汽車智能化背景下的車載網絡技術探究

摘要：現代信息化、智能化技術的快速發展，推動了汽車產品不斷向智能化、網聯化方向發展，汽車配置技術水平也得到了大幅提升。汽車智能化背景下，現有的以CAN為主的車載網絡通信系統的意境難以滿足其實際要求，車載以太網以其較高的可靠性和低電磁輻射、低延遲以及寬帶分配等優勢，成為汽車智能化發展中車載網絡關鍵技術。本文主要分析了汽車智能化背景下車載網絡系統的發展，并針對車載網絡技術中車載以太網的ECU升級技術進行了探討。

關鍵詞：汽車智能化;車載網絡;以太網

引言：現代科技的迅猛發展大幅提升了汽車電子技術水平，其技術創新應用不斷推進汽車智能化發展。隨著汽車智能化水平的不斷提升，汽車產品對車輛數據傳輸寬帶的要求進一步提高，要求其進一步改進通訊方式。傳統的CAN車載網絡通信系統的傳輸效率較低，且難以實現時間同步，已經不能滿足智能汽車的發展需求。車載以太網寬帶高、擴展性好，能夠充分滿足智能汽車車載網絡的寬帶需求，同時子網通過傳統的CAN等總線及以太網完成各個汽車電控單元的通信鏈路，然后通過域控制器與主干網進行連接。

一、汽車智能化背景下車載網絡系統發展

汽車智能化發展過程中，借助汽車電子技術的不斷創新發展，在未來實現萬物互聯的物聯網中，汽車將會成為一個人們獲取各種信息的智能移動終端。而為實現這一目標，智能汽車內的汽車電控單元（ECU）將會出現爆炸式增長，并且對各個ECU之間的通訊可靠性及實時性的要求也將大幅提升。在此背景之下，智能汽車車載網絡通信呈現出兩個特點：一是功能多樣化，ECU的節點數量規模大量增加;二是控制智能化，對ECU節點之間的耦合性越來越高，控制數據交互不斷增多。針對車載網絡通信特點，對智能汽車網絡結構主干網的高寬帶、高擴展性要求也大幅提升。以太網是一種局域網絡通訊技術，其具有低成本、低功耗、低延遲、高可靠性、同步性等優勢，成為汽車通信領域應用的關鍵技術。車載以太網具有明顯的寬帶高、擴展性能優等特點，以其作為車載網絡主干網，能夠有效控制協調各個控制域的信息傳遞。智能汽車網絡架構如圖1所示。

二、車載網絡技術中車載以太網

（一）車載以太網

以太網是當前應用最為廣泛的一種局域網協議，其技術誕生與1973年，歷經幾十年的發展，其在局域網技術中以及實現了廣泛普及?，F階段，隨著以太網技術的不斷發展，其已經從最初的支持吞吐量10Mbps發展成為吞吐量為100Mbps的快速以太網和1Gbps千兆以太網、10Gbps的萬兆以太網，傳輸介質也轉變為光纖傳輸。時至今日，以太網已經發展成為一種具有傳輸速率快、應用成本低、應用可靠性高等優勢的網絡技術，通過以太網，人們可以實現文字、圖頻、音頻等各類信息的快速傳輸。

車載以太網是相對于我們一般應用的民用以太網來說的，車載以太網主要是為了滿足汽車環境下，車載設備的一些網絡傳輸需求。例如車載設備音視頻同步傳輸要求、車載設備系統網絡管理要求，車載設備電氣特性要求等等。隨著汽車智能化發展，車載以太網逐漸成為汽車網絡通信系統的關鍵技術，但車載以太網的應用是一個循序漸進的過程，主要可以分成局部網絡、子網絡、多子網絡三個階段。在局部網絡階段，主要是對在局部的單獨子系統中運用車載以太網;子網絡階段就是可以將多個子網絡整合后，形成車載以太網子系統，實現車載以太網的局部應用;多子網絡階段就是在更多子網絡整合后，形成以車載以太網為主干網的車載網絡系統，涉及到車載網絡系統的各個域的功能的集成，以實現車載以太網的全面應用。

