汽車通信中以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究

蘇志和

（廣州市交通技師學(xué)院，廣東 廣州 510540）

1 汽車通信中以太網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)概述

1.1 車載以太網(wǎng)的含義

所謂車載以太網(wǎng)是指技術(shù)人員根據(jù)汽車內(nèi)部電子元件的結(jié)構(gòu)特征和以太網(wǎng)技術(shù)的安裝需求來實(shí)現(xiàn)各功能模塊的互通互聯(lián)。目前，車載以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，技術(shù)人員可以利用四對(duì)非屏蔽雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能夠達(dá)到100 M/s 甚至更高的信息傳送速度。與傳統(tǒng)的汽車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，車載以太網(wǎng)技術(shù)能夠有效降低功耗，輻射較小，并且穩(wěn)定性更高。

1.2 汽車通信系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

不同類型的汽車系統(tǒng)所使用的通信形式也存在明顯的差異。集中式的娛樂系統(tǒng)需要較高的信息傳送速度，并且要實(shí)現(xiàn)無線傳送。目前應(yīng)用比較頻繁的有MOST 通信協(xié)議，由于MOST 總線是利用塑料光纖進(jìn)行信息傳送，對(duì)光纖的彎曲度有較高的限制，這就影響了該布線方式的應(yīng)用范圍。高安全的線控系統(tǒng)需要對(duì)汽車運(yùn)行過程中產(chǎn)生的物理信息進(jìn)行及時(shí)、精準(zhǔn)的檢測(cè)和控制，通信容錯(cuò)性較低，需要技術(shù)人員利用TTCAN、TTP、FlexRay 等通信協(xié)議進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)[1]。

1.3 車載以太網(wǎng)的主要技術(shù)

1.3.1 物理層PHY

由于車載以太網(wǎng)采用單對(duì)非屏蔽線纜進(jìn)行裝置連接，需要技術(shù)人員對(duì)非屏蔽雙絞線進(jìn)行傳輸距離的設(shè)置，要優(yōu)化車載以太網(wǎng)的EMC 功能設(shè)計(jì)。通常，100兆的車載以太網(wǎng)的PHY 采用了1M 以太網(wǎng)技術(shù)，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)利用回聲抵消來實(shí)現(xiàn)雙向通信。與傳統(tǒng)的干擾器相比，車載以太網(wǎng)數(shù)字處理器能夠更好的實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，頻譜傳輸效率更高。

1.3.2 PoDL 技術(shù)

Poe 技術(shù)于2003 年推出并應(yīng)用，可以通過標(biāo)準(zhǔn)化的以太網(wǎng)線纜進(jìn)行供電，一條電纜可以支持多條線路的供電和數(shù)據(jù)傳輸，能夠有效降低車載線纜的安裝成本。隨后，該領(lǐng)域的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了更加先進(jìn)的PoDL技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)一條線纜對(duì)多組電子單元的供電和數(shù)據(jù)傳輸。

1.3.3 時(shí)間同步技術(shù)

通常，汽車通信系統(tǒng)的某些應(yīng)用需要實(shí)現(xiàn)不同傳感器之間的同步傳輸，因此技術(shù)人員需要在系統(tǒng)調(diào)試階段對(duì)相應(yīng)的傳感器進(jìn)行時(shí)間同步設(shè)置，要提高傳感器的精確程度，達(dá)到亞微秒級(jí)別。車載以太網(wǎng)采用了IEEE802.1AS 的同步定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，能夠快速有效地確定主時(shí)鐘，從而提高信息的傳輸效率[2]。

2 汽車通信中以太網(wǎng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國(guó)汽車行業(yè)利用先進(jìn)的車載以太網(wǎng)技術(shù)來進(jìn)行信息的高速傳輸，并基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。技術(shù)人員可以根據(jù)汽車各類功能系統(tǒng)進(jìn)行信息中心設(shè)置，不斷提升車載以太網(wǎng)的靈活性和功能拓展性，從而提供更加完善的通信技術(shù)支持。

