以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信中的應(yīng)用

閆春輝 安廣生

摘要：以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，已經(jīng)成為整車通信的主要方式，而且能夠顯著提升汽車通信的穩(wěn)定性、可靠性和通信效率。通過對汽車通信技術(shù)的發(fā)展以及以太網(wǎng)技術(shù)的研究應(yīng)用情況進(jìn)行研究，可以為汽車通信系統(tǒng)設(shè)計提供參考，也能夠在一定程度上促進(jìn)以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)技術(shù)；汽車通信；應(yīng)用

1 汽車通信技術(shù)的發(fā)展

1.1 早期汽車車載通信技術(shù)

汽車車找通信技術(shù)是汽車內(nèi)部 電子系統(tǒng)采取的信息通信和交互方式。在上世紀(jì)九十年代及以前，車載通信主要采用點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式。但隨著汽車電子零件數(shù)量的快速增加，汽車功能越來越復(fù)雜，對車截通信的要求也越來越高。簡單的點(diǎn)對點(diǎn)通信無法適應(yīng)汽車車載通信技術(shù)的發(fā)展需要。在上世紀(jì)九十年代前后，汽車串行總線通信技術(shù)得到研究與應(yīng)用，于1987年時推出了第一個CAN總線控制芯片，并于1991年時推出CAN2.0規(guī)范，率先在Benzs系列汽車.上得到搭載。自此以后，CAN總線通信技術(shù)在很長一段時間內(nèi)成為汽車車載通信的主流技術(shù)，吊、寶馬、沃爾沃、大眾等汽車品牌均安裝了總線通信系統(tǒng)"。

1.2 車載以太網(wǎng)的演進(jìn)

隨著技術(shù)的發(fā)展及用戶對汽車性能要求的提高，車載電子系統(tǒng)數(shù)量及復(fù)雜性在增加，需要的帶寬也隨之大幅增加；汽車智能網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，高清攝像頭、雷達(dá)等智能傳感器系統(tǒng)由于信息傳遞量的增大對傳遞的速度有很高的要求，憑借目前的車載通信方式CAN、LIN、MOST、FlexRay總線是很難承載的，車載以太網(wǎng)可提供高帶寬、高速率、大信息量的傳輸性能來滿足其信息傳遞的需求。在汽車行業(yè)，以太網(wǎng)以新型網(wǎng)絡(luò)的姿態(tài)介入汽車網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然無法一蹴而就，在短期內(nèi)是無法取代現(xiàn)有的車載網(wǎng)絡(luò)，因此以太網(wǎng)在進(jìn)入汽車網(wǎng)絡(luò)時考慮分階段、從子系統(tǒng)開始逐步深入，并最終統(tǒng)和汽車網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過程。

（1）第一階段：子系統(tǒng)級別

單獨(dú)在某個子系統(tǒng)使用以太網(wǎng)，這一階段的衍生產(chǎn)品目前已經(jīng)在整車上實(shí)施，如基于 DoIP 標(biāo)準(zhǔn)的 OBD 診斷設(shè)備；或已有示例應(yīng)用，如使用 IP 攝像頭的駕駛輔助系統(tǒng)。

（2）第二階段：架構(gòu)級別

將幾個子系統(tǒng)功能整合，形成一個擁有功能集合的小系統(tǒng)，如圖 1 給出的第二階段的車載以太網(wǎng)，將多媒體，駕駛輔助和診斷界面結(jié)合在一起，融合了傳感器、全景攝像頭及雷達(dá)等多種數(shù)據(jù)。因?yàn)榭梢员ＷC更高的帶寬和更低的延遲，在涉及安全方面的應(yīng)用，攝像頭可以使用更高分辨率的未壓縮的數(shù)據(jù)傳輸，從而避免如壓縮失真等導(dǎo)致障礙物檢測失敗的問題。

（3）第三階段：域級別

前兩個階段專注于一個特定的應(yīng)用領(lǐng)域，第三階段使用以太網(wǎng)為車載網(wǎng)絡(luò)骨干，集成動力總成、底盤、車身、多媒體、輔助駕駛，真正形成一個域級別的汽車網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)引入了一個新問題：如何組織ECU和網(wǎng)絡(luò)管理者之間的通信，不可否認(rèn)的是，這種分層式的架構(gòu)會造成控制器通過以太網(wǎng)骨干網(wǎng)和交換機(jī)通訊時所需的軟件內(nèi)容增加。有研究預(yù)計，有望在2020年成為主要的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，預(yù)計到2025年可能更換所有其他的車載網(wǎng)絡(luò)。車載以太網(wǎng)域級別架構(gòu)如圖2所示。

