本文要點

汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括本地互連網(wǎng)絡(luò) (LIN)、控制器局域網(wǎng)絡(luò) (CAN)、面向媒體的系統(tǒng)傳輸 (MOST) 和 FlexRay 等。

通過一根非屏蔽雙絞線 (UTP)，車載以太網(wǎng)為汽車提供了一種經(jīng)濟高效的輕量化通信解決方案。

車載通信網(wǎng)絡(luò)中使用了很多成束的電纜，易產(chǎn)生串擾。

自動駕駛汽車是汽車行業(yè)的未來。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全連接，汽車行業(yè)使用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。車載以太網(wǎng)是車載信息娛樂、故障診斷和遠程傳感器連接的必要組成部分。與控制器局域網(wǎng)絡(luò) (controller area networks, CAN) 或 FlexRay 等常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比，車載以太網(wǎng)具有更多優(yōu)勢。對于車載以太網(wǎng)而言，網(wǎng)絡(luò)中的串擾也相對較少。本文將討論汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和影響車載網(wǎng)絡(luò)的串擾問題。

車載網(wǎng)絡(luò)的重要性日益凸顯

傳統(tǒng)燃油汽車正在被自動駕駛汽車所取代。事實上，自動駕駛汽車的市場需求非常強勁，以至于大多數(shù)主流車企都開始生產(chǎn)自動駕駛汽車。自動駕駛汽車的運行依賴電子系統(tǒng)，而不是機械或液壓系統(tǒng)。它使用的電子控制單元 (ECU) 在尺寸、重量和可靠性方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的電子控制單元。

自動駕駛汽車的電子控制單元是模塊化的獨立單元，可相互通信并與中央系統(tǒng)通信。與現(xiàn)有的駕駛安全解決方案相比，車載網(wǎng)絡(luò)需要能夠以更快的速度和更低的延遲傳輸數(shù)據(jù)，還要能夠以更大的帶寬處理大量數(shù)據(jù)。目前，車載網(wǎng)絡(luò)有幾種不同的協(xié)議。我們將在下一節(jié)討論其中的幾種。

車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括本地互連網(wǎng)絡(luò) (LIN)、控制器局域網(wǎng)絡(luò) (CAN)、面向媒體的系統(tǒng)傳輸 (MOST) 和 FlexRay 等。

本地互連網(wǎng)絡(luò) (LIN)

LIN 是一種串行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于汽車中各種組件之間的通信。這是一種低成本的網(wǎng)絡(luò)標準，可在汽車中提供低端多路復用通信。LIN 總線采用指令器/應(yīng)答器方式進行通信，只需使用一根線纜即可實現(xiàn)。

控制器局域網(wǎng)(CAN)

CAN 是一種平衡差分雙線串行通信協(xié)議，可滿足車載網(wǎng)絡(luò)的高帶寬需求。CAN 支持自動駕駛汽車的電子控制單元無縫共享控制數(shù)據(jù)。這是一種基于優(yōu)先順序驅(qū)動的通信協(xié)議。

面向媒體的系統(tǒng)傳輸 (Media-Oriented System Transport , MOST)

這是一種用于汽車的高速多媒體網(wǎng)絡(luò)，可在汽車部件內(nèi)分發(fā)信息。MOST 總線使用光纖鏈路作為主要通信介質(zhì)。

FlexRay

FlexRay 是一種串行通信協(xié)議，可為汽車安全攸關(guān)系統(tǒng)和自適應(yīng)巡航控制提供可靠的通信。FlexRay 的部分優(yōu)勢包括數(shù)據(jù)傳輸速度快、數(shù)據(jù)傳輸能力強和時間觸發(fā)通信。

車載以太網(wǎng)

前文提到的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并不能滿足汽車的所有需求。當今的汽車需要實現(xiàn)車對萬物 (vehicle-to-everything，V2X) 的連接能力以及更大的帶寬。車載以太網(wǎng)協(xié)議可滿足汽車聯(lián)網(wǎng)需求，因而被汽車行業(yè)廣泛采用。車載以太網(wǎng)是一種快速的四線標準通信協(xié)議，可為車載系統(tǒng)提供保護。通過一根非屏蔽雙絞線 (UTP)，車載以太網(wǎng)為汽車提供了一種經(jīng)濟高效的輕量化通信解決方案。

車載網(wǎng)絡(luò)中的串擾問題

汽車高速通信總線的設(shè)計使其能夠在惡劣的電磁環(huán)境中工作。車載網(wǎng)絡(luò)的輻射不應(yīng)干擾車載或非車載設(shè)備。此外，車載網(wǎng)絡(luò)還不應(yīng)受到外部噪聲的影響。如果車載數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)容易受到電磁問題的影響，就會降低汽車的安全性和可靠性。

綜合考慮所有這些方面，電磁兼容性成為車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的重中之重。為了確保電磁兼容性，要在汽車電氣和電子結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入電磁干擾限制。

車載網(wǎng)絡(luò)中的串擾是常見的故障模式之一。串擾是一種不良現(xiàn)象，會影響到車輛的安全。串擾現(xiàn)象會導致汽車通信總線中的一條線路與另一條線路產(chǎn)生不必要的能量耦合，并降低汽車數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的信號完整性。

汽車通信網(wǎng)絡(luò)中使用的電纜線束會產(chǎn)生串擾，表現(xiàn)為以 dB 值表示的外部串音或功率和外部近端串音。數(shù)據(jù)通信線束中的多對電纜會削弱車載網(wǎng)絡(luò)的抗串擾能力。而作為最常見的以太網(wǎng)電纜類型，單根的雙絞線電纜有助于降低串擾的影響。

對于在自動駕駛汽車中建立通信的網(wǎng)絡(luò)，串擾會嚴重影響汽車電氣和電子結(jié)構(gòu)的功能。與其他通信協(xié)議相比，車載以太網(wǎng)具有更好的性能、信號完整性和抗串擾能力同的電纜長度、屏蔽與非屏蔽的效果對比，老化以及針對車載以太網(wǎng) 100Base-T1 PHY 的合規(guī)性檢查。