導讀

伴隨智能化技術的快速發(fā)展，智能網聯(lián)汽車已成為全球汽車產業(yè)的發(fā)展重點。智能網聯(lián)汽車需要可靠、高帶寬的車載網絡技術及架構來解決大數(shù)據(jù)傳輸問題。車載以太網是一種用以太網連接車內電子單元的新型局域網技術，可以滿足多節(jié)點、高負載和響應快等需求。

智能網聯(lián)汽車是行業(yè)轉型升級的重要技術創(chuàng)新，行業(yè)內各主機廠、產業(yè)鏈內相關企業(yè)均投入了大量的人力與物力進行布局與研究，國外新車紛紛開發(fā)、搭載智能網聯(lián)功能。汽車智能化意味著車輛上有更多的攝像頭、雷達等傳感器及控制器，系統(tǒng)間有著高于傳統(tǒng)汽車上百倍的數(shù)據(jù)需要傳輸，現(xiàn)有車載網絡傳輸帶寬不足的問題凸顯，迫切需要下一代廉價、可靠、高帶寬的車載網絡技術及架構來解決大數(shù)據(jù)傳輸問題。車載以太網是一種用以太網連接車內電子單元的新型局域網技術，車載以太網在單對非屏蔽雙絞線上可實現(xiàn)100Mbit/s甚至1Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時可滿足汽車行業(yè)對高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲及同步實時性等方面的要求。

目前車輛使用的總線技術有CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS及車載以太網等，CAN、LIN傳輸速率較低，LVDS成本高，F(xiàn)lexRay和MOST應用需要加入標準組織且費用高昂，車載以太網性價比較高。其相關特性對比見表1。車載以太網標準已經形成體系，國外車廠已經有車型實現(xiàn)量產，并且寶馬已經采用TSN技術，國內正處于預研和小批量試裝的起步階段，主要集中在以太網的100BASE-T1SOMEIP技術數(shù)據(jù)傳輸和100BASE-TXDOIP技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和診斷刷寫功能，TSN技術還未普及。

表 1 車內常用總線特性對比

車載以太網的意義

目前大部分網絡系統(tǒng)架構多采用集成網關或獨立網關，通過CAN和LIN通信技術與整車各個控制器進行通信，由于零部件控制信號過多，信號周期過快，帶來負載率急劇上升，信號延時增加的問題。同時隨著智能網聯(lián)化的提升，要求整車按照硬件最大化設計，軟件不斷迭代開發(fā)，實現(xiàn)域控制器的功能升級。其中這些零部件內部存儲大量的數(shù)據(jù)、圖片等信息，更新軟件包大。現(xiàn)有CAN總線最高采用500kbit/s速率進行軟件更新，售后軟件更新時間極長。迫切需要高速率、高性價比的以太網通信技術來實現(xiàn)零部件的診斷刷新功能。

以太網技術

1.技術原理概述

車載以太網使用一對非屏蔽雙絞線電纜，實現(xiàn)全雙工傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率可達到100Mbit/s。以太網信號是三電平模擬差分信號。將原始數(shù)據(jù)，經過UDP/TCP、IP等封裝，形成的MAC包，通過MII（MAC與PHY間的數(shù)據(jù)傳輸）接口發(fā)到PHY，在內部經過DAC，將數(shù)字信號調制并轉換成PAM-3調制過的模擬信號放到MDI（兩個車載以太網設備之間數(shù)據(jù)傳輸）差分線上，發(fā)送到對端的PHY。

2.車載以太網網絡架構搭建

基于整車功能需求、功能規(guī)范，進行功能應用場景分析。梳理具體使用以太網傳輸?shù)墓δ芗捌鋺脠鼍埃醪揭?guī)劃采用的協(xié)議架構。針對需要開發(fā)以太網的潛在供應商進行調研，分析供應商開發(fā)能力，現(xiàn)有產品硬件平臺對以太網接口的支持程度，分析現(xiàn)有產品支持的上層協(xié)議棧開發(fā)情況，評估供應商開發(fā)經驗和開發(fā)實力，了解開發(fā)周期和開發(fā)費用。便于輔助以太網協(xié)議框架制定，輔助通信診斷方案確定，同時也為供應商定點提供參考。

圖 網絡協(xié)議架構

3.車載以太網方案

根據(jù)以太網需求分析和供應商調研結果，制定以太網系統(tǒng)的通信診斷方案。如基于實現(xiàn)DoIP的以太網刷寫和診斷的功能要求，確定以太網協(xié)議框架如圖所示，確定整車診斷連接方式、整車診斷接口插接件布置方式、診斷激活方案、診斷設備對車內控制器的診斷方式及以太網網絡拓撲定義等。

4.車載以太網協(xié)議規(guī)范制定

根據(jù)以太網通信診斷協(xié)議要求，編制以太網通信需求規(guī)范。在參考國際標準、行業(yè)標準的基礎上，對現(xiàn)有標準進行全新開發(fā)或適應性裁剪，編制符合量產要求的相關需求方案。例如車載以太網線束設計規(guī)范：包括以太網線束要求、對插件要求、以太網通信線在整車布置中的要求及以太網通信線防護方面的要求等；車載以太網物理層設計規(guī)范：基于IEEE802.3bw等協(xié)議標準，明確接口電路、pin布置及插接件等要求；車載以太網協(xié)議配置設計規(guī)范：考慮IPv4或IPv6的應用，TCP/UDP協(xié)議的適度修改和裁剪；車載以太網網關路由設計規(guī)范：以太網到CAN的路由規(guī)則、路由性能要求；車載以太網DoIP和Bootloader設計規(guī)范：考慮通過網關連接OBD、直接連接、通過LAN訪問等方式接入，不同接入方式下，需要支持的協(xié)議，不同接入方式下，IP、MAC和VLAN的應用要求。

5.車載以太網測試驗證

硬件方面，以集成測試機柜為主，集成Vector工具鏈、以太網協(xié)議測試工具鏈、第三方程控電源、示波器和故障注入板卡等。通過測試機柜，實現(xiàn)測試設備與待測ECU的無縫連接。軟件方面，以通用性測試用例庫為主，結合硬件設備控制庫、測試數(shù)據(jù)分析庫及數(shù)據(jù)庫解析庫等一些系列模塊化開發(fā)腳本庫，實現(xiàn)測試用例管理、車型管理、任務下發(fā)、測試執(zhí)行、數(shù)據(jù)管理分析和測試報告批準等。測試實施包括部件測試、系統(tǒng)集成測試及整車測試，相應的測試內容見表2。

表 2 以太網測試

總結

綜上所述，基于需求制定網絡架構、確定網絡通信協(xié)議框架，研究對應的標準協(xié)議以及相應測試驗證方法，可逐步構建車載以太網技術。從而提升網絡帶寬，優(yōu)化網絡架構，適應智能網聯(lián)帶來的多節(jié)點、高負載及響應快等需求。以太網技術是踐行技術領先化、開發(fā)迭代化、產品平臺化及品牌向上化的重要體現(xiàn)，能夠全面推動自動駕駛技術研發(fā)及應用，有效地支撐智能網聯(lián)技術的發(fā)展。

審核編輯：湯梓紅