2 以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信中的具體應(yīng)用

2.1 OPENAllianceSIG聯(lián)盟與Broad-Reach技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

為促進(jìn)以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)目標(biāo)，許多芯片廠商和汽車生產(chǎn)廠商組成聯(lián)盟，從；事汽車以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究工作。其中具有代表性的是OPENAllianceSIG聯(lián)盟和AVNU聯(lián)盟。OPENAllianceSIG聯(lián)盟是由Broadcom公司組織成立的以太網(wǎng)聯(lián)盟，其目的是促使以太網(wǎng)連接成為一種汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用方式。該聯(lián)盟主要以BroadR-Reach作為技術(shù)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)盟核心成員為寶馬、飛思卡爾、博通、哈曼等汽車廠商以及其他芯片、零部件制造廠商。BroadR-Reach技術(shù)主要采用I對非屏蔽雙絞線，實(shí)現(xiàn)百兆以太網(wǎng)全雙工功能，其有效通信距離超過15m。該技術(shù)與傳統(tǒng)百兆以太網(wǎng)技術(shù)不同，由于借鑒了千兆以太網(wǎng)技術(shù)，并采用與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相同的接口，使.其功能性能得到顯著提升，能夠?yàn)橥ㄐ判始翱煽啃蕴峁┍Ｕ?。BroadR-Reach技術(shù)采用特定物理編碼子層和物理媒體層，使用4B3B和3B2T編碼方式，MMI到PAM-3的編碼過程如圖1所示。

2.2 AVNU聯(lián)盟與AVB/TSN以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

AVNU聯(lián)盟關(guān)于以太網(wǎng)技術(shù)的研究則側(cè)重與以太網(wǎng)技術(shù)在汽車專業(yè)音煩和視頻市場的引入，其主要成員包括英特爾、哈曼、，博通、思科等。通過采用面向LAN橋接的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)媒體功能的擴(kuò)展。AVNU聯(lián)盟在引入以太網(wǎng)技術(shù)的過程中，根據(jù)汽車的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)對其進(jìn)行了改進(jìn)，并制定了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。由AVNU聯(lián)盟制定和推廣的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為AVB/TSN標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)由兩部分組成，即AVB標(biāo)準(zhǔn)和TSN標(biāo)準(zhǔn)，其中，AVB標(biāo)準(zhǔn)以完成編制，而TSN標(biāo)準(zhǔn)則仍在修訂過程中。AVB標(biāo)準(zhǔn)主要包含IEEE1722標(biāo)準(zhǔn)、802.1AS標(biāo)準(zhǔn)等，通過建立音頻、視頓傳輸機(jī)制，實(shí)現(xiàn)AVB系統(tǒng)時鐘同步功能，使以太網(wǎng)技術(shù)能夠應(yīng)用與車載影音娛樂系統(tǒng)。TSN標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建目標(biāo)則是提供一種更加可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，其主要應(yīng)用目標(biāo)是主動駕駛和輔助駕駛安全系統(tǒng)。

3結(jié)語

隨著汽車日益智能化和聯(lián)網(wǎng)化，汽車電子也將更為復(fù)雜化，其對帶寬的需求也日益增強(qiáng)。車載以太網(wǎng)基于目前已經(jīng)非常成熟的以太網(wǎng)技術(shù)，可以很好地滿足汽車電子的新需求并為其提供可靠、成熟、低價和標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，未來在車內(nèi)具有廣闊的發(fā)展空間。由于篇幅所限，本篇涉及到一一些技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容未能過多展開。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭麗麗，菅少鵬，陳新，等.智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案研究[J].汽車科技，2017，（3）：34-38.doi：10.3969/j.issn.1005-2550.2017.03.006.

（作者單位：北汽新能源）

第一作者簡介：閆春輝；男；漢；吉林省通化市；大學(xué)本科；初級工程師；研究方向：汽車總線開發(fā)。