在現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展中，已經(jīng)有95%以上的汽車采用了CAN總線協(xié)議，部分娛樂(lè)系統(tǒng)采用了以太網(wǎng)，結(jié)合4G/5G的商業(yè)化應(yīng)用，已經(jīng)將原有封閉式的內(nèi)部數(shù)據(jù)閉環(huán)的汽車連接到互聯(lián)網(wǎng)，我們的用戶不但可以遠(yuǎn)程解鎖他們的愛(ài)車，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的遠(yuǎn)程控制，即便無(wú)鑰匙的情況下，家人依然可以使用汽車。汽車作為移動(dòng)交通工具，在新一輪的技術(shù)下，已經(jīng)變得像遙控電視機(jī)一樣簡(jiǎn)單。
特斯拉采用了RFID、NFC、藍(lán)牙、遠(yuǎn)程等多種控制方式，成為用戶“驕傲”的噱頭，為此，大量用戶癡迷于特斯拉的高科技，從特斯拉獨(dú)到的創(chuàng)新與應(yīng)用來(lái)說(shuō)，實(shí)實(shí)在在抓住了用戶的心理，從第一款大屏，到第一個(gè)用RFID開(kāi)門(mén)解鎖，這些技術(shù)都讓人眼前一亮。
一、技術(shù)背景
在當(dāng)今的中高檔汽車中都采用了汽車總線技術(shù)。汽車總線為汽車內(nèi)部各種復(fù)雜的電子設(shè)備、控制器、測(cè)量?jī)x器等提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換渠道。一些汽車專家認(rèn)為，就像在20世紀(jì)70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣，近20年來(lái)數(shù)據(jù)總線技術(shù)的引入也將是汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。
在20世紀(jì)90年代以來(lái)，汽車上由電子控制單元(ECU)控制的部件數(shù)量越來(lái)越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動(dòng)裝置、安全氣囊裝置、電控門(mén)窗裝置、主動(dòng)懸架等等。隨著集成電路和單片機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，車上的ECU數(shù)量越來(lái)越多。因此，一種新的概念--車上控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN（Controller Area Network）的概念也就應(yīng)運(yùn)而生了。CAN最早是由德國(guó)BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，按照ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線。
CAN協(xié)議中每一幀的數(shù)據(jù)量都不超過(guò)8個(gè)字節(jié)，以短幀多發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高實(shí)時(shí)性；CAN總線的糾錯(cuò)能力非常強(qiáng)，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；同時(shí)CAN總線的速率可達(dá)到1M bit/s，是一個(gè)真正的高速網(wǎng)絡(luò)，一般采用500Kbit/s，商用車大多采用250bit/s，多路CAN的車身控制系統(tǒng)中有100250bit/s的情況。
CAN總線應(yīng)用在汽車中使用有很多優(yōu)點(diǎn)：
(1)用低成本的雙絞線電纜代替了車身內(nèi)昂貴的導(dǎo)線，并大幅度減少了用線數(shù)量；提高可靠性,安全性、降低成本。
(2)具有快速響應(yīng)時(shí)間和高可靠性，并適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用如剎車裝置和氣囊；控制平臺(tái)、信息平臺(tái)、駕駛平臺(tái)的互連基礎(chǔ)。
(3)CAN轉(zhuǎn)換芯片(一般采用NXP1040-1044系列)可以抗高溫和高噪聲，并且具有較低的價(jià)格，開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
新款的轎車的設(shè)計(jì)中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、豐田、本田、日產(chǎn)等汽車都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。我們?cè)?014年破解寶馬全系的時(shí)候，寶馬的ECU控制單元在豪華車型上已經(jīng)多達(dá)130多個(gè)，并且?guī)в卸嗦肪W(wǎng)關(guān)，采集汽車的CAN總線，比如從網(wǎng)關(guān)進(jìn)入，一般從外部OBD接口是無(wú)法獲得其ECU的數(shù)據(jù)，并且是多路CAN。
眾所周知汽車的核心單元就是發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、冷卻劑溫度等等是和汽車駕駛是緊密相關(guān)的。傳統(tǒng)汽車儀表的設(shè)計(jì)方法是：通過(guò)放置在汽車部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)）內(nèi)部的傳感器，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，如電壓、電流、脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換或計(jì)數(shù)器等，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可視的指針信號(hào)顯示在模擬儀表盤(pán)上。隨著汽車總線技術(shù)的發(fā)展，不少進(jìn)口的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)不再直接向外提供傳感器信號(hào)，而改用CAN總線通信接口
