第三节　车载网络系统及电子部件

一、车载网络的结构

由于车辆的安全性、舒适性、通信及故障诊断方面的需求，对车辆电子设备的要求日益提高，要求车辆电气系统联网，以便交换必要信息，这一目的无法通过传统的数据传输达到，因为安装空间有限并且还需要降低车辆的重量。

对数据总线的要求反映了驾驶员信息系统以及基于视频的驾驶员辅助系统（倒车摄像机和环境传感器技术等）的进一步发展和广泛应用。数据总线是一种数据收集线路，与总线相连的所有控制单元都可以使用该线路上的数据。车辆上的大部分控制单元均能通过数据总线线路相互连接，即传感器和执行促动器之间没有直接的电器连接。利用传感器信号生成相应的信息（数据），并将其提供给数据总线系统。

2013年7月，梅赛德斯－奔驰面向全球推出新款奔驰S级W222系列车型，上市之初，主要推出S350（柴油车型）、S400（包括汽油机和混合动力车型）及S500三款车型，之后，又推出S320、S63AMG、S600、S65AMG等系列车型。其豪华、尊贵、安全的设计理念，深受世人的关注和青睐。许多新技术的运用，充分提高了驾乘的舒适性及愉悦性，从而提高驾驶安全。但此款车型电控单元更多，结构原理及控制更复杂，也给维修工作带来新的挑战。

以WDB222182（新款奔驰S500）为例简单说明车载网络系统结构和相关辅助系统的功能原理及运用。车辆通过控制器区域网络（CAN）、底盘FlexRay、多媒体传输系统、以太网等数据总线系统实现联网，整车网络中包括车载智能信息系统控制器区域网络、车内控制器区域网络、发动机控制器区域网络、传动系统控制器区域网络、诊断控制器区域网络、车辆动态控制器区域网络、用户接口控制器区域网络、传动系统传感器控制器区域网络、混合动力控制器区域网络、外围装置控制器区域网络、雷达控制器区域网络（CAN1）、雷达控制器区域网络（CAN2）。其网络结构示意图如图1-2所示。

控制器区域网络（CAN）是一种通过两条线路进行数据传输的电器总线系统。控制器区域网络（CAN）由连接所有控制器区域网络设备的双绞数据线组成。数据线的两条线路不能互换（低电位/高电位），连接的每个控制单元都能够传输或接收数据（双向总线），采用数字形式，以不同的间隔通过控制器区域网络传输数据。数据协议中定义了各数据块，并详细说明了控制单元接收和传输哪种数据，持续检查数据块的总和，两个传输间隔之间的瞬时中断及控制器区域网络的其他特性，检测到的故障存储在故障记忆中。

CAN的优点是，在各控制单元之间交换数据；为多个系统提供传感器信号；减少电线数量，电磁兼容性（EMC）提高。网关：具有网关功能的控制单元与两个或更多数据总线系统相互连接，这就意味着，它们能够与多个总线系统相互发送和接收信号。

二、车载网络的分类

车载智能信息系统控制器区域网络（CAN A）用于在连接的音频设备之间进行数据交换，其传输速率为125kbit/s。驾驶室管理及数据系统控制单元（COMAND）、左后显示屏、右后显示屏、音频/驾驶室管理及数据系统（COMAND）显示屏、音频/驾驶室管理及数据系统（COMAND）控制板均使用车载智能信息系统控制器区域网络（CAN）。网关：驾驶室管理及数据系统控制单元（COMAND）作为网关，构成了与其他总线系统相连的控制单元之间的数据交换接口。

车内控制器区域网络（CAN B）用于在连接的控制单元之间进行数据交换，其传输速率为125kbit/s。全景式滑动天窗控制单元、多仿形座椅气动泵（装配多仿形座椅的车型）、保护性安全带锁扣控制单元（装配后排预防性安全系统）、前信号采集及促动控制模块组控制单元（SAM）、后信号采集及促动控制模块组控制单元（SAM）、智能气候控制系统、四个车门控制单元、无钥匙启动控制单元、电子点火开关控制单元等均使用车内控制器区域网络（CAN）。网关：电子点火开关控制单元构成了与其他总线系统相连的控制单元之间的数据交换接口。

