车载以太网将成下一代汽车网络

汽车电气架构向中央集中式演进

集中式架构成智能驾驶主流，以太网在中心节点占据优势地位。电子电气构架的演进为提升智能驾驶能力提供了坚实的基础。在自动驾驶、智能座舱、电动化等趋势的推动下，汽车所需功能增多，信息传输量及算力需求持续增长，传统分布式架构在可拓展性与通信性能方面难以满足产品需求。域/跨域集中式架构逐渐成为智能驾驶汽车的主流，同时多个域控制器将继续融合，从而形成中央计算单元与各个区域控制器的最终形态；叠加以太网及TSN满足实时计算、高速数据传输、低延迟及时间同步需求，最大化满足智能网联汽车发展所需的软件需求。车载通信中，以太网在中心节点逐渐占据了优势地位。

集中式架构成智能驾驶主流，以太网在中心节点占据优势地位。电子电气构架的演进为提升智能驾驶能力提供了坚实的基础。在自动驾驶、智能座舱、电动化等趋势的推动下，汽车所需功能增多，信息传输量及算力需求持续增长，传统分布式架构在可拓展性与通信性能方面难以满足产品需求。域/跨域集中式架构逐渐成为智能驾驶汽车的主流，同时多个域控制器将继续融合，从而形成中央计算单元与各个区域控制器的最终形态；叠加以太网及TSN满足实时计算、高速数据传输、低延迟及时间同步需求，最大化满足智能网联汽车发展所需的软件需求。车载通信中，以太网在中心节点逐渐占据了优势地位。

图1：EE架构持续向中央集中式演进

车载以太网将成下一代汽车网络

关键技术

经过多年发展，车载网络已形成以CAN总线为主流，多种总线技术并存的解决方案。目前车辆使用的总线技术有CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS及车载以太网等，主要以CAN总线为主，LIN总线为辅。CAN主要用于车上控制数据的传输，是现役车载网络应用最为广泛的标准协议；LIN是一种低成本通用串行总线，为CAN总线提供辅助功能，主要用于汽车内的车门、天窗、座椅控制等，CAN、LIN的成本和传输速率较低。FlexRay是继CAN和LIN之后的新一代汽车控制总线技术，与CAN相比拥有更高的带宽，但需加入标准组织、成本较高，主要适用于中高端车中的线控系统；MOST在车载多媒体数据传输的应用较多，但由于供应商单一、基础开发成本较高。LVDS是一种低压差分信号技术接口，在汽车领域主要用于显示屏和摄像头之间的图像数据信号传输。

图2：主流车用网络系统架构图

车载以太网提供高带宽和轻量化线束、性价比较高，将成为下一代汽车网络的关键技术。由于CAN总线只能实现半双工通讯，且传输速度较低，不符合汽车智能化、网联化趋势下对实时高速双向数据交互的需求。随着近年来汽车电子化浪潮的快速发展，汽车内部电子电气元器件的数量和复杂度大幅提升，单车ECU数量已逐渐从20-30个发展到100多个，部分车辆线束长度已高达2.5英里，传统分布式架构已经不能满足汽车智能化时代的发展需求，所以车载网络转向域控制和集中控制的趋势越来越明显，车内通信架构将逐渐向以太网升级。与传统的车载网络不同，车载以太网可以提供带宽密集型应用所需的更高数据传输能力，同时其技术优势可以很好地满足汽车高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟、轻量化等方面的要求，将成为下一代汽车网络的关键技术。

表1：车载以太网与其他总线的性能对比

以太网不断向更高传输速率进阶，逐步

渗透车载网络

车载以太网具有规模经济性和互操作性，主要使用铜双绞线传输。根据EthernetAlliance在2020年的预测，2021年全球将有超过1亿辆汽车搭载以太网端口，部署的全部车载以太网端口将多达5亿个。车载以太网具有规模经济性和互操作性，可以同时提供数据和电力传输，极大程度上降低车辆的成本和重量，是以太网近年来的主要发展趋势之一。在传输介质方面，车载以太网主要使用铜双绞线，由于铜双绞线机械强度好、耐候性强、弯曲半径小，同时无需光电转换设备即可直接使用，因而成为数据传输“最后一百米”的最优解决方案。根据以太网联盟数据，目前基于铜介质的以太网传输速率主要介于10Mbit/s至10Gbit/s之间，随着终端形态和数据类型的不断丰富，数据总量和传输要求不断攀升到新的量级，未来基于铜介质的以太网将不断向更高传输速率演进。

图3：以太网应用分类

千兆以太网是高速网络技术的首选。以太网经历50年的发展历程，因具备技术成熟、高度标准化、带宽高以及低成本等诸多优势，已取代其他网络成为当今世界应用最普遍的局域网技术，为万物互联奠定基础。在传输速率上，以太网具有多种速率标准，早期惯例以10倍来提升，如标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1Gbps）。近年来为适应多样化需求，开始出现2.5GE、5GE、25GE、50GE等多种新速率标准。综合考虑应用场景和成本因素，目前基于双绞线的以太网主流技术是基于802.3ab标准的千兆以太网1000BASE-T，可在超过100M的5类双绞线上传输1000Mbit/s的数据流，大多数企业在组建

网络时将千兆以太网作为首选高速网络技术。

图4：车载以太网技术发展路线

车载以太网将从智能座舱等局部应用，逐步拓展成为车内通信主干网络。车载以太网是目前各类总线中传输速率最快的通信方案。随着汽车智能化发展，车载以太网技术有望率先应用于智能驾驶及智能座舱，并在未来实现对整车现有车内通信技术的逐步替代。车载以太网的发展主要可分为三个阶段。第一阶段为面向车载诊断系统和ECU软件刷新的DoIP协议的推广运用，以及使用IP摄像头的驾驶辅助系统；第二阶段将几个子系统整合，面向车载智能座舱和智能辅助驾驶的推广应用，如将多媒体，驾驶辅助和诊断界面结合在一起；第三阶段将使用以太网作为车载主干网络，集成动力总成、底盘和车身控制、智能座舱等，形成一个跨域汽车网络，并逐步引入TSN等新一代以太网技术。

图5：车载以太网的演进（第一、二阶段）

 

 

 

 

 

审核编辑：黄飞