導讀

伴隨智能化技術的快速發展，智能網聯汽車已成為全球汽車產業的發展重點。智能網聯汽車需要可靠、高帶寬的車載網絡技術及架構來解決大數據傳輸問題。車載以太網是一種用以太網連接車內電子單元的新型局域網技術，可以滿足多節點、高負載和響應快等需求。

智能網聯汽車是行業轉型升級的重要技術創新，行業內各主機廠、產業鏈內相關企業均投入了大量的人力與物力進行布局與研究，國外新車紛紛開發、搭載智能網聯功能。汽車智能化意味著車輛上有更多的攝像頭、雷達等傳感器及控制器，系統間有著高于傳統汽車上百倍的數據需要傳輸，現有車載網絡傳輸帶寬不足的問題凸顯，迫切需要下一代廉價、可靠、高帶寬的車載網絡技術及架構來解決大數據傳輸問題。車載以太網是一種用以太網連接車內電子單元的新型局域網技術，車載以太網在單對非屏蔽雙絞線上可實現100Mbit/s甚至1Gbit/s的數據傳輸速率，同時可滿足汽車行業對高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲及同步實時性等方面的要求。

目前車輛使用的總線技術有CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS及車載以太網等，CAN、LIN傳輸速率較低，LVDS成本高，FlexRay和MOST應用需要加入標準組織且費用高昂，車載以太網性價比較高。其相關特性對比見表1。車載以太網標準已經形成體系，國外車廠已經有車型實現量產，并且寶馬已經采用TSN技術，國內正處于預研和小批量試裝的起步階段，主要集中在以太網的100BASE-T1SOMEIP技術數據傳輸和100BASE-TXDOIP技術，實現數據傳輸和診斷刷寫功能，TSN技術還未普及。

表 1 車內常用總線特性對比

車載以太網的意義

目前大部分網絡系統架構多采用集成網關或獨立網關，通過CAN和LIN通信技術與整車各個控制器進行通信，由于零部件控制信號過多，信號周期過快，帶來負載率急劇上升，信號延時增加的問題。同時隨著智能網聯化的提升，要求整車按照硬件最大化設計，軟件不斷迭代開發，實現域控制器的功能升級。其中這些零部件內部存儲大量的數據、圖片等信息，更新軟件包大。現有CAN總線最高采用500kbit/s速率進行軟件更新，售后軟件更新時間極長。迫切需要高速率、高性價比的以太網通信技術來實現零部件的診斷刷新功能。

以太網技術

1.技術原理概述

車載以太網使用一對非屏蔽雙絞線電纜，實現全雙工傳輸，數據傳輸速率可達到100Mbit/s。以太網信號是三電平模擬差分信號。將原始數據，經過UDP/TCP、IP等封裝，形成的MAC包，通過MII（MAC與PHY間的數據傳輸）接口發到PHY，在內部經過DAC，將數字信號調制并轉換成PAM-3調制過的模擬信號放到MDI（兩個車載以太網設備之間數據傳輸）差分線上，發送到對端的PHY。

2.車載以太網網絡架構搭建

基于整車功能需求、功能規范，進行功能應用場景分析。梳理具體使用以太網傳輸的功能及其應用場景，初步規劃采用的協議架構。針對需要開發以太網的潛在供應商進行調研，分析供應商開發能力，現有產品硬件平臺對以太網接口的支持程度，分析現有產品支持的上層協議棧開發情況，評估供應商開發經驗和開發實力，了解開發周期和開發費用。便于輔助以太網協議框架制定，輔助通信診斷方案確定，同時也為供應商定點提供參考。

圖 網絡協議架構

3.車載以太網方案

根據以太網需求分析和供應商調研結果，制定以太網系統的通信診斷方案。如基于實現DoIP的以太網刷寫和診斷的功能要求，確定以太網協議框架如圖所示，確定整車診斷連接方式、整車診斷接口插接件布置方式、診斷激活方案、診斷設備對車內控制器的診斷方式及以太網網絡拓撲定義等。

4.車載以太網協議規范制定

根據以太網通信診斷協議要求，編制以太網通信需求規范。在參考國際標準、行業標準的基礎上，對現有標準進行全新開發或適應性裁剪，編制符合量產要求的相關需求方案。例如車載以太網線束設計規范：包括以太網線束要求、對插件要求、以太網通信線在整車布置中的要求及以太網通信線防護方面的要求等；車載以太網物理層設計規范：基于IEEE802.3bw等協議標準，明確接口電路、pin布置及插接件等要求；車載以太網協議配置設計規范：考慮IPv4或IPv6的應用，TCP/UDP協議的適度修改和裁剪；車載以太網網關路由設計規范：以太網到CAN的路由規則、路由性能要求；車載以太網DoIP和Bootloader設計規范：考慮通過網關連接OBD、直接連接、通過LAN訪問等方式接入，不同接入方式下，需要支持的協議，不同接入方式下，IP、MAC和VLAN的應用要求。

5.車載以太網測試驗證

硬件方面，以集成測試機柜為主，集成Vector工具鏈、以太網協議測試工具鏈、第三方程控電源、示波器和故障注入板卡等。通過測試機柜，實現測試設備與待測ECU的無縫連接。軟件方面，以通用性測試用例庫為主，結合硬件設備控制庫、測試數據分析庫及數據庫解析庫等一些系列模塊化開發腳本庫，實現測試用例管理、車型管理、任務下發、測試執行、數據管理分析和測試報告批準等。測試實施包括部件測試、系統集成測試及整車測試，相應的測試內容見表2。

表 2 以太網測試

總結

綜上所述，基于需求制定網絡架構、確定網絡通信協議框架，研究對應的標準協議以及相應測試驗證方法，可逐步構建車載以太網技術。從而提升網絡帶寬，優化網絡架構，適應智能網聯帶來的多節點、高負載及響應快等需求。以太網技術是踐行技術領先化、開發迭代化、產品平臺化及品牌向上化的重要體現，能夠全面推動自動駕駛技術研發及應用，有效地支撐智能網聯技術的發展。

審核編輯：湯梓紅