发动机控制器区域网络（CAN C）用于在连接的控制单元之间进行数据交换，其传输速率为500kbit/s。发动机控制单元与传动系统控制单元使用此网络。网关：共轨喷射系统柴油机（CDI）控制单元或电控多端顺序燃料喷注/点火系统（ME）控制单元和动力总成控制单元构成了与其他总线系统相连的控制单元之间的数据交换接口。

传动系统控制器区域网络（CAN C1）用于在连接的控制单元之间进行数据交换，其传输速率为500kbit/s。共轨喷射系统柴油机（CDI）控制单元或电控多端顺序燃料喷注/点火系统（ME）控制单元、传动系统控制单元、副变速箱油泵控制单元（装配变速箱722.9）、燃油泵控制单元、整体式变速箱控制系统控制单元、直接选挡智能伺服模块均使用传动系统控制器区域网络（CAN C1）。网关：CDI控制单元或ME控制单元构成了与其他总线系统相连的控制单元之间的数据交换接口。

诊断控制器区域网络（CAN D）用于在外部诊断检测仪与车辆中的控制单元之间进行数据交换，其传输速率为500kbit/s。电子点火开关控制单元、车载智能信息服务通信模块（装配通信模块/代码B54）、紧急呼叫系统控制单元（装配紧急呼叫/救援系统/代码348）均使用诊断控制器区域网络（CAN）。网关：电子点火开关控制单元构成了与其他总线系统相连的控制单元之间的数据交换接口。

另外，车辆动态控制器区域网络（CAN H）、传动系统传感器控制器区域网络（CAN I）、外围装置控制器区域网络（CAN PER）的传输速率都为500kbit/s，与其相对应的网关部件有电控车辆稳定系统控制单元（ESP）、发动机控制单元、电子点火开关和动力总成控制单元。

底盘FlexRay是一种串行的确定性容错总线系统。底盘FlexRay由用于发送差动信号的双绞数据线组成，可以改善抗干扰性，连接的各控制单元都能够发送或接收电压脉冲形式的数据，其传输速率为10Mbit/s。与控制器区域网络（CAN）不同，各个控制单元并未连接至电位分配器，各个不同的支路在电子点火开关（EZS）处聚集在一起，支路内的控制单元以串联方式连接，起点始终是电子点火开关（EZS）。所以，为了使底盘FlexRay能够正常工作，电子点火开关（EZS）和电控车辆稳定行驶系统（ESP）或电动动力转向系统控制单元必须工作，另外，支路中的终端电阻器也必须是完整的。如多功能立体摄像头、远程雷达传感器、电控车辆稳定行驶系统（ESP）控制单元、雷达传感器控制单元、电子点火开关控制单元、电动动力转向机构控制单元、转向柱模块控制单元、传动系统控制单元等使用此网络。网关：电控车辆稳定行驶系统控制单元和电子点火开关控制单元构成了与其他总线系统相连的控制单元之间的数据交换接口。

多媒体传输系统（MOST）为光纤数据总线系统。它通过光纤电缆将数据发送到所连接的信息系统、导航系统和通信系统部件，其传输速率为22Mbit/s。如驾驶室管理及数据系统控制单元（COMAND）、后排娱乐系统控制单元、音响系统放大器控制单元等使用此网络。网关：驾驶室管理及数据系统控制单元（COMAND）构成了与其他总线系统相连的控制单元之间的数据交换的接口。

车辆的以太网接入用于向驾驶室管理及数据系统（COMAND）控制单元传输数据，以太网接入车辆的传输速率为100Mbit/s。这使得不用单独的DVD就可以对数字用户手册、驾驶室管理及数据系统（COMAND）控制单元和多媒体传输系统（MOST）部件进行设置。

区域网络连接（LIN）总线是连接在车辆上执行较简单的控制和监视任务的装置。LIN总线是单线总线系统，与其他总线系统相比，区域网络连接（LIN）总线的传输速度较慢。多用在多功能方向盘与转向柱模块之间以及空调系统内。同样，它还可用在高位控制板控制单元和低位控制板控制单元之间，以及高位控制板控制单元与旋转式照明开关之间。

