以太网在汽车上的发展北极星!

最新的车载5G通信试验结果表明:当车速在100Km/h时,数据传输速率可达到8Gbps。也就是说,你刚踩一脚油门,一部高清电影已经下载到你的车内了。

然而,当你以飞快的速度将云端数据downlod到车里后,试图将这些东西再度传输到汽车里面的各个部件时,灾难发生了,瓶颈就是CAN总线的传输速率。

1988年,BMW首次在汽车内用到CAN总线,至今已有30个年头了,目前最新的CANFD标准理论极限传输速度是1Mbps,就是说传一张3M大小的图片要花费24秒。如果你的某个核心控制的固件比较大,你想把软件通过CAN总线传输过去,也许需要数小时。

这就是汽车内部神经血管的信息传输能力,这是一个为机械时代设计的内部通信传输架构。

一直以来,汽车被视为传统工业的产物,网络通信则是发源于硅谷的新兴势力;现在,这两个世界正在相互拥抱,深度融合不可逆转。打一个比喻,新能源动力系统更换了汽车的心脏,无人驾驶改造的是汽车的大脑,车联网通过重塑五官来改变汽车的感知方式,离一个全身手术只差最后一步,搭建新的神经和血管系统,这就是汽车以太网。

汽车线束现状

在汽车以太网的概念出现之前,汽车内已有多种不同总线标准在应用,包括CAN、LIN、FlexRay、MOST以及LVDS等。几乎汽车电子系统每个部分都有其特定的线缆和通信要求,这导致了车内复杂的连线和冗乱的标准,车内线束在重量上是继底盘和引擎之外占第三位的部分;同时车内线束也已成为继引擎和底盘之外车内第三大成本支出的部分,不论生产环节,还是维修过程,布置配线的人工成本占整车的50%,而且这些工作都是机械取代不了的,除非仿生机器人取得突破性进展。有人说过,一个城市的文明程度跟他的下水道有关,再怎么现代化的城市,也需要下水道工人维护;同理,一辆豪车,再怎么外型光鲜亮丽,也需要工人精细的布线工作。

(奥迪A5车内线速展开)

埃隆.马斯克曾表示:在ModelS上,整车线束长度是3公里;而在Model3上,这个数据是1.5公里左右。在未来将要推出的ModelY上,线束长度会被进一步缩短到只有100米。“一年卖出10万辆,线缆连起来可绕地球一圈”,是不是惊掉你的下巴?连特斯拉这么高科技的车企,也拿线束开刀。没办法,对于车辆研发和制造来说,线束这个细节有点不太寻常,神经错乱可不是闹着玩滴!

统计显示,一辆低端车的线束系统成本要大约300美元,重量大约30公斤,长度大约1500米,线束大约600根,1200个接点;而一辆豪华车的线束系统成本大约550-650美元,重量大约60公斤,线束大约1500根,长度大约5000米,3000个接点。如果沿用目前的电子架构体系,无人车时代的线束成本不会低于1000美元,重量可达100公斤。“剪不断、理还乱”,这就是线束的现状,急需一个统一的标准和精简的方案。

传统汽车线束的局限

CAN总线起源于上世纪90年代,主要用于车上控制数据传输,是现役车载网络应用最为广泛的标准,最大传输速度为1Mb/s。

LIN是一种低成本通用串行总线,在汽车领域主要用于车门、天窗、座椅控制等,最大传输速度更低,仅为20kb/s。

FlexRay的主要优势在于相比CAN总线具有较高的带宽,可达10Mb/s,可以满足汽车关键应用的要求,但是其成本却很高,主要适用于中高端车中的线控系统(如悬架控制、变速箱控制、制动器控制、转向控制等)。

MOST主要支持多媒体流数据传输,MOST150标准的最大带宽为150Mb/s的,在车载多媒体数据传输应用较多。虽然MOST150支持基于IP的应用程序,但由于单一供应商的问题,基础开发成本较高。

LVDS是一种电气数字信号系统,通过铜缆双绞线传输高速数据(最高可达850Mb/s,最长传输距离10m),原本就是网络通信总线的一部分。在汽车领域LVDS主要用于屏幕和摄像头之间的数据传输。