根據(jù)ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)定義的OSI模型，CAN協(xié)議定義了物理層及數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范，這為不同的汽車廠商制定符合自身需要的應(yīng)用層協(xié)議提供了很大的便利。如果需要建立更加完善的系統(tǒng)，還需要在CAN的基礎(chǔ)上選擇合適的應(yīng)用層協(xié)議。如CANopen、SAE J1939等?！ ?/span>
J1939協(xié)議是目前在大型汽車（主要指柴油車類）中應(yīng)用最廣泛的應(yīng)用層協(xié)議，可達(dá)到250Kbps的通訊速率。J1939協(xié)議由美國(guó)SAE( Society of Automotive Engineer)組織維護(hù)和推廣。J1939協(xié)議具有如下特點(diǎn)：
(1)以CAN2.0B協(xié)議為基礎(chǔ)，物理層標(biāo)準(zhǔn)與ISO11898規(guī)范兼容并采用符合該規(guī)范的CAN控制器及收發(fā)器。通訊速率最高可達(dá)到250Kbps。
(2)采用PDU( Protocol Data UNIt 協(xié)議數(shù)據(jù)單元)傳送信息，每個(gè)PDU相當(dāng)于CAN協(xié)議中的一幀。由于每個(gè)CAN幀最多可傳輸8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，因此PDU的傳輸具有很高的實(shí)時(shí)性。
(3)利用CAN2.0B擴(kuò)展幀格式的29位標(biāo)志符定義每一個(gè)PDU的含義以及該P(yáng)DU的優(yōu)先級(jí)。
(4)J1939協(xié)議主要作為汽車中應(yīng)用的通訊協(xié)議，對(duì)汽車中應(yīng)用到的各類參數(shù)都進(jìn)行了規(guī)定。參數(shù)的規(guī)定符合ISO11992標(biāo)準(zhǔn)。
二、J1939在國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況
中國(guó)重型柴油車國(guó)六OBD排放在線檢測(cè)終端設(shè)備供應(yīng)商深圳速銳得科技公司聯(lián)合國(guó)內(nèi)中汽中心、國(guó)家環(huán)保、計(jì)量、清華大學(xué)等定義了國(guó)六重型柴油車OBD排放標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控的數(shù)據(jù)并設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)在線監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)了基于4G網(wǎng)絡(luò)的J1939 網(wǎng)關(guān)終端H6S(國(guó)標(biāo))系列終端產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)GB17691的要求將數(shù)據(jù)傳輸。
H6S可用于汽車遠(yuǎn)程數(shù)字化儀表，汽車J1939網(wǎng)關(guān)，汽車多功能電控的核心單元，并通過(guò)了嚴(yán)格的可靠性測(cè)試和實(shí)際產(chǎn)品化驗(yàn)證，已投入批量生產(chǎn)。
終端的各項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到了國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)際也是最嚴(yán)）先進(jìn)水平，除支持SAE J1939固件外，還可支持SAE 14229，ISO15765標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車儀表數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程傳輸。在國(guó)際上，通過(guò)了與美國(guó)、德國(guó)、意大利 J1939 發(fā)動(dòng)機(jī)的互連測(cè)試，取得了國(guó)際化的通行證。
系統(tǒng)由11個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，以J1939網(wǎng)絡(luò)為骨干，集成了現(xiàn)代汽車技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)精華。包括LINbus，4G（無(wú)線TCP/IP網(wǎng)），RS232等及嵌入式以太網(wǎng)、CANFD等最新技術(shù)。汽車的動(dòng)力部分單元數(shù)據(jù)是直接通過(guò)嵌入式硬件數(shù)字仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。包含了：
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)ECM仿真單元：(節(jié)點(diǎn)1)
實(shí)現(xiàn)（實(shí)際）發(fā)動(dòng)機(jī)的總線仿真功能，產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)10~20種電控時(shí)實(shí)參數(shù)，模擬汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。適合汽車EMC要求。
（2）NMT/車身電控制單元（節(jié)點(diǎn)2）
可實(shí)現(xiàn)J1939/81規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)管理功能和診斷紀(jì)錄功能，發(fā)出報(bào)警控制信息，并有16個(gè)光電隔離輸出接口（50V/500mA）和8個(gè)數(shù)字信號(hào)（傳感器）輸入接口及4個(gè)模擬傳感器接口，控制功能可現(xiàn)場(chǎng)編程修改。適合多種汽車EMC開(kāi)發(fā)要求。
（3）緩速器仿真單元：（節(jié)點(diǎn)3）
可根據(jù)汽車運(yùn)行狀態(tài)和車速控制電磁緩速器的驅(qū)動(dòng)接口。
（4）ABS仿真單元：（節(jié)點(diǎn)4）
根據(jù)汽車網(wǎng)絡(luò)綜合參數(shù)控制ABS制動(dòng)力和啟動(dòng)時(shí)間。
（5）AMT仿真單元：（節(jié)點(diǎn)5）