以下控制单元通过局域互联网（LIN）与连接到控制器区域网络（CAN）的各控制单元相连。

带附加功能的雨量/光线传感器通过雨量/光线传感器局域互联网（LIN）与前信号采集及促动控制模组（SAM）控制单元相连，车顶控制板控制单元通过车顶局域互联网（LIN）与前信号采集及促动控制模组（SAM）控制单元相连，前排智能气候控制操作单元通过智能气候控制器局域互联网（LIN）与智能气候控制单元相连，后排智能气候控制操作单元通过智能气候控制局域互联网（LIN）与智能气候控制单元相连，驾驶员座椅加热器控制单元通过左侧座椅局域互联网（LIN）与驾驶员座椅控制单元相连，前排乘客座椅加热器控制单元通过右侧座椅局域互联网（LIN）与驾驶员座椅控制单元相连等。

三、安全系统

以下各系统用于确保驾驶安全性。

带坡道起步辅助、预加压、干式制动和防溜车功能的自适应制动器，自适应制动灯，注意力辅助系统（疲劳和注意力辅助系统），制动辅助系统和带横向探测的制动辅助系统增强版，碰撞预防辅助系统，轮胎压力检测系统，侧风辅助系统，自适应远光灯辅助系统增强版，主动车道保持辅助系统，主动盲点辅助系统，带转向辅助功能的限距控制系统增强版，LED智能照明系统，夜视辅助系统增强版，后视摄像头，交通标志辅助系统，360°摄像头等。

新款S级可配备以下防护系统。

驾驶员和前排乘客气囊、驾驶员膝部气囊（特定国家车型）、驾驶员和乘客侧部气囊、后排左侧和右侧侧部气囊、左侧和右侧车窗气囊、带烟火式和电动双向安全带紧急收紧器及安全带收紧力限制器的驾驶员与前排乘客三点式安全带、后排中间座椅三点式安全带、带安全带紧急收紧器和自调节安全带收紧力限制器的后排外侧座椅三点式安全带、带预防性安全系统（PRE-SAFE）安全带拉紧功能的后排左侧/右侧座椅安全带锁扣延长器、后排外侧座椅安全带气囊（特殊装备）。

新款S级对行人保护系统做了进一步改善，该行人保护系统能够降低发生碰撞时行人所受伤害的严重程度。A柱区域内的发动机罩铰链迅速升高，以增大发动机罩与其下面部件之间的空间，这意味着，行人不会直接撞击到发动机罩下面的部件。

两侧安全带的拉紧器操作均有一个位于中央的气体发生气触发，EVO收紧器在安全带锁扣末端配备了安全带收紧力限制器功能。在腰部安全带部分受到较高作用力的情况下，该功能会以受控的方式释放安全带带身，以降低作用在乘员身体上的载荷。EVO收紧器安全带锁扣与卷轴收紧器一起组成所谓的预防性安全系统自适应安全带收紧功能。新款S级的一项新特性是首次将后排外侧座椅安全带气囊与主动式安全带锁扣配套使用，安全带气囊是一种三点式安全带系统，其中，安全带带身为一体式编织而成，并且带有撕裂裂缝。发生碰撞时，可充气内部件通过位于固定接头处的气体发生气充气，并沿着撕裂裂缝展开，安全带气囊使安全带自行膨胀，从而降低胸部受伤的风险。

主动式安全带锁扣与选装装备后排预防性安全系统配套提供。后排外座椅上的高度可调节的安全带锁扣可以实现在车门打开时伸出相应的安全带锁扣头，通过LED光纤为安全带锁扣头提供照明，在安全带系紧后降低安全带锁扣头，以减少松弛，在事故发生后伸出至提供的位置。主动式安全带锁扣可垂直调节至不同的位置。为了在危险情况下拉紧松弛部分，可将其从标准位置移至预防性安全系统位置。乘员被保持在座椅上，以确保安全带系统在可能发生碰撞时的最佳保护效果。如果车辆发生倾翻，则还会触发双向安全带拉紧功能，根据具体情况，可通过调节安全带锁扣的位置以不同的速度和强度拉紧安全带带身。预防性安全系统操作完成后，会启动反向程序以释放增强的安全带张力（倾翻情况除外）。