传统汽车总线能满足部分子系统的要求,总体来说,优势在于实时性。但普遍存在的问题是带宽低,成本高。基本上这些总线标准都是面向汽车制定的,带有浓厚的汽车行业色彩,关键的局限在于:不易扩展,无法互联互通。在车联网、无人驾驶时代,这些传统的总线就像老化的血管瘤,堵塞住了信息化向汽车内部延伸的通道。

以太网通信

以太网技术发明于1973年,经过40多年的发展,目前已是应用最为普遍的局域网技术,甚至也可应用于广域网。严格来说,以太网并不是特指某种总线技术,它是IEEE组织803.2工作组下的一系列标准协议。以太网从最初支持10Mbit/s的吞吐量开始,经过不断的发展,目前有快速以太网(100Mbit/s)、千兆以太网(1Gbit/s)、万兆以太网(10Gbit/s)及100Gbit/s。同时,为了适应应用的多样化,以太网速率打破了以10倍为一级来提升的惯例,开始支持2.5、5、25及400Gbit/s的速率。传输介质不仅有双绞线铜线,还可以是光纤。

以太网的优势

可以看到,以太网不仅能支持更高的带宽吞吐率,而且成本也比较低。另外BroadR-Reach的非屏蔽单对双绞线,不需要铝箔层和绝缘胶层,这种线缆比传统网线还轻,而抗电磁辐射性能同样优异,并且已通过ISO-9001以及TS16949标准。在安全性方面,以太网完全可以移植网络通信领域的成熟应用,来搭建汽车自己的安全局域网,如数据加密、防火墙、深度包检测(DPI)等。

(左边为传统网线,右边为车载以太网线)

汽车以太网的起源和发展

虽然以太网技术在通信世界畅通无阻,但应用于汽车上要面临一些挑战:电磁兼容性和延迟是两个主要问题。双绞线网络对电磁兼容性的要求并不那么严苛,但是放在汽车上就不同;而且存储转发式网络必然有延迟,在局域网中,并不那么挑剔,但是用于汽车网络架构,则势必严格得多。2011年,博通为了将其在网络通信领域的优势拓展到汽车行业,开发出了汽车用的以太网芯片和整体解决方案:一是通过BroadR-Reach技术成功解决了车规要求的EMC问题,二是革命性地提出单对非屏蔽双绞线方案,将传统线束重量减轻30%。

(博通发布的下一代BroadR-Reach车载以太网方案)

刚开始时,只有博通一家在吆喝,奈何酒好不怕巷子深,恩智浦、飞思卡尔、哈曼、宝马等一众汽车业界巨头也看到这个机会,于是组成了一个OPENAlliance联盟,推广车载以太网技术标准,目前,包括一汽、北汽在内的诸多车厂也加入了这个联盟。现在来看,汽车以太网技术已逐渐成熟,2016年初,IEEE批准了以博通BroadR-Reach技术为基础的标准,命名为802.3bw100BAST-T1,稍后802.3bp1000BASE-T1也通过,该标准允许在1对信号线上以1Gbps的速度实现15m的传输距离;还有车载版PoE标准802.3buPoDL也通过,意味着在车内通过以太网口供电也不存在问题。

(汽车以太网标准化组织)

(汽车以太网标准进展)

车载以太网在汽车业界的现状

2011年,当汽车以太网的概念提出时,众多的车厂只是在观望状态,虽然大家都承认这是一项革命性的技术,但针对尚未解决的问题,保守的车厂和Tier1们都望而却步。第一个吃螃蟹的总是勇敢者,2013年,宝马X5第一个将汽车以太网用于3600C环视系统。这也符合以博通为领导的OpenAlliance联盟对汽车以太网的推进思路:先以Infotainment系统为切入点,逐步深入到ADAS、甚至车身与安全整个车载系统。

(宝马X5搭载的车载以太网)

在拥抱新世界时,国产造车势力同样勇于尝鲜,那些没有动静的厂商并不是停留在观望,早在2015年奇瑞汽车就和博通签订了共同开发车载以太网应用的合作谅解备忘录;而荣威RX5是国内第一个将车载以太网应用于环视系统的车型;随后长安InCall5.0也用以太网技术改造了其车内通信架构。新势力中,奇点汽车的“手术”动得最大,在几乎所有子系统都采用车载以太网,只保留部分涉及安全系统的CAN总线。

