电动汽车中实现网络通信功能的部分一般被称为车载网络系统,它就如同汽车的“神经脉络”,是安装在汽车内部,用于实现汽车内部各部件之间以及与外部网络进行信息交换的通信网络,通常包括车载网络硬件、通信协议和网络管理软件等部分。其下又包含多个关键模块与系统,共同保障信息的畅达:
- 通信总线模块:
- CAN总线:即控制器局域网(ControllerAreaNetwork)总线,是目前应用最广泛的车载通信协议。支持分布式实时控制,具有高可靠性和良好的扩展性,数据传输速率根据不同应用场景有所差异,常见的有低速CAN(如125Kbps)用于车身舒适系统等对实时性要求相对不高的场景;高速CAN(如500Kbps、1Mbps)用于动力系统、底盘系统等对数据传输速度和实时性要求较高的模块通信,像电机控制器、电池管理系统与整车控制器之间常通过高速CAN总线通信。
- LIN总线:局域互联网络(LocalInterconnectNetwork)总线,主要用于一些对数据传输速率要求较低、成本敏感的辅助系统通信,如汽车的灯光控制、门窗升降控制等。其数据传输速率一般在20Kbps左右,通常作为CAN总线的子网络,通过网关与CAN总线相连,实现不同层级网络之间的信息交互。
- FlexRay总线:是一种高速、可靠的车载网络通信协议,在欧洲豪华车领域应用较多,如奔驰、宝马、奥迪和沃尔沃的底盘部分等。其优点是可靠性高、安全性高,带宽可达10Mbps,能实现多个电子控制单元(ECU)之间参数的迅速交互和实时性控制,还支持时间触发和事件触发两种通信方式,有两条独立的通道CHA/CHB可实现冗余传输保障数据安全。但它也存在速率低于以太网、供应商单一、成本高的缺点。
- 以太网:随着汽车电子技术发展,对数据传输带宽和速度要求越来越高,以太网逐渐在汽车中得到应用,特别是在娱乐系统、高级驾驶辅助系统(ADAS)等高速数据通信场景。传统以太网经过时间敏感网络(TSN)标准增强后,安全性和可靠性大幅提升,速率远高于FlexRay,延迟更低,更适合高算力高带宽的新型汽车计算架构,可满足如高清视频传输(用于环视摄像头、流媒体后视镜等)、车辆与外界的高速数据交互等需求。
- 网关模块:网关在车载网络系统中起到数据转发和协议转换的关键作用,它就像是不同网络之间的“翻译官”和“交通枢纽”。由于汽车内不同的子系统可能采用不同的通信协议和数据传输速率,例如动力系统使用高速CAN协议,而车身舒适系统可能使用LIN协议,网关负责连接这些不同的网络,接收来自一个网络的数据,根据目标网络的协议要求进行转换后,再将数据发送到另一个网络,确保各个模块之间能够正确地进行信息交互。
- 节点模块:整车网络架构中的节点包括各种传感器、执行器、控制器等。这些节点通过网络进行通信,实现数据的交换和指令的传输。
- 传感器节点:如车速传感器、电机速度传感器、电池温度传感器、方向盘角度传感器等,负责采集车辆运行状态、部件状态等各类信息,并将这些信息转换为电信号通过车载网络传输给相应的控制器。例如车速传感器将车辆行驶速度信息传输给整车控制器、仪表盘等,用于车速显示以及车辆动力系统的控制策略调整。
- 控制器节点:像整车控制器(VCU)、电池管理系统(BMS)、电机控制器(MCU)等。VCU是整车控制决策的核心,通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号判断驾驶员意图,同时监测车辆状态信息,然后向动力系统、动力电池系统等发送控制指令;BMS负责电池的充放电管理、状态监测和保护,监测电池的电压、电流、温度等参数,并通过网络与其他系统通信,保障电池安全稳定运行;MCU接收VCU的指令,控制电动机输出指定的扭矩和转速,驱动车辆行驶。
- 执行器节点:根据控制器发送的指令执行相应动作,如控制电机运转实现车辆驱动、控制制动系统实现刹车等。