รถบัส

บัสของยานพาหนะคือเครือข่ายการสื่อสาร ภายในเฉพาะทาง ที่เชื่อมต่อส่วนประกอบต่างๆ ภายในยานพาหนะ (เช่น รถยนต์ รถบัส รถไฟ ยานพาหนะอุตสาหกรรมหรือการเกษตร เรือ หรือเครื่องบิน) ในทางอิเล็กทรอนิกส์ บัสก็คืออุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์หลายๆ ตัวเข้าด้วยกัน ข้อกำหนดพิเศษสำหรับการควบคุมยานพาหนะ เช่นการรับประกันการส่งข้อความ การส่งข้อความที่ไม่ขัดแย้งกัน เวลาในการส่งที่น้อยที่สุด ต้นทุนต่ำ และ ความทนทานต่อสัญญาณรบกวน EMFรวมถึงการกำหนดเส้นทางสำรองและคุณลักษณะอื่นๆ กำหนดให้ต้องใช้โปรโตคอลเครือข่ายที่ไม่ค่อยพบเห็น โปรโตคอลเหล่านี้ได้แก่Controller Area Network (CAN), Local Interconnect Network (LIN) และอื่นๆ เทคโนโลยีเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม (เช่นEthernetและTCP/IP ) แทบจะไม่ถูกนำมาใช้เลย ยกเว้นในเครื่องบิน ซึ่งมีการใช้งานARINC 664เช่นAvionics Full-Duplex Switched Ethernetเครื่องบินที่ใช้Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX) ได้แก่Boeing 787 , Airbus A400MและAirbus A380โดยทั่วไปแล้ว รถไฟจะใช้เครือข่าย Ethernet Consist Network (ECN) รถไฟทุกคันที่จำหน่ายในสหรัฐอเมริกาตั้งแต่ปี 1996 จะต้องมี ตัวเชื่อมต่อ On-Board Diagnosticsเพื่อเข้าถึงตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของรถไฟ

แรงผลักดันหลักสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีเครือข่ายยานยนต์คือความก้าวหน้าในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไป และกฎระเบียบของรัฐบาล โดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกา ที่กำหนดขึ้นเพื่อให้รถยนต์เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ด้วยมาตรฐานการปล่อยมลพิษ ที่เข้มงวด สำหรับรถยนต์ ทำให้การควบคุมในระดับที่ต้องการเป็นไปไม่ได้หากปราศจากความช่วยเหลือจากอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ในรถยนต์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ยังมีส่วนช่วยอย่างมากต่อสมรรถนะของรถยนต์ ความสะดวกสบายของผู้โดยสาร ความง่ายในการผลิต และความคุ้มค่าด้านต้นทุน

ในอดีตวิทยุติดรถยนต์อาจเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพียงชิ้นเดียวในรถยนต์ แต่ปัจจุบันเกือบทุกส่วนประกอบของรถยนต์มีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์อยู่ด้วย โมดูลอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปในรถยนต์ปัจจุบัน ได้แก่หน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) หน่วยควบคุมระบบส่งกำลัง (TCU) ระบบเบรกป้องกันล้อล็อก (ABS) และโมดูลควบคุมตัวถัง (BCM)

โดยทั่วไปแล้ว โมดูลควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จะรับข้อมูลจากเซ็นเซอร์ (ความเร็ว อุณหภูมิ ความดัน ฯลฯ) ซึ่งนำมาใช้ในการคำนวณ มีการใช้ แอคทูเอเตอร์ ต่างๆ เพื่อบังคับให้โมดูลทำงานตามที่โมดูลกำหนด (เช่น เปิดพัดลมระบายความร้อน เปลี่ยนเกียร์ ฯลฯ) โมดูลเหล่านี้จำเป็นต้องแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกันในระหว่างการทำงานปกติของรถยนต์ ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ต้องบอกเกียร์ว่าความเร็วรอบเครื่องยนต์เป็นเท่าใด และเกียร์ต้องบอกโมดูลอื่นๆ เมื่อมีการเปลี่ยนเกียร์ ความต้องการในการแลกเปลี่ยนข้อมูลอย่างรวดเร็วและเชื่อถือได้นี้ นำไปสู่การพัฒนาระบบเครือข่ายยานยนต์ ซึ่งเป็นสื่อกลางในการแลกเปลี่ยนข้อมูล

อุตสาหกรรมยานยนต์ตระหนักได้อย่างรวดเร็วถึงความซับซ้อนของการเดินสายไฟระหว่างแต่ละโมดูลกับโมดูลอื่นๆ การออกแบบการเดินสายไฟเช่นนี้ไม่เพียงแต่จะซับซ้อนเท่านั้น แต่ยังต้องปรับเปลี่ยนไปตามโมดูลที่ติดตั้งอยู่ในรถแต่ละคันด้วย ตัวอย่างเช่น รถที่ไม่มีโมดูลระบบเบรกป้องกันล้อล็อกจะต้องมีการเดินสายไฟแตกต่างจากรถที่มีระบบเบรกป้องกันล้อล็อก

