導(dǎo)讀

伴隨智能化技術(shù)的快速發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)已成為全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)需要可靠、高帶寬的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及架構(gòu)來(lái)解決大數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。車(chē)載以太網(wǎng)是一種用以太網(wǎng)連接車(chē)內(nèi)電子單元的新型局域網(wǎng)技術(shù)，可以滿足多節(jié)點(diǎn)、高負(fù)載和響應(yīng)快等需求。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)是行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要技術(shù)創(chuàng)新，行業(yè)內(nèi)各主機(jī)廠、產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)相關(guān)企業(yè)均投入了大量的人力與物力進(jìn)行布局與研究，國(guó)外新車(chē)紛紛開(kāi)發(fā)、搭載智能網(wǎng)聯(lián)功能。汽車(chē)智能化意味著車(chē)輛上有更多的攝像頭、雷達(dá)等傳感器及控制器，系統(tǒng)間有著高于傳統(tǒng)汽車(chē)上百倍的數(shù)據(jù)需要傳輸，現(xiàn)有車(chē)載網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬不足的問(wèn)題凸顯，迫切需要下一代廉價(jià)、可靠、高帶寬的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及架構(gòu)來(lái)解決大數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。車(chē)載以太網(wǎng)是一種用以太網(wǎng)連接車(chē)內(nèi)電子單元的新型局域網(wǎng)技術(shù)，車(chē)載以太網(wǎng)在單對(duì)非屏蔽雙絞線上可實(shí)現(xiàn)100Mbit/s甚至1Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)可滿足汽車(chē)行業(yè)對(duì)高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲及同步實(shí)時(shí)性等方面的要求。

目前車(chē)輛使用的總線技術(shù)有CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS及車(chē)載以太網(wǎng)等，CAN、LIN傳輸速率較低，LVDS成本高，F(xiàn)lexRay和MOST應(yīng)用需要加入標(biāo)準(zhǔn)組織且費(fèi)用高昂，車(chē)載以太網(wǎng)性價(jià)比較高。其相關(guān)特性對(duì)比見(jiàn)表1。車(chē)載以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成體系，國(guó)外車(chē)廠已經(jīng)有車(chē)型實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并且寶馬已經(jīng)采用TSN技術(shù)，國(guó)內(nèi)正處于預(yù)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(shù)數(shù)據(jù)傳輸和100BASE-TXDOIP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和診斷刷寫(xiě)功能，TSN技術(shù)還未普及。

表 1 車(chē)內(nèi)常用總線特性對(duì)比

車(chē)載以太網(wǎng)的意義

目前大部分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)多采用集成網(wǎng)關(guān)或獨(dú)立網(wǎng)關(guān)，通過(guò)CAN和LIN通信技術(shù)與整車(chē)各個(gè)控制器進(jìn)行通信，由于零部件控制信號(hào)過(guò)多，信號(hào)周期過(guò)快，帶來(lái)負(fù)載率急劇上升，信號(hào)延時(shí)增加的問(wèn)題。同時(shí)隨著智能網(wǎng)聯(lián)化的提升，要求整車(chē)按照硬件最大化設(shè)計(jì)，軟件不斷迭代開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)域控制器的功能升級(jí)。其中這些零部件內(nèi)部存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)、圖片等信息，更新軟件包大?，F(xiàn)有CAN總線最高采用500kbit/s速率進(jìn)行軟件更新，售后軟件更新時(shí)間極長(zhǎng)。迫切需要高速率、高性價(jià)比的以太網(wǎng)通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)零部件的診斷刷新功能。

以太網(wǎng)技術(shù)

1.技術(shù)原理概述

車(chē)載以太網(wǎng)使用一對(duì)非屏蔽雙絞線電纜，實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到100Mbit/s。以太網(wǎng)信號(hào)是三電平模擬差分信號(hào)。將原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)UDP/TCP、IP等封裝，形成的MAC包，通過(guò)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(guò)DAC，將數(shù)字信號(hào)調(diào)制并轉(zhuǎn)換成PAM-3調(diào)制過(guò)的模擬信號(hào)放到MDI（兩個(gè)車(chē)載以太網(wǎng)設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸）差分線上，發(fā)送到對(duì)端的PHY。