预防性安全系统增强版功能能够在即将发生追尾的情况下预先为车内乘员提供保护。本车后方的交通状况由位于后保险杠中央的雷达传感器监测。系统通过评估后方车辆的接近速度及其与本车之间的剩余距离计算发生碰撞前的剩余时间。系统会据此采取各种措施来减轻碰撞可能对乘客造成的伤害。如果后部雷达传感器监测到后方车辆并评估为存在碰撞危险，则首先会通过促动本车的后部转向信号灯向后车驾驶员发出警告。如果系统计算出可能发生追尾，则会启动纵向预防性安全系统乘员保护措施，安全带被拉紧，前排乘客座椅靠背移至垂直位置，通过增大制动压力预先保护车辆，防止本车被推行等。发生追尾后，如果制动压力之前已经增大，则会保持2s，随后，制动压力再次减小，以便操控车辆（图1-3）。

四、辅助系统

新款S级配备了其他车型中常见的辅助系统，其中某些系统的功能范围已进一步扩展，同时还提供了新系统。辅助系统包括定速巡航控制、交通标志辅助系统、带转向辅助功能的限距控制系统增强版、带横向探测的制动辅助系统增强版、带行人探测和市区制动功能的预防性安全系统、碰撞预防辅助系统、注意力辅助系统、主动盲点辅助系统、主动式车道保持辅助系统、带驻车定位系统的主动式驻车辅助系统、后视摄像头、360°摄像头、夜视辅助系统增强版。

交通标志辅助系统是在广为熟知的速度限制辅助系统的基础上研发而成的。这些标志显示在仪表盘以及COMAND显示屏的导航系统地图视图中。例如多功能摄像头在车辆驶上高速公路时检测到“禁止通行”标志，且车辆沿错误的方向行驶时，仪表盘和COMAND显示屏中会显示“禁止通行”标志。

多功能立体探测摄像头由位于同一个外壳中的两个高分辨率单摄像头组成。单摄像头只能评估车辆与目标物之间的距离，而立体探测多功能摄像头却能探测车辆与目标物之间的距离及目标物距离路面的高度。因此，立体探测多功能摄像头中的电子评估装置利用使人眼能够看到三维图像相同的效应——两个图像之间的视觉偏移。此外，立体探测多功能摄像头还能提供重要的附加信息，如对于所检测到目标物的每个像素，它都能计算目标物在水平轴、垂直轴以及纵向轴上的运动方向，这可清楚说明目标物是否正在运动及其运动方向；它能计算碰撞的准确撞击点，并因此尽可能充分利用碰撞前的时间采取保护措施；立体探测多功能摄像头能够在整个车速范围内提供与此相关的辅助。

带转向辅助功能的限距控制系统增强版在为驾驶员提供的纵向控制辅助中增加了横向引导功能，极大程度地减轻了驾驶员的压力。该功能在车速0～200km/h的长途行车、交通堵塞以及顺畅交通情况下尤其有用。但它并不能免除驾驶员保持车道的责任，其目的只是减少驾驶员的工作量，从而提高舒适性。如果转向角较大且车速较低时，则无法提供辅助。转向辅助包含车道引导（0～200km/h）、目标物引导（0～60km/h）、检测驾驶员行为/转向干预功能。

①车道引导功能：立体多功能摄像头不断地以固定取样率扫描道路上车道标记图像，根据图像序列和由车道标记图像得到的测量值，立体探测多功能摄像头的集成控制单元计算一条行车车道。摄像头的集成控制单元将该车道数据继续传送至雷达传感器控制单元。

②目标物引导功能：例如在城市中行驶时，由于与前车距离太近，车道标记未必能被检测到。因此，需要为车道计算提供其他计算依据。在这种情况下，也会对相同车道中的突出目标物（前车）进行评估，立体摄像头的集成控制单元对两个摄像头提供的图像数据进行处理，并将其传送至雷达传感器控制单元。后者将图像数据与雷达传感器系统提供的信号进行比较。当车速低于60km/h时，基于车道的引导会不断地顺利转换为基于目标物的横向引导。

③转向助力的功能：顺序为所需的转向助力由驾驶员施加的转向扭矩和车速计算得到，然后助力转向控制单元相应地促动电动动力转向系统促动电机，转向助力随着车速的提高而减小。