（二）車載以太網傳輸的ECU網絡結構及其升級

在車載網絡中引入以太網之后，車載網絡的E/E架構隨之也會發生改變，現階段，汽車Tier 1的供應商的不同，以及不同的汽車生產企業，其車載網絡的E/E架構都會有所差異。例如，在未來汽車智能化發展中，博世汽車提出了汽車電子電氣架構的演變發展趨勢。其將汽車電子電氣架構的演變進程分成了分布式功能模塊階段、功能模塊進行合并的階段、多個域控制器架構階段、功能域融合發展階段、域最終融合階段、遠景云端計算階段。從目前來看，車載網絡技術發展仍舊處于混合網絡階段，主要是傳統的CAN與以太網的混合網絡。在針對基于車載以太網傳輸的ECU網絡結構的升級的研究中，其相較于傳統的CAN總線傳輸的ECU網絡架構，關鍵的區別在于在每個電控單元設備中，都有一個以太網結構，且每個電控單元設備可以通過該以太網接口同車載以太網總線進行連接，而不再需要原來的CAN總線網絡;在此基礎上，每個電控單元設備都有屬于自己的IP地址和MAC地址，外部升級設備通過車載自診系統接口連接到車載以太網的網絡關口，就能夠完成ECU的升級。

具體來說，用戶一共有兩種將外部升級設備與ECU設備進行連接的方式，一種是直接連接的方式，這種方式是將外部升級設備直接通過與車載自診斷系統的接口進行連接，從而與車載以太網關口進行連接。這時的外部升級設備同ECU設備是處于同一個局域網之內的，完成連接后，既可以訪問以太網內的ECU設備，并能夠對設備實施軟件升級。另一種是遠程連接的方式，外部升級設備與車載以太網網關的連接方式是通過外部設備接入的外部網絡，其對ECU的升級操作也是通過外部網絡訪問以太網內的設備遠程操作完成。

在ECU升級中，主要按照外部升級設備獲取ECU設備列表、與ECU設備建立連接、安全驗證、固件文件傳輸與燒寫四個步驟。在外部升級設備獲取ECU設備列表中，通過在車載以太網內發起設備發現請求數據包，由ECU設備進行識別并回復后發出包括車架識別、ECU的EID、GID等數據信息;外部鏈接設備根據接收到的數據信息建立設備列表，詳細列表ECU設備的名稱、IP地質、固件版本、待升級固件版本等相關信息。外部設備與ECU設備建立連接，在設備列表人選擇待升級設備，通過TCP/IP協議進行三次握手，建立傳輸通道;ECU通過傳輸通道獲取連接請求，回復確認成功后建立通信連接。安全驗證主要是確保外部升級設備經過安全認證后進行安全訪問，確保更新程序在安全環境下進行。固件文件的傳輸與燒寫，是ECU設備向外部升級設備授權后，使其具備對自身固件升級的權限。

結語：汽車智能化發展是未來智能時代汽車產品發展的必然趨勢，在汽車智能化背景下，升級汽車車載網絡是滿足智能汽車需求的必然要求。車載以太網是適應智能汽車復雜網絡通信矩陣，促進智能汽車車載ECU設備協同工作，滿足智能汽車車載網絡通信系統要求的關鍵技術。未來，加強對車載以太網技術的研究，將會是氣汽車智能化車載網絡技術發展的重點。

參考文獻：

[1]鄭景旺.研究車載網絡技術的應用現狀和發展[J].時代汽車，2021（05）：27-28.

[2]吳武飛，李仁發，曾剛，謝勇，謝國琪.智能網聯車網絡安全研究綜述[J].通信學報，2020，41（06）：161-174.

[3]胥建鵬.探討智能車載網絡系統的安全和隱私保護策略優化[J].信息通信，2019（05）：164-165.

[4]曲建云.車載網絡安全數據可視化技術的設計與實現[J].廈門理工學院學報，2019，27（01）：53-59.

作者簡介：鄭宇彤，1997.06，男，漢，江蘇常州人，本科，研究方向：汽修一體化教學，工作單位：常州冶金技師學院。