(汽车以太网的应用预测)

汽车以太网产业链

技术标准本身就是由产业圈共同推进的,当技术成熟后,也就意味着产业生态成熟了。围绕着汽车以太网,众多车厂、Tier1、芯片厂商等早就精心布局。博通,恩智浦就不必多说,C位出道,代表着最上游的以太网芯片和相应的MCU供应商;全球汽车线束和连接器巨头莫仕(Molex)早在去年就和黑莓的QNX合作研发基于10Gbps的车载以太网平台,旨在提升智能网联车辆的数据带宽,不出意外,今天的CES展上就可看到这款黑科技产品。

2017年,Tier1厂商德尔福汽车公司与高频连接技术公司罗森伯格(Rosenberger)达成战略协议,意欲加强在高速数据传输方面的能力。“互联车辆平台需要通过性能强劲的电子架构、以更快的速率传输更多的数据。此次合作将使德尔福与另一行业领导者一起为整个汽车的以太网架构确立普遍标准,”德尔福高级副总裁、电子/电气架构部门总裁兼工程组件团队总裁艾博彬表示。

加入这个生态圈的还有很多,不仅有车厂,还有汽车供应商名录上的常客,就业界普遍关心的延迟和同步问题,他们都在为之努力。比如TSN主要支持者包括思科、英特尔、瑞萨、德国工业机器人巨头KUKA、三星哈曼、宝马、通用汽车、现代汽车、博世、博通、德州仪器、NXP、三菱电机、LG、Marvell、ADI,通用电气等。所谓不是一家人,不进一家门,两个世界的拥抱,从此你中有我,我中有你。

展望

有时候,我们需要回首来时的路,才知道今天的选择值不值得:2008年以太网年首次出现在汽车应用中,当时同样也是宝马公司将其作为OBD诊断接口,用于对发动机控制模块上的校准软件进行重新编程升级。之前采用传统的CAN总线方式重新刷新这些模块需要花费10个小时才能完成,但使用1GbE的以太网连接技术后只需要20分钟即可上传相同的软件包。有时候,我们需要抬头仰望星空,才能预测明天前进的方向:今天以GPS、蓝牙、WiFi、NFC、V2X为主的无线连接已经打通汽车与外部连接的通道,汽车表皮的每个毛细血管都已喷张,等待接入这个万物互联的世界。

我们不妨头脑风暴下:将来汽车内部的每个ECU单元、油门、刹车、发动机、转向、轮胎、悬挂、电力系统的每个数据都接入云中心,甚至连你座椅、车窗角度、收音机频道都有专门的大数据为你服务,这将繁荣多少五花八门的应用和市场?像每一个拥有IP地址的互联网设备一样,你可通过OTA升级你汽车的每一部分。好车一部就够了,这就是以太网为骨干网的自动升级汽车,在这个平行的世界里,开玛莎拉蒂的和开吉利的没有区别。

(瑞萨的未来汽车构想)

变革都是由偏执狂来推动的,李书福曾说,”汽车不就是四个轮子加几个沙发吗?”,痴人说梦,现在他的梦想也实现了;马斯克把他的特斯拉射向了太空,胶囊机器人已经开始钻进血管为你疗伤止痛,还有多少梦想会止步于技术变革面前?“生活不能只是解决一个又一个的悲伤问题。需要有一些能激励你的东西,让你在清晨醒来,相信一切皆有可能”。新能源汽车、无人驾驶都来了,年轻的心脏需要配备更强健的血管,传统的总线已经堵塞了汽车内在的任督二脉,是时候给汽车的血管动个大手术了。