根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)可仿真實(shí)現(xiàn)變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)ECM的通訊。
（6）非對(duì)稱網(wǎng)橋（節(jié)點(diǎn)6）
可實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)（動(dòng)力系統(tǒng)）和低速網(wǎng)（儀表信息電氣控制系統(tǒng)）的流量不對(duì)稱橋接從而保證，總線負(fù)載率的安全和電氣安全。
（7）LIN BUS 網(wǎng)關(guān)（節(jié)點(diǎn)7）
實(shí)現(xiàn)LIN-BUS傳感器、電氣控制系統(tǒng)和CAN-BUS系統(tǒng)的互聯(lián)，并遵從J1939協(xié)議。
（8）J1939MFM（節(jié)點(diǎn)8）
J1939多功能汽車綜合參數(shù)儀表（汽車信息中心），可實(shí)現(xiàn)14種汽車運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示（中文LCD），可編程300~5000Km歷史車況記錄并具備故障報(bào)警信息顯示功能，適合汽車EMC要求。
（9）J1939汽車遠(yuǎn)程儀表（節(jié)點(diǎn)9）
實(shí)現(xiàn)J1939總線式汽車儀表。可適配多種國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口汽車儀表總成。
（10）J1939轉(zhuǎn)以太網(wǎng) SAE14229轉(zhuǎn)J1939（網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)10）
可實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)或與通用計(jì)算機(jī)連接進(jìn)入J1939網(wǎng)絡(luò),對(duì)總線負(fù)載率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，開(kāi)放API接口。
（11）J1939運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù)記錄（節(jié)點(diǎn)11）
接入J1939網(wǎng)絡(luò)可記錄20萬(wàn)條運(yùn)行參數(shù)，用于實(shí)時(shí)分析各ECU單元的運(yùn)行情況，亦可在實(shí)際運(yùn)行的汽車中測(cè)試運(yùn)行參數(shù)，并通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)接入Internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)保在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器，抗電子干擾能力很強(qiáng)，適合汽車EMC及國(guó)六要求。
該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)按照J(rèn)1939的物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)引用層規(guī)定在12個(gè)節(jié)點(diǎn)下（總線負(fù)載率最大為30%條件下）連續(xù)工作已超過(guò)10000小時(shí)。并按照J(rèn)1939/71車輛應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)完成了對(duì)MFM/J1939多功能網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品化測(cè)試及總線型數(shù)字汽車儀表的測(cè)試。
三、技術(shù)展望
未來(lái)汽車是一個(gè)智能化網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)。汽車網(wǎng)絡(luò)貫穿整車的每個(gè)單元即控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、駕駛系統(tǒng)和傳感執(zhí)行系統(tǒng)均由控制局域網(wǎng)CAN-BUS互連，掌握應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)并開(kāi)發(fā)嵌入式軟件是關(guān)鍵技術(shù)。
將車內(nèi)的控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)如故障信息遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)，車況自動(dòng)紀(jì)錄系統(tǒng)，實(shí)時(shí)駕駛信息顯示系統(tǒng)（智能化數(shù)字儀表）與嵌入式因特網(wǎng)互連（支持4G及5G）,使每個(gè)汽車有一個(gè)獨(dú)立Web網(wǎng)頁(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車全生命周期管理，將會(huì)是今后汽車計(jì)算平臺(tái)的關(guān)鍵核心技術(shù)。
而這項(xiàng)技術(shù)的難點(diǎn)，就在于車型庫(kù)的匹配，要了解到每一車，在CAN總線下，不同的數(shù)據(jù)格式及狀態(tài)，在實(shí)際的運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，這個(gè)車使用的怎樣，是否有油/電，這臺(tái)車是張三的還是李四的，剎車多少次，胎壓是否正常，去了哪里，每天跑多少公里等等信息，將構(gòu)成該車使用的模型和畫(huà)像，這些都將幫助企業(yè)提供有效的實(shí)際數(shù)據(jù)信息。
國(guó)內(nèi)支持多車多數(shù)據(jù)匹配的企業(yè)并不多，有的是為了作秀，有的是為了實(shí)際的應(yīng)用。從事這個(gè)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)，既需要懂汽車、還需要懂CAN、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、控制、國(guó)內(nèi)寥寥無(wú)幾，屈指可數(shù)的有中汽中心、速銳得、海康威視，國(guó)外有特斯拉、維克多、博世等。