2.1 測(cè)試解決方案

在進(jìn)行車載以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)階段，相關(guān)技術(shù)人員首先需要樹立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)意識(shí)，對(duì)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善的布局規(guī)劃，以全雙工連接為主進(jìn)行交互式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高信息容量，對(duì)汽車運(yùn)行中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行更加精準(zhǔn)的采集和分析。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)積極探索更加科學(xué)的數(shù)據(jù)解決方案，要與系統(tǒng)開發(fā)商進(jìn)行產(chǎn)品的溝通交流，解決由于信息傳輸速率太快而產(chǎn)生的運(yùn)行負(fù)載等問題[3]。

2.2 最小化接口對(duì)性能的影響

與傳統(tǒng)的總線系統(tǒng)相比，車載以太網(wǎng)系需要根據(jù)更高的技術(shù)要求進(jìn)行功能模塊設(shè)計(jì)。技術(shù)人員在初期階段要認(rèn)真分析車載以太網(wǎng)的試運(yùn)行效果，要根據(jù)汽車各部分系統(tǒng)的運(yùn)行特征完善程序設(shè)計(jì)。同時(shí)，要合理選擇汽車通信以太網(wǎng)檢測(cè)工具，避免在系統(tǒng)調(diào)試過程中對(duì)總線系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾和影響。

2.3 透明化的以太網(wǎng)分析方法

開發(fā)者應(yīng)當(dāng)采用透明化的分析方法對(duì)汽車通信系統(tǒng)的各類接口模塊進(jìn)行性能監(jiān)測(cè)，防止由于信息傳輸延遲引發(fā)各類故障。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)利用自助建站服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，采用DOS 路徑設(shè)計(jì)命令來提高信息的傳送速率，保障系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。此外，還要對(duì)AVB 系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，要合理設(shè)置AVB 的同步時(shí)間戳，引入更加完善的通信協(xié)議，盡可能減少信息傳輸?shù)臅r(shí)間延遲。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)各類時(shí)間戳的報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，要保證時(shí)間戳與接口模塊的同步性，從而提升以太網(wǎng)傳感裝置的數(shù)據(jù)采集效果[4]。

2.4 帶有仿真的TAP

技術(shù)人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性的報(bào)文檢測(cè)，要時(shí)刻了解以太網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)物理層的報(bào)文發(fā)送結(jié)果進(jìn)行過流數(shù)據(jù)控制，對(duì)各數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)設(shè)置。技術(shù)人員首先需要對(duì)正常通信狀態(tài)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間故障數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)分析，從而調(diào)整以太網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)；采用專門的測(cè)速軟件進(jìn)行報(bào)文發(fā)生器的功能優(yōu)化，并且要對(duì)發(fā)生器與接口的位置進(jìn)行負(fù)載調(diào)節(jié)，不斷提升以太網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.5 接口/軟件的靈活組合

為了防止車載以太網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)相應(yīng)的故障，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)環(huán)境進(jìn)行接口性能測(cè)試，采用高靈活性的TAP 轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行接口模塊的優(yōu)化，要在常規(guī)狀態(tài)下，來分析TAP 所產(chǎn)生的延時(shí)時(shí)間。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)各類影音設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，借助以太網(wǎng)來進(jìn)行媒體數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)換。同時(shí)，要注重多包數(shù)據(jù)發(fā)生器的軟件品質(zhì)，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)的過程中，要與汽車軟件開發(fā)商進(jìn)行產(chǎn)品溝通，對(duì)OSI 協(xié)議進(jìn)行模型分析，借助相應(yīng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接口來完善總線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步傳輸。

3 汽車通信中以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 以太網(wǎng)的通信技術(shù)