แนวทางแก้ปัญหาของอุตสาหกรรมคือการสร้างเครือข่ายส่วนกลางในรถยนต์ โมดูลต่างๆ สามารถ "เสียบ" เข้ากับเครือข่ายและสื่อสารกับโมดูลอื่นๆ ที่ติดตั้งอยู่ในเครือข่ายได้ การออกแบบนี้ผลิตง่ายกว่า บำรุงรักษาง่ายกว่า และมีความยืดหยุ่นในการเพิ่มและถอดตัวเลือกต่างๆ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างสายไฟทั้งหมดของรถยนต์ แต่ละโมดูลซึ่งเป็นโหนดในเครือข่ายรถยนต์ จะควบคุมส่วนประกอบเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับหน้าที่ของมัน และสื่อสารกับโมดูลอื่นๆ ตามความจำเป็น โดยใช้โปรโตคอล มาตรฐาน ผ่านเครือข่ายรถยนต์

ระบบเครือข่ายไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่การนำมาประยุกต์ใช้กับยานพาหนะเป็นเรื่องใหม่ ระบบเครือข่ายสำหรับยานพาหนะต้องการคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• ต้นทุนต่ำ
• ภูมิคุ้มกันต่อเสียงรบกวนภายนอก
• ความสามารถในการปฏิบัติงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
• ความแข็งแกร่งและความน่าเชื่อถือโดยรวม

แม้ว่าเครือข่ายยานยนต์จะมีความต้องการ ปริมาณข้อมูลไม่มากนักแต่ความต้องการการประมวลผลบนยานยนต์ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องกำลังผลักดันให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเครือข่ายเหล่านี้ เพื่อให้การสื่อสารระหว่างโมดูลมีความเร็วสูงขึ้น เครือข่ายควบคุมประกอบด้วยตัวรับและตัวส่งสัญญาณสำหรับการส่งข้อมูลจากโฮสต์ไปยังตัวควบคุม และการเชื่อมโยงระหว่างคอมพิวเตอร์

มีการใช้งานเครือข่ายและโปรโตคอล หลายประเภท ในรถยนต์โดยผู้ผลิตหลายราย บริษัทหลายแห่งกำลังสนับสนุนให้มีการกำหนดมาตรฐานโปรโตคอลการสื่อสาร แต่ยังไม่มีข้อสรุปที่แน่ชัด

โปรโตคอลที่ใช้กันทั่วไปสำหรับรถโดยสาร ได้แก่:

• A²B - (Automotive Audio Bus) โปรโตคอลการกระจายเสียงที่พัฒนาโดยAnalog Devices [1]
• เอเอฟดีเอ็กซ์
• ARINC 429
• ไบท์ไฟลท์
• CAN – (Controller Area Network) คือบัสอนุกรมความเร็วต่ำราคาประหยัดสำหรับเชื่อมต่อชิ้นส่วนยานยนต์
• D2B – (Domestic Digital Bus) อินเทอร์เฟซมัลติมีเดียความเร็วสูง
• FlexRay – โปรโตคอลความเร็วสูงอเนกประสงค์ที่มีคุณสมบัติสำคัญด้านความปลอดภัย
• ไอดีบี-1394
• IEBus
• ไอ²ซี
• ISO 9141 -1/-2
• J1708และJ1587
• เจ1850
• J1939และISO 11783 – การปรับใช้ CAN สำหรับยานพาหนะเชิงพาณิชย์ (J1939) และยานพาหนะทางการเกษตร (ISO 11783)
• โปรโตคอลคีย์เวิร์ด 2000 (KWP2000) – โปรโตคอลสำหรับอุปกรณ์วินิจฉัยยานยนต์ (ทำงานได้ทั้งบน สาย อนุกรมหรือผ่าน CAN)
• LIN – (Local Interconnect Network) คือเครือข่ายย่อยภายในรถยนต์ที่มีต้นทุนต่ำมาก
• MOST – (Media Oriented Systems Transport) อินเทอร์เฟซมัลติมีเดียความเร็วสูง
• รถโดยสารอเนกประสงค์ – เป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายการสื่อสารรถไฟ IEC 61375
• สมาร์ทไวร์เอ็กซ์
• เอสพีไอ
• VAN – (เครือข่ายพื้นที่ยานพาหนะ)
• UAVCAN – (Uncomplicated Application-level Vehicular Communication And Networking) ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องบินไฟฟ้า โดรน ดาวเทียม และหุ่นยนต์

ตัวอย่างบางส่วนของการใช้สื่อส่งสัญญาณทางกายภาพในเครือข่ายยานยนต์:

• สายไฟเส้นเดียว
• คู่บิดเกลียว
• ใยแก้วนำแสง
• IEEE 1394 ^{[ 1 ]}
• MIL-STD-1553พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินทางทหาร ปัจจุบันมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในยานอวกาศด้วย นำมาใช้กับMiG- 35 ^{[ 2 ]}
• มาตรฐาน MIL-STD-1773หรือโดยประมาณคือ MIL-STD-1553 ที่ใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสง
• การสื่อสารผ่านสายไฟ[2]

• OBD-2 (16 พิน)

นอกจากนี้ ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่หลายรายยังใช้มาตรฐานบัสยานยนต์ ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเองหรือซ้อนข้อความที่เป็นกรรมสิทธิ์ลงบนโปรโตคอลแบบเปิด เช่น CAN

• J1939 (9 พิน)

รถยนต์เชิงพาณิชย์มีคอนเนคเตอร์ประเภท I หรือประเภท II ที่รองรับการสื่อสารแบบ CAN ตามโปรโตคอล SAE J1939 [3]

• รถโดยสารประจำทาง