车载通信发展史:从传统车载网络到车载以太网

谈思实验室 2024-06-14 18:13

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前言

在汽车智能化、网联化的大背景下,ADAS技术的不断革新、车载多媒体持续推进、各种智能化功能的推陈出新以及大数据、云计算等一系列技术的发展,极大推进了车载网络容量需求的爆发式发展。CAN或FlexRay等传统车载网络已经逐渐无法满足新需求,车载以太网应运而生。

02

传统车载网络介绍

当前主流的传统车载网络主要包括CAN、LIN、FlexRay和MOST。

CAN: Controller Area Network

一种用于实时应用的串行通讯协议总线,它可以使用双绞线来传输信号,是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信,以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN主要用于车上控制数据传输,是现役车载网络应用最为广泛的标准,最大传输速度为1Mb/s。

LIN: Local Interconnect Network

一种低成本的串行通讯网络,用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN 的目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能,因此LIN总线是一种辅助的总线网络。它主要用于对网络的带宽、性能或容错功能要求较低的汽车功能模块,如车窗、天窗、座椅控制等,最大传输速度为20 Kb/s。

FlexRay

继CAN和LIN之后的新一代汽车控制总线技术,是一种用于汽车的高速、可确定性的,具备故障容错能力的总线技术,它将事件触发和时间触发两种方式相结合,具有高效的网络利用率和系统灵活性特点,可以作为新一代汽车内部网络的主干网络。和CAN/LIN同属于共享式总线技术,带宽可达100Mbps,主要用于中高端车中的线控系统(如悬架控制、变速箱控制、制动器控制等)、汽车的动力总成系统和主动安全系统等。

MOST: Media Oriented System Transport

MOST总线是作为宝马公司、戴姆勒克莱斯勒(DaimlerChrysler)公司、Harman/Becker公司(音响系统制造商)和 Oasis Silicon Systems公司之间的一项联合。其后不久(1998年),参与各方建立了一个自主的实体,即MOST公司,由它控制总线的定义工作。MOST总线采用光纤作为物理层的传输介质,专门用于满足要求严格的车载环境,在车载多媒体数据传输应用较多。

传统车载网络对比表:

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车载以太网介绍

车载以太网是一种用以太网连接车内电子单元的新型局域网技术,沿用了消费领域以太网技术的成熟体系结构和优势,比如带宽高、扩展性强、技术成熟、低成本等,针对汽车环境进行了特殊的优化和适应。与普通的以太网使用4对非屏蔽双绞线(UTP)电缆不同,车载以太网在单对非屏蔽双绞线上可实现100 Mbit/s甚至1 Gbit/s的数据传输速率,满足了汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟以及同步实时性等方面的要求。应用场景包括高质量的车载多媒体系统、汽车诊断与维护、智能驾驶、车内通信、远程控制等。

优势:

低成本下的高带宽:

传统CAN通信速率是1Mb/s,Flexray可以到达10Mb/s,车载以太网从100Mb/s起步,向上发展可到5Gb/s甚至更高。车载以太网可用单对的非屏蔽双绞线进行信号传输,在满足高带宽传输的同时,减轻电缆重量,降低连接成本。基于星型的拓扑结构,随着趋势的发展,成本会越来越低。

成熟丰富的通信协议:

传统车载网络支持的通信协议都较为单一,而以太网技术发展悠久,其网络技术都是现成可供使用的协议,车载以太网可以同时支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP等多种协议或应用形式,车载应用只需针对不同层次的协议作少量适配即可应用。

易平台化:

以太网技术着重分层思想,例如底层使用百兆以太网还是千兆以太网,并不影响其上层的TCP协议,这就为平台化提供了良好的土壤。高端车型和入门车型可以方便的在某一层替换,而不影响其他层的应用。

可靠性高:

在传输过程中具有高速和高可靠性,能够满足汽车行业对可靠性的要求。

挑战:

各类标准的完善、市场上各类配套开发以及测试技术的提升都还有很长的一段路需要走,且相关开发工具、配套测试装备的相对匮乏也将成为现阶段车载以太网推进的最大难题。此外,车载以太网的引入,将给汽车带来新的数据信息安全风险,相关应对措施也值得开发人员的思考。

04

总结

随着智能汽车的发展,相信车载以太网将会更加广泛地应用。车载以太网或许不会彻底颠覆传统的车载网络,传统车载网络不仅价格低廉、久经考验而且性能稳定,尤其是CAN、LIN,这两种网络在许多方面还保持着对以太网的优势。汽车电子元件多元化也意味网络模式的多元化。以太网的目标不是去颠覆原本没有问题的地方,而是填补新形势下的需求空白。

来源:汽车以太网技术研究实验室

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