導讀

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

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是行業(yè)轉型升級的重要技術創(chuàng)新，行業(yè)內(nèi)各主機廠、產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡技術及架構來解決大數(shù)據(jù)傳輸問題。車載以太網(wǎng)是一種用以太網(wǎng)連接車內(nèi)電子單元的新型局域網(wǎng)技術，車載以太網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)性價比較高。其相關特性對比見表1。車載以太網(wǎng)標準已經(jīng)形成體系，國外車廠已經(jīng)有車型實現(xiàn)量產(chǎn)，并且寶馬已經(jīng)采用TSN技術，國內(nèi)正處于預研和小批量試裝的起步階段，主要集中在以太網(wǎng)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(nèi)常用總線特性對比

車載以太網(wǎng)的意義

目前大部分網(wǎng)絡系統(tǒng)架構多采用集成網(wǎng)關或獨立網(wǎng)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(wǎng)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(nèi)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(wǎng)通信技術來實現(xiàn)零部件的診斷刷新功能。

以太網(wǎng)技術

1.技術原理概述

車載以太網(wǎng)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(wǎng)信號是三電平模擬差分信號。將原始數(shù)據(jù)，經(jīng)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(nèi)部經(jīng)過DAC，將數(shù)字信號調(diào)制并轉換成PAM-3調(diào)制過的模擬信號放到MDI（兩個車載以太網(wǎng)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(wǎng)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的潛在供應商進行調(diào)研，分析供應商開發(fā)能力，現(xiàn)有產(chǎn)品硬件平臺對以太網(wǎng)接口的支持程度，分析現(xiàn)有產(chǎn)品支持的上層協(xié)議棧開發(fā)情況，評估供應商開發(fā)經(jīng)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(wǎng)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(wǎng)絡協(xié)議架構

3.車載以太網(wǎng)方案

根據(jù)以太網(wǎng)需求分析和供應商調(diào)研結果，制定以太網(wǎng)系統(tǒng)的通信診斷方案。如基于實現(xiàn)DoIP的以太網(wǎng)刷寫和診斷的功能要求，確定以太網(wǎng)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(nèi)控制器的診斷方式及以太網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲定義等。

4.車載以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)范制定

根據(jù)以太網(wǎng)通信診斷協(xié)議要求，編制以太網(wǎng)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(chǎn)要求的相關需求方案。例如車載以太網(wǎng)線束設計規(guī)范：包括以太網(wǎng)線束要求、對插件要求、以太網(wǎng)通信線在整車布置中的要求及以太網(wǎng)通信線防護方面的要求等；車載以太網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)網(wǎng)關路由設計規(guī)范：以太網(wǎng)到CAN的路由規(guī)則、路由性能要求；車載以太網(wǎng)DoIP和Bootloader設計規(guī)范：考慮通過網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(nèi)容見表2。

表 2 以太網(wǎng)測試

總結

綜上所述，基于需求制定網(wǎng)絡架構、確定網(wǎng)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(wǎng)技術。從而提升網(wǎng)絡帶寬，優(yōu)化網(wǎng)絡架構，適應智能網(wǎng)聯(lián)帶來的多節(jié)點、高負載及響應快等需求。以太網(wǎng)技術是踐行技術領先化、開發(fā)迭代化、產(chǎn)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(wǎng)聯(lián)技術的發(fā)展。

審核編輯：湯梓紅