以太網技術在汽車通信中的應用

閆春輝 安廣生

摘要：以太網技術在汽車通信中的應用范圍越來越廣泛，已經成為整車通信的主要方式，而且能夠顯著提升汽車通信的穩定性、可靠性和通信效率。通過對汽車通信技術的發展以及以太網技術的研究應用情況進行研究，可以為汽車通信系統設計提供參考，也能夠在一定程度上促進以太網技術在汽車通信領域的應用推廣。

關鍵詞：以太網技術；汽車通信；應用

1 汽車通信技術的發展

1.1 早期汽車車載通信技術

汽車車找通信技術是汽車內部 電子系統采取的信息通信和交互方式。在上世紀九十年代及以前，車載通信主要采用點對點的通信方式。但隨著汽車電子零件數量的快速增加，汽車功能越來越復雜，對車截通信的要求也越來越高。簡單的點對點通信無法適應汽車車載通信技術的發展需要。在上世紀九十年代前后，汽車串行總線通信技術得到研究與應用，于1987年時推出了第一個CAN總線控制芯片，并于1991年時推出CAN2.0規范，率先在Benzs系列汽車.上得到搭載。自此以后，CAN總線通信技術在很長一段時間內成為汽車車載通信的主流技術，吊、寶馬、沃爾沃、大眾等汽車品牌均安裝了總線通信系統"。

1.2 車載以太網的演進

隨著技術的發展及用戶對汽車性能要求的提高，車載電子系統數量及復雜性在增加，需要的帶寬也隨之大幅增加；汽車智能網聯化的發展，高清攝像頭、雷達等智能傳感器系統由于信息傳遞量的增大對傳遞的速度有很高的要求，憑借目前的車載通信方式CAN、LIN、MOST、FlexRay總線是很難承載的，車載以太網可提供高帶寬、高速率、大信息量的傳輸性能來滿足其信息傳遞的需求。在汽車行業，以太網以新型網絡的姿態介入汽車網絡當然無法一蹴而就，在短期內是無法取代現有的車載網絡，因此以太網在進入汽車網絡時考慮分階段、從子系統開始逐步深入，并最終統和汽車網絡的演進過程。

（1）第一階段：子系統級別

單獨在某個子系統使用以太網，這一階段的衍生產品目前已經在整車上實施，如基于 DoIP 標準的 OBD 診斷設備；或已有示例應用，如使用 IP 攝像頭的駕駛輔助系統。

（2）第二階段：架構級別

將幾個子系統功能整合，形成一個擁有功能集合的小系統，如圖 1 給出的第二階段的車載以太網，將多媒體，駕駛輔助和診斷界面結合在一起，融合了傳感器、全景攝像頭及雷達等多種數據。因為可以保證更高的帶寬和更低的延遲，在涉及安全方面的應用，攝像頭可以使用更高分辨率的未壓縮的數據傳輸，從而避免如壓縮失真等導致障礙物檢測失敗的問題。

（3）第三階段：域級別

前兩個階段專注于一個特定的應用領域，第三階段使用以太網為車載網絡骨干，集成動力總成、底盤、車身、多媒體、輔助駕駛，真正形成一個域級別的汽車網絡。這種網絡架構引入了一個新問題：如何組織ECU和網絡管理者之間的通信，不可否認的是，這種分層式的架構會造成控制器通過以太網骨干網和交換機通訊時所需的軟件內容增加。有研究預計，有望在2020年成為主要的汽車網絡技術，預計到2025年可能更換所有其他的車載網絡。車載以太網域級別架構如圖2所示。

2 以太網技術在汽車通信中的具體應用

2.1 OPENAllianceSIG聯盟與Broad-Reach技術標準

為促進以太網技術在汽車通信領域的應用，實現以太網技術的標準化建設目標，許多芯片廠商和汽車生產廠商組成聯盟，從；事汽車以太網技術標準研究工作。其中具有代表性的是OPENAllianceSIG聯盟和AVNU聯盟。OPENAllianceSIG聯盟是由Broadcom公司組織成立的以太網聯盟，其目的是促使以太網連接成為一種汽車網絡標準應用方式。該聯盟主要以BroadR-Reach作為技術開發標準，聯盟核心成員為寶馬、飛思卡爾、博通、哈曼等汽車廠商以及其他芯片、零部件制造廠商。BroadR-Reach技術主要采用I對非屏蔽雙絞線，實現百兆以太網全雙工功能，其有效通信距離超過15m。該技術與傳統百兆以太網技術不同，由于借鑒了千兆以太網技術，并采用與傳統以太網相同的接口，使.其功能性能得到顯著提升，能夠為通信效率及可靠性提供保障。BroadR-Reach技術采用特定物理編碼子層和物理媒體層，使用4B3B和3B2T編碼方式，MMI到PAM-3的編碼過程如圖1所示。

2.2 AVNU聯盟與AVB/TSN以太網標準

AVNU聯盟關于以太網技術的研究則側重與以太網技術在汽車專業音煩和視頻市場的引入，其主要成員包括英特爾、哈曼、，博通、思科等。通過采用面向LAN橋接的IEEE標準，實現了以太網媒體功能的擴展。AVNU聯盟在引入以太網技術的過程中，根據汽車的實際應用特點對其進行了改進，并制定了以太網標準協議。由AVNU聯盟制定和推廣的以太網標準協議為AVB/TSN標準。該標準由兩部分組成，即AVB標準和TSN標準，其中，AVB標準以完成編制，而TSN標準則仍在修訂過程中。AVB標準主要包含IEEE1722標準、802.1AS標準等，通過建立音頻、視頓傳輸機制，實現AVB系統時鐘同步功能，使以太網技術能夠應用與車載影音娛樂系統。TSN標準的構建目標則是提供一種更加可靠的數據傳輸機制，其主要應用目標是主動駕駛和輔助駕駛安全系統。

3結語

隨著汽車日益智能化和聯網化，汽車電子也將更為復雜化，其對帶寬的需求也日益增強。車載以太網基于目前已經非常成熟的以太網技術，可以很好地滿足汽車電子的新需求并為其提供可靠、成熟、低價和標準化的解決方案，未來在車內具有廣闊的發展空間。由于篇幅所限，本篇涉及到一一些技術和標準化內容未能過多展開。

參考文獻：

[1]郭麗麗，菅少鵬，陳新，等.智能網聯汽車網絡架構方案研究[J].汽車科技，2017，（3）：34-38.doi：10.3969/j.issn.1005-2550.2017.03.006.

（作者單位：北汽新能源）

第一作者簡介：閆春輝；男；漢；吉林省通化市；大學本科；初級工程師；研究方向：汽車總線開發。