不同總線(xiàn)協(xié)議的測(cè)試體系，重新設(shè)計(jì)智能零部件的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，而且還必須進(jìn)行智能零部件的重新認(rèn)證。

    目前總線(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用層的“百花齊放”現(xiàn)象不僅沒(méi)有促進(jìn)汽車(chē)電子技術(shù)的健康發(fā)展，而且增加了智能零部件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本，降低了智能零部件的可靠性和生命周期。甚至一些國(guó)際汽車(chē)制造巨頭為利益所驅(qū)動(dòng)，借助總線(xiàn)應(yīng)用層來(lái)阻止其他成員進(jìn)入其產(chǎn)業(yè)鏈，已嚴(yán)重阻撓了我國(guó)汽車(chē)智能零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

    為了實(shí)施汽車(chē)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工作，美國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)(SAE)在1996年頒布了應(yīng)用于卡車(chē)和客車(chē)應(yīng)用的J1939。ISO在1998年頒布了用于拖頭和拖車(chē)之間信息交換的ISO11992。J1939和ISO11992都是建立在CAN總線(xiàn)基礎(chǔ)上的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，其中J1939遵循CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)鏈路層(ISO11898-1)和物理層(ISO11898-2)。ISO19992遵循CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)鏈路層(ISO11898-1)，為了增強(qiáng)總線(xiàn)的抗干擾能力，ISO11992物理層信號(hào)的高電平由ISO11898-3的5V提高到了24V。經(jīng)過(guò)多年的推廣應(yīng)用，J1939已成為全球商用車(chē)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，ISO-11992也正處于推廣期。除了J1939和ISO11992，以CAN總線(xiàn)為基礎(chǔ)的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)還有J2411、J2284、ISO11519、ISO/DIS15765等。

    規(guī)范設(shè)計(jì)方法建立總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試體系

    汽車(chē)最重要的性能是行車(chē)安全，在汽車(chē)中采用了總線(xiàn)，其優(yōu)勢(shì)是很明顯的：構(gòu)建了整車(chē)的信息交互平臺(tái)，有助于整車(chē)的柔性制造和可持續(xù)發(fā)展；串行的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)減少了整車(chē)線(xiàn)束和接插件，簡(jiǎn)化安裝、維護(hù)和管理。這是它的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)這也是總線(xiàn)系統(tǒng)固有的安全隱患。因?yàn)樗姓?chē)的控制信息、維護(hù)信息都是通過(guò)單一總線(xiàn)進(jìn)行信息交互的，一旦總線(xiàn)上的某一關(guān)鍵零部件發(fā)生故障，就有可能造成整車(chē)信息癱瘓，最終影響汽車(chē)的行車(chē)安全。

    為了提高總線(xiàn)系統(tǒng)的可靠性和安全性，一方面以CAN總線(xiàn)為代表的車(chē)用總線(xiàn)在其創(chuàng)造過(guò)程就采用了一系列故障處理措施來(lái)提高總線(xiàn)系統(tǒng)的可靠性和安全性；另一方面各個(gè)汽車(chē)制造廠(chǎng)和各種標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)(如AEC-Q100、ISO7637-3、ISO11452)，來(lái)確保汽車(chē)智能零部件及其總線(xiàn)系統(tǒng)的可靠性和安全性。表面上看在智能零部件的設(shè)計(jì)中，具有總線(xiàn)接口的智能零部件的研發(fā)和其他電子產(chǎn)品的研發(fā)具有很多相同之處，僅僅是一個(gè)電子元件的理解和應(yīng)用過(guò)程，但總線(xiàn)同時(shí)又是智能零部件與外部進(jìn)行信息交互的通道，是連接到外部的橋梁，同時(shí)也接收外部干擾和向外部輻射，而且汽車(chē)使用環(huán)境十分惡劣。因此，數(shù)據(jù)鏈路層、物理層和應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)化僅僅能保證最基本的信息交互，要保證總線(xiàn)系統(tǒng)安全可靠地進(jìn)行信息交互，還應(yīng)規(guī)范設(shè)計(jì)方法，建立總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試體系。

    規(guī)范設(shè)計(jì)方法是指規(guī)范與總線(xiàn)相關(guān)的電路原理和軟件結(jié)構(gòu)，而總線(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試體系除了包括物理層測(cè)試、應(yīng)用層測(cè)試和EMC測(cè)試外，同時(shí)還包括總線(xiàn)系統(tǒng)的裝配規(guī)范。在“十五”期間，作者參照國(guó)際上的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和同事一起起草了《電動(dòng)汽車(chē)總線(xiàn)測(cè)試規(guī)范》，目前該規(guī)范已引起國(guó)內(nèi)同行的關(guān)注。

    總線(xiàn)系統(tǒng)對(duì)于汽車(chē)行業(yè)，特別是對(duì)于我國(guó)的汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)還是一項(xiàng)新生事物，總線(xiàn)系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車(chē)電器有著本質(zhì)的不同。從研發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)出發(fā)，為整車(chē)提供一個(gè)安全可靠的總線(xiàn)系統(tǒng)，以達(dá)到以“X-BY-WIRE”的目標(biāo)還需要業(yè)界付出長(zhǎng)期的努力。

    我國(guó)在汽車(chē)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展情況

    為了加速我國(guó)汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，在"十五"期間，科技部連續(xù)五年支持電動(dòng)汽車(chē)總線(xiàn)通信協(xié)議方面的研究工作，國(guó)家汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化組織也成立了《商用車(chē)控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)(CAN總線(xiàn))通訊協(xié)議》起草小組。其中電動(dòng)汽車(chē)總線(xiàn)通信協(xié)議以J1939為基礎(chǔ)，并針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充。根據(jù)目前得到的信息，《商用車(chē)控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)(CAN總線(xiàn))通訊協(xié)議》是完全基于J1939的，同時(shí)國(guó)內(nèi)一些單位也研發(fā)出符合J1939的汽車(chē)智能零部件。而作者在研發(fā)《重型汽車(chē)數(shù)字化平臺(tái)》過(guò)程中，其應(yīng)用層協(xié)議采用的是ISO11992。