2.車(chē)載以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建

基于整車(chē)功能需求、功能規(guī)范，進(jìn)行功能應(yīng)用場(chǎng)景分析。梳理具體使用以太網(wǎng)傳輸?shù)墓δ芗捌鋺?yīng)用場(chǎng)景，初步規(guī)劃采用的協(xié)議架構(gòu)。針對(duì)需要開(kāi)發(fā)以太網(wǎng)的潛在供應(yīng)商進(jìn)行調(diào)研，分析供應(yīng)商開(kāi)發(fā)能力，現(xiàn)有產(chǎn)品硬件平臺(tái)對(duì)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(kāi)發(fā)情況，評(píng)估供應(yīng)商開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)實(shí)力，了解開(kāi)發(fā)周期和開(kāi)發(fā)費(fèi)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(shí)也為供應(yīng)商定點(diǎn)提供參考。

圖 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)

3.車(chē)載以太網(wǎng)方案

根據(jù)以太網(wǎng)需求分析和供應(yīng)商調(diào)研結(jié)果，制定以太網(wǎng)系統(tǒng)的通信診斷方案。如基于實(shí)現(xiàn)DoIP的以太網(wǎng)刷寫(xiě)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(chē)診斷連接方式、整車(chē)診斷接口插接件布置方式、診斷激活方案、診斷設(shè)備對(duì)車(chē)內(nèi)控制器的診斷方式及以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠x等。

4.車(chē)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全新開(kāi)發(fā)或適應(yīng)性裁剪，編制符合量產(chǎn)要求的相關(guān)需求方案。例如車(chē)載以太網(wǎng)線束設(shè)計(jì)規(guī)范：包括以太網(wǎng)線束要求、對(duì)插件要求、以太網(wǎng)通信線在整車(chē)布置中的要求及以太網(wǎng)通信線防護(hù)方面的要求等；車(chē)載以太網(wǎng)物理層設(shè)計(jì)規(guī)范：基于IEEE802.3bw等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，明確接口電路、pin布置及插接件等要求；車(chē)載以太網(wǎng)協(xié)議配置設(shè)計(jì)規(guī)范：考慮IPv4或IPv6的應(yīng)用，TCP/UDP協(xié)議的適度修改和裁剪；車(chē)載以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)路由設(shè)計(jì)規(guī)范：以太網(wǎng)到CAN的路由規(guī)則、路由性能要求；車(chē)載以太網(wǎng)DoIP和Bootloader設(shè)計(jì)規(guī)范：考慮通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接OBD、直接連接、通過(guò)LAN訪問(wèn)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(yīng)用要求。

5.車(chē)載以太網(wǎng)測(cè)試驗(yàn)證

硬件方面，以集成測(cè)試機(jī)柜為主，集成Vector工具鏈、以太網(wǎng)協(xié)議測(cè)試工具鏈、第三方程控電源、示波器和故障注入板卡等。通過(guò)測(cè)試機(jī)柜，實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備與待測(cè)ECU的無(wú)縫連接。軟件方面，以通用性測(cè)試用例庫(kù)為主，結(jié)合硬件設(shè)備控制庫(kù)、測(cè)試數(shù)據(jù)分析庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)解析庫(kù)等一些系列模塊化開(kāi)發(fā)腳本庫(kù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試用例管理、車(chē)型管理、任務(wù)下發(fā)、測(cè)試執(zhí)行、數(shù)據(jù)管理分析和測(cè)試報(bào)告批準(zhǔn)等。測(cè)試實(shí)施包括部件測(cè)試、系統(tǒng)集成測(cè)試及整車(chē)測(cè)試，相應(yīng)的測(cè)試內(nèi)容見(jiàn)表2。

表 2 以太網(wǎng)測(cè)試

總結(jié)

綜上所述，基于需求制定網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、確定網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議框架，研究對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議以及相應(yīng)測(cè)試驗(yàn)證方法，可逐步構(gòu)建車(chē)載以太網(wǎng)技術(shù)。從而提升網(wǎng)絡(luò)帶寬，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，適應(yīng)智能網(wǎng)聯(lián)帶來(lái)的多節(jié)點(diǎn)、高負(fù)載及響應(yīng)快等需求。以太網(wǎng)技術(shù)是踐行技術(shù)領(lǐng)先化、開(kāi)發(fā)迭代化、產(chǎn)品平臺(tái)化及品牌向上化的重要體現(xiàn)，能夠全面推動(dòng)自動(dòng)駕駛技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用，有效地支撐智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。

審核編輯：湯梓紅