THE END
1.汽车应用中的A2B和以太网:内容时间和方式AnalogDevices采用现有的100-Base-T1(未来是1000-Base-T1)技术的以太网将会是一种融合技术,可以聚合多条数据总线,但增加供电(PoDL)和软件确定性(TSN)的复杂性会提高。 很可能,基于A2B的音频传输和传感器混合解决方案,以及依靠高速Gb以太网连接激光雷达和雷达等主干网络,能够满足汽车行业大部分的中期需求。关于https://www.analog.com/cn/technical-articles/a2b-and-ethernet-in-automotive-applications-what-when-and-how.html
2.车载以太网浅析自1980年至今,IEEE组织、OPEN Aliance SIG组织、宝马、博通公司等为传统以太网到汽车领域的应用拓展发挥了十分关键的作用,1980年,Ethernet 1.0成功发布;1985年,IEEE 802小组公布802.3协议,推出了基于CSMA/CD的10M以太网技术;2004年,BMW公司考虑采用博通公司的以太网技术并于2008年在宝马7系(图片|配置|询价)上成功量产https://www.dongchedi.com/article/7250366195881263653
3.一文读懂:车载以太网一致性测试解决方案引言近年来,主要受信息娱乐系统,先进的驾驶员辅助系统(ADAS),动力传动系统和车身电子设备的推动,汽车的电气系统越来越复杂。每次性能的提高都需要更快的数据传输速率,由于当今车辆中的各种电子控制单元(ECU)之间需要共享大量的实时数据,车载以太网应运而生。与同为汽车总线的CAN/LIN低速背板不同,车载以太网https://baijiahao.baidu.com/s?id=1806510771613131220&wfr=spider&for=pc
4.汽车以太网测试Xena Xena 以太网流量生成和分析平台支持专为汽车以太网测试设计的独特测试模块Z01tOdin 。 这是一个2速6口1Gbps的测试模块,具有本地1000BASE-T1和100BASE-T1接口。 该测试模块基于Xena的先进架构,是测试第 2-3 层 1G 以下汽车以太网的理想之选。 http://xenanetworks.com/zh/solutions/automotive/
5.汽车以太网技术及测试介绍(OBD)、高级驾驶辅助系统(ADAS)等各种软件变得越来越复杂,而它们之间的联系也越来越紧密,所有这些软件致使带宽的需求迅速增加,对时延同步的精度要求也更高,此时基于BroadR-Reach的车载以太网应运而生,加上AVB/TSN协议在汽车以太网上的应用,可以更好的为汽车提供大带宽、高可靠、低时延、高精度时钟同步的成熟以及标准https://mp.ofweek.com/auto/a345693426876
6.汽车以太网白皮书CN.pdf汽车以太网白皮书CN.pdf 11页内容提供方:博古通今 大小:895.8 KB 字数:约9.61千字 发布时间:2021-12-08发布于广东 浏览人气:133 下载次数:仅上传者可见 收藏次数:0 需要金币:*** 金币 (10金币=人民币1元)汽车以太网白皮书CN.pdf 关闭预览 想预览更多内容,点击免费在线预览全文 免费在线预览全文https://max.book118.com/html/2021/1208/6034003225004111.shtm
7.汽车以太网性能测试车载网络测试 汽车以太网一致性测试的不同方面 TSN模拟测试 验证车辆内关键任务以太网的性能 为什么要在汽车上使用以太网? 互联车辆开发者面临的全新关键测试挑战 以太网性能测试 如何实现成本和性能优势 采用TSN的优势 TSN可以实现功能更加丰富的信息娱乐和诊断系统,以及更快的服务更新速度。它还解锁了自主驾驶https://www.spirent.cn/products/automotive-ethernet-device-network-testing
8.自动驾驶车载以太网是什么?有趣的是,最新的汽车网络技术——宝马X5中的汽车以太网——于2013年问世,这比以太网最初发明的时间晚了40多年。人们可能会想到一个明显的问题:为什么经过这么多年后,以太网现在对汽车联网如此具有吸引力? 随着高级驾驶辅助系统(ADAS)、混合动力汽车和电动汽车以及主动安全系统甚至是自动驾驶等新技术的出现,CAN的网络https://www.yoojia.com/ask/17-12126659957829308871.html