目前，汽車行業(yè)現(xiàn)行的車載以太網(wǎng)技術(shù)對(duì)外部設(shè)備的接口要求較高，這主要是由于相關(guān)企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)CAN、LIN 等系統(tǒng)設(shè)置存在不足，導(dǎo)致各類汽車軟件應(yīng)用范圍狹窄，難以滿足以太網(wǎng)開放性的設(shè)計(jì)要求。因此，技術(shù)人員需要對(duì)車載以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行更加科學(xué)的分析，有效控制整體的系統(tǒng)安裝成本。首先，要對(duì)以太網(wǎng)的物理層面進(jìn)行車輛診斷標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置，通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議來優(yōu)化ISO 13400 等相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。要摒棄CAN總線的功能約束，建立起以以太網(wǎng)為核心的通信協(xié)議傳送系統(tǒng)，要不斷對(duì)軟件進(jìn)行更新和升級(jí)。開發(fā)者需要采用更加完善的CAN 技術(shù)上傳各類數(shù)據(jù)信息，利用非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線優(yōu)化以太網(wǎng)系統(tǒng)的安裝和布置工作，要對(duì)CAT5 的診斷接口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提升系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

3.2 系統(tǒng)高層對(duì)寬帶的應(yīng)用需求增加

由于我國(guó)電子汽車發(fā)展進(jìn)程加快，大量的智能電子產(chǎn)品被應(yīng)用到了汽車通信領(lǐng)域，云概念的出現(xiàn)促進(jìn)了高級(jí)汽車駕駛輔助系統(tǒng)的發(fā)展。例如，車道偏離檢測(cè)系統(tǒng)、駕駛員意圖預(yù)測(cè)系統(tǒng)等，都預(yù)示著未來我國(guó)汽車通信行業(yè)的發(fā)展方向。因此，技術(shù)人員在進(jìn)行車載以太網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮各類子系統(tǒng)的數(shù)量和功能，有效實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。同時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不斷提升汽車各類傳感器的性能，要滿足多元化的設(shè)備安裝需求。由于以往車載網(wǎng)絡(luò)寬帶安裝效果較差，標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)存在滯后性，因此需要加快制定更具適應(yīng)性的以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要利用MOST 總線來實(shí)現(xiàn)150 M/s 的寬帶建設(shè)，并提高以太網(wǎng)架構(gòu)的靈活性。

3.3 以太網(wǎng)的開放性與互聯(lián)拓展性能

由于目前高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)越來越復(fù)雜，因此技術(shù)人員需要采用簡(jiǎn)單并且標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)處理方法進(jìn)行車載通信系統(tǒng)的故障檢測(cè)，要對(duì)汽車內(nèi)部各類功能子系統(tǒng)進(jìn)行有效集成，利用以太網(wǎng)進(jìn)行各模塊的功能監(jiān)測(cè)與控制，要滿足駕駛輔助系統(tǒng)交互性的操作特。技術(shù)人員還要提高以太網(wǎng)的功能拓展性，對(duì)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程處理，采用更加先進(jìn)的IP 協(xié)議來優(yōu)化Web 應(yīng)用程序和接口模塊的設(shè)計(jì)，從而提升車輛與外界控制中心的信息傳輸效率，構(gòu)建以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的汽車通信控制系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)汽車內(nèi)部各類子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計(jì)，要完善以太網(wǎng)系統(tǒng)的安裝和設(shè)置，根據(jù)不同傳感器的功能要求進(jìn)行程序優(yōu)化，提高汽車通信系統(tǒng)的信息傳送效率與穩(wěn)定性。此外，相關(guān)人員還要對(duì)以太網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行功能拓展，滿足各類通信協(xié)議和裝置的接口安裝要求，快速實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化研發(fā)與應(yīng)用，從而提高以太網(wǎng)技術(shù)在汽車通信領(lǐng)域的應(yīng)用效果，推動(dòng)我國(guó)汽車行業(yè)的快速發(fā)展。