汽车的智能神经网络如何构建?

2015-12-01 19:39:47来源: 互联网

   

    在汽车智能化的进程中,除了车载CPU、显示屏以及传感器的升级外,还有一个不可或缺的组成部分:总线系统。汽车解码之前在介绍特斯拉底盘时,曾涉及过Model S内部的总线设计。

    本文,我们来了解下总线到底是什么?以及它为何对汽车智能化如此重要?简单来讲,如人的大脑要发号指令,需要神经系统去传递信息一样,汽车也有自己的“神经网络”。

ECU无处不在

    最常见的“神经网络”叫做CAN Bus,Bus即总线的意思。CAN总线是目前最常见,也是最普及的一种汽车内部通讯协议,它最早由博世集团制定。目前,除了一些非常低端的车型,大部分量产车都采用了CAN作为通讯标准通讯协议。

    CAN本身并不是所谓的“神经网络”,它只是这个网络内部各个节点之间对话的语言,就如同两台远程计算机之间,可以通过HTTP或FTP进行对话一样。在一辆现代化的汽车上,大致有100~300个、甚至更多个ECU,即电子控制单元(Electric Control Unit),来作为“神经节点”。

    一辆汽车能否正常运营,就要看这些ECU之间是否配合融洽;而ECU数量的多少,也代表着汽车数字化程度的高低。现在,越来越多的机械零部件,被电控零部件所取代。比较典型的例子有转向助力:液压助力、电子液压助力、电子助力,再到线控转向。ECU已经被应用到了汽车的核心功能上。

    这数百个ECU,在汽车内部组成了一个局域网。与外网不同,局域网的信息传输特点是,一个ECU发出的数据包,所有的节点都会接收到,但只有承担该数据包任务的节点,才会去执行命令。

    举个例子,比如刹车灯。当监控刹车踏板的ECU,监测到踏板行程有变动时,就会通知监测尾灯的ECU。此时,该ECU控制尾灯,并将其通电点亮。这一个简单的操作,其实背后有至少2个ECU的配合。

    此外,由于汽车模块化设计,ECU也分为了不同模块。比如,发动机有一个单独的ECU体系,叫做ECM(Engine Control Module )。这个模组由多个控制发动机不同功能的ECU组成,比如节气门的开合、燃油喷射剂量、涡轮介入时机等。

CAN负责组建局域网

   要让所有的这些ECU之间相互配合,需要一个数据传输协议来作为“传令者”。CAN协议是其中之一,它的全称叫做Controllers Area Network。该协议诞生于1983年,是全球最大汽车零部件集团博世的独家专利。

    CAN协议存在的意义是,它为汽车的电子化、数字化进程起到了巨大推动作用。借助CAN协议,汽车内部的数百个ECU,可以在没有主机(也就是车载CPU)的情况下组建一个局域网。1986年,SAE(汽车工程师协会)正式发表CAN协议标准。

    其实,CAN总线是汽车产业与计算机产业有效配合的一个成功典范:在CAN标准被公布后的第二年,也就是1987年,英特尔与飞利浦开发出了全球第一款CAN总线适用的芯片(即ECU)。1988年发布的宝马8系,是全球第一款搭载CAN总线的量产车型。

    CAN协议的普及,让汽车大幅度数字化,其意义不仅体现在汽车电子化程度的提升,也对于车辆的故障检修带来了革命性的变化。要知道,一辆现代化的汽车正常行驶,其需要的代码数量,要远超于一架波音747客机所需的。

    OBD接口便是最直接的受益者,这个在1996年被美国政府强制推行的检修接口,通过采集CAN总线的各种数据,可以对车辆的运行状况做一个更精确的评估。甚至在逆向破解后,黑客通过CAN总线可以远程控制车辆。

    但是,CAN并非是唯一的车用通讯协议。为了弥补CAN协议在某些方面的不足,汽车工业还研发出了很多其他协议,比如LIN协议。相比CAN,LIN的带宽要更小、承载的数据量更少,但同时成本也更低,适合应用于一些简单的ECU中,比如车窗升降等。

    随着技术进步,汽车内部的数据量暴增。尤其是大屏幕的普及和流媒体技术的介入,让CAN总线在某些时候“力不从心”,已无法胜任工作。于是,更高级的通讯协议问世了,比如MOST、FlexRay、以太网等。

    这些协议标准,拥有更大的带宽与更强的稳定性。其中,MOST是一种高速多媒体传输接口,专门为汽车内部的一些高码率音频、视频提供传输。FlexRay也是一种高速协议,但不仅限于多媒体传输。在自动驾驶的奥迪A7中,位于后备箱的车载CPU(奥迪称之为zFAS)模组,就是依靠FlexRay协议来读取前置摄像头捕捉的数据。

    至于以太网,这本不是专用于汽车技术的,而是计算机局域网的标准协议。与上述多种协议相比,以太网的传输速度是最快的。按照带宽划分,以太网可以分为标准以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s),以及10G(10Gbit/s)以太网。注意,与HTTP等超文本传输协议不同,以太网是物理层的标准。

    目前总线协议最发达的车型,当属特斯拉Model S,该车采用了CAN、LIN,以及以太网三种标准,分别处理不同级别的数据。注意,虽然特斯拉有两个车载CPU(Nvidia Tegra处理器),但其总线依然是局域网架构。

    除上述这些总线协议外,汽车工业使用的局域网标准,还有诸如Byteflight、D2B、DC-Bus、IEBus、SPI,以及VAN等多种。这些协议由不同机构研发,打破了博世CAN协议的垄断。目前已经被部分汽车品牌应用到旗下车型,但都不如CAN协议普及。

    其实,CAN协议不仅应用到汽车内部,某些外部场景也需要CAN协议的支持。最典型的就是OBD接口。通过这个接口,检修员可以读取到车辆的发动机运行状况、机油余量、里程数等信息。

    通用、沃尔沃、特斯拉等车型支持远程控制,其原理就是手机发出的指令先到达服务器,然后被转发到车载通讯模块。车载通讯模块接收到指令后,再通过CAN总线将指令传达到各个ECU。

    在电动车领域,充电接口其实也需要CAN总线的支持。无论是欧标还是美标的接口,其中有一项是CAN协议通讯接口。这一项的作用,是告诉充电桩电池目前有多少电,这个数据将从电池组的监控ECU上读取。

    随着汽车智能化的提升,CAN总线将更多的暴露到外网中,因此汽车信息安全成为了新的课题。比如特斯拉,就不只一次被车主和黑客成功破解。此外,隐私问题也因此而升级,当车辆这个局域网接入物联网时,你的一举一动都受到监控。这就要求,不仅车联网服务器提升安全级别,CAN总线也要从基本层面做好加密、认证、防伪等工作。

 

关键字:汽车  总线  CAN  智能

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2015/1201/article_11848.html
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