9.车载以太网介绍—汽车以太网物理特性介绍关注公众号,点击公众号主页右上角“ ···”,设置星标,实时关注智能汽车电子与软件最新资讯 来源:智车Robot 作者:老姜 一、PHY内部结构简介 汽车以太网和传统以太网仅仅是物理层有所区别,其他(比如数据链路层)完全一样,因此传统以太网在汽车里一样可以工作。 https://www.eet-china.com/mp/a179062.html
10.车载以太网是什么?和传统以太网区别车载以太网是指连接车内不同汽车电子设备的新型局域网技术。它通过有线网略微连接车内各种部件,旨在满足汽车市场的需求,包括电气要求、带宽要求、延迟要求、同步和网络管理要求。 据相关统计,2020年将有近4亿个汽车以太网端口投入使用,到2022年,汽车以太网端口总数预计将高于所有其他以太网端口。随着高级驾驶辅助系统(https://m.elecbee.cn/article-1845.html
11.汽车电子奥迪A8是第一款称为L3级自动驾驶的汽车,拥有多个第一,包括第一个使用激光雷达,第一个使用域控制器,第一个使用车载以太网做骨干网的运算架构。即便如此,奥迪A8仍然不能算严格意义上的L3级自动驾驶。毫无疑问,未来L3级自动驾驶的汽车将把域控制器、以太骨干网、Autosar和激光雷达作为标配。而域控制器、以太骨干网、https://blog.csdn.net/xjhhjx/article/details/80040370
12.车载以太网和连接解决方案更安全的未来驾驶作为汽车以太网、定制和加速计算以及存储领域的先驱者,Marvell 提供了加速汽车制造商 SDV 目标的技术广度和经验。 车载以太网 车载以太网 车载以太网使软件定义车辆 (SDV) 成为可能,为汽车制造商提供了一个新的创新领域,并使其车辆即使在交付后也能够脱颖而出。 为此,汽车制造商需要能够像智能手机制造商一样,随时http://cn.marvell.com/solutions/automotive.html
13.车领域向以太网融合如何进行车内通信验证在未来的发展中,汽车网络将从不同协议的异构网络转向分层且同质化的以太网网络,在这种新情况下,反映真实车辆网络的实验室测试台将需要能够在车内通信验证过程中支持它们的分析工具,在记录流量的同时进行过滤和解析。 一、 案例背景 1. 汽车领域向以太网融合 https://www.12365auto.com/news/20220912/487618.shtml
14.什么是以太网?在汽车上是如何应用的?以太网是一种应用广泛的局域网技术,它主要用于在不同设备之间进行数据传输和通信。以太网通过一种称为CSMA/CD(载波侦听多路访问/碰撞检测)的协议来控制网络中的数据传输,以确保数据的可靠性和有效性。 然而,过去以太网仅用于传输数据的领域,如计算机和服务器之间的通信。然而,随着汽车智能化和互联网的兴起,以太网开https://bomyg.com/detail/210533.html
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17.汽车以太网解决方案罗森伯格MTDH基于这种情况,诞生于20世纪70年代的以太网被引入到车载网络中。汽车以太网可以支持高速传输,并且具有标准化的链路连接形式,减少了全车的电缆连接数量,从而降低了成本。罗森伯格开发了两种用于汽车以太网连接器,这些传输速度达到的同时,包括用于通信信道的电缆也具有出色的机械性能。 https://cn.made-in-china.com/gongying/hbhlkj0715-vSXQawLxEihd.html
18.公司新产品。汽车以太网高速传输线束#上热搜#以太网通讯#执╭(╯念ε╰)╮ 招工吗 4月前·广东 0 分享 回复 罗姐 [赞][赞][赞][赞][赞][赞] 4月前·湖南 0 分享 回复 惠州市凌派电子有限公司 粉丝2148获赞7597 公司新产品。汽车以太网高速传输线束#上热搜#以太网通讯#以太网#以太网丹拿#汽车线束https://www.douyin.com/note/7394719876893429055
19.车载以太网:智能汽车通信的加速器NETLion 10G的设计充分考虑了10GBase-T1标准的特点。通过其先进的物理层转换技术,实现了2.5/5/10GBASE-T1信号到以太网的高效转换,确保了在汽车网络中的高速数据传输和无缝通信。 2、用户定制化配置 配备了灵活的DIP开关配置,允许用户根据具体的网络需求,轻松设置操作模式,包括媒体转换器模式和网络TAP模式,以适应不同https://www.eefocus.com/article/1696859.html