④驾驶员行为检测功能：电动动力转向系统控制单元通过扭矩传感器不断地评估驾驶员施加的转向扭矩。如果控制单元持续10s检测到方向盘上的扭矩不足或不存在，则会向雷达传感器控制单元发送一条信息。同时，仪表盘上显示警告——显示一个带红色手形符号的灰色方向盘图标。如果驾驶员接下来5s未做出反映，则会通过仪表盘扬声器发出声讯报警。在这种情况下，雷达传感器控制单元将转向辅助功能切换至被动状态，该情况会通过仪表盘上的一个灰色方向盘图标显示给驾驶员。当转向辅助功能启用并准备就绪进行干预时，会显示一个绿色方向盘图标。

带横向探测的制动辅助系统增强版在7～72km/h的车速范围内适用，能够根据目标物的特性（高度、宽度）及其接近速度检测前方的穿行目标物。在理想情况下，前部远距离雷达传感器能够检测最远200m范围内的目标物，立体探测多功能摄像头能够检测穿行目标物相对于行车道的位置及其横向接近速度。如果危险区域内存在任何目标物，则仪表盘会发出视觉或声讯报警，如果驾驶员随后进行制动但制动力不足，则制动辅助系统增强版会增大制动压力以进行有效的危险制动，必要时会增大至紧急停止为止。

如果相邻车道被占用，变道存在风险，而车辆无意间压到虚线时，主动式车道保持辅助系统也会对此进行干预。系统根据来自立体摄像头和雷达系统信号来检测该情况。此外，还包括一个后部传感器，与前后保险杠中的其他传感器配合工作。随着车辆驶过车道标记，如果检测到相邻车道被占用，则该系统不仅通过脉冲式方向盘振动以触觉方式警告驾驶员，而且还会通过ESP对一侧进行制动来校正车辆行驶路线。此系统在60～200km/h的车速范围内工作。

360°摄像头由四个数字摄像头组成，当驻车以及驶出车库车道时，驾驶员可利用其观察周围环境。摄像头位于散热器格栅中、左右车外后视镜外壳中以及行李厢盖的拉手嵌条中。在车辆以不超过30km/h的车速向前行驶期间，摄像头启用，超过该车速后，摄像头自动停用。倒车时，无论车速如何，只要COMAND控制单元中启用了相关设置，360°摄像头就始终保持启用。

主动盲点辅助系统利用近距离雷达监测两侧驾驶员视野范围以外且无法在车外后视镜中看到的区域（盲点），当该区域内存在车辆时，系统会向驾驶员发出警示。此外，主动式盲点辅助系统还会综合考虑本车周围的环境因素，在变道操作期间即将发生侧面碰撞之前进行路线校正制动干预，这也要求监测本车前方的交通状况，以免因改变路线而与其他道路使用者（包括来车）发生碰撞。除了车外后视镜中的警告指示外，仪表盘中也会显示警告。

主动式驻车辅助系统利用一个超声波测量系统记录车辆与障碍物之间的距离。当以低于36km/h的车速行驶时，系统会测量并存储车辆两侧的平行和垂直停车位，并根据驾驶员的请求以半自动方式驻车或解除驻车。车辆与障碍物之间的当前距离会通过仪表盘中的“驻车系统警告显示”和车顶内衬后部的驻车系统警告指示灯通知驾驶员。当距离小于30cm时，仪表盘还会发出声讯报警。

后视摄像头是驻车和挪车时的视觉辅助工具，其任务包括监测正在倒车车辆的周围环境，生成动态和静态基准线，以及将图像数据传送至COMAND控制单元。摄像头图像以大于180°的更宽视角被扫描，并有后视摄像头相应地进行调节。通过后视摄像头功能，驾驶员能够在挪车模式、挂车模式（装配挂车挂钩）和广角模式之间选择。

广角模式可在复杂的交通状况倒车时为驾驶员提供辅助。COMAND显示屏中以由三部分组成的分屏视图的形式显示角度大于180°的后方区域。这可使驾驶员提前了解情况，例如从狭窄的路旁街道倒车到垂直公路上时。广角模式还集成了目标物检测功能，用于检测相对于车辆运动的目标物。因此，当车辆静止时，只能检测到运动的目标物和行人，当车辆前行或倒车时，还能检测到静止目标物。