即将走进技术标准化车载以太网时代
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随着汽车电子的日益复杂化、联网化和宽带化,车载以太网顺应此发展趋势在车内具有广阔的发展空间。
随着汽车电子的日益复杂化、联网化和宽带化,车载以太网顺应此发展趋势在车内具有广阔的发展空间。

以太网作为一种局域网(LAN)技术自1973年发明以来,已经历40多年的发展历程,成为当前应用最为普遍的局域网技术。以太网主要由IEEE 802.3工作组负责标准化,以太网从最初支持10Mbit/s的吞吐量开始,经过不断的发展,支持快速以太网(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。以太网技术不仅支持双绞线的铜线传输介质,也支持光纤传输。随着城域以太网论坛(MEF)不断将以太网技术作为交换技术和传输技术广泛应用于城域网建设,以太网已经不仅仅局限于局域网应用,可以更广泛地应用到城域网(MAN)和广域网(WAN)的领域。
一方面,车联网时代的到来,让以太网在汽车领域里的应用成为一种趋势;另一方面,随着车载电子系统的日益精密,在具备自动驾驶、摄像头和信息娱乐系统等功能之后,以太网成为将其融合在一起的最佳选项。有专家预言,以太网技术在汽车上的应用,不仅会带来汽车“神经系统”的革命,也会带来整个汽车应用的变革。

早在去年11月,根据《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》(国发〔2015〕40号),工信部就研究制定了《工业和信息化部关于贯彻落实〈国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见〉的行动计划(2015~2018年)》,其中指出要“加快基于IPv6、工业以太网、泛在无线、软件定义网络(SDN)、5G及工业云计算、大数据等新型技术的工业互联网部署”,“推动成立工业互联网产业联盟,支持企业开展工业互联网创新应用示范,在工厂无线应用、标识解析、工业以太网、IPv6应用等领域开展应用示范。”该行动计划的制定,无疑会加快车载以太网技术的研发工作。

在进入汽车领域之前,以太网已经获得了广泛的应用,同时还具有技术成熟、高度标准化、带宽高以及低成本等优势。随着近年来汽车电子化的快速发展,车内电子产品数量逐年增加,复杂性日益提高。以太网所具有的技术优势可以很好地满足汽车制造商对车内互联网络的需求。但由于车内电磁兼容的严格要求,以太网直到近些年才取得了技术突破从而得以应用到汽车内。
今年4月初,行业标准制定组织国际电子电气工程师协会(以下简称“IEEE”)又批准第一个车载以太网标准,以适应汽车市场的需求。IEEE最新定义的车载以太网标准802.3bw名为“100BASE-T1”,用一对双绞线可以提供100Mbps以太网。此标准不仅可实现每端口100Mbps的高性能带宽,同时还可显著降低连接成本并减轻线缆重量。IEEE称新标准计划把新旧车载应用程序整合到同一个网络体系架构中,并减少布线,与其它应用程序共享。

车载以太网是一种用以太网连接车内电子单元的新型局域网技术。与普通的以太网使用4对非屏蔽双绞线(UTP)电缆不同,车载以太网在单对非屏蔽双绞线上可实现100Mbit/s甚至1Gbit/s的数据传输速率,同时还应满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟以及同步实时性等方面的要求。

车载以太网的物理层采用了博通公司的BroadR-Reach技术,BroadR-Reach的物理层(PHY)技术已经由单线对以太网联盟(One-pair Ethernet Alliance,OPEN)标准化,因此有时也称车载以太网为BroadR-Reach(BRR)或OABR(Open Alliance BroadR-Reach)。

车载以太网的MAC层采用IEEE 802.3的接口标准,无需做任何适配即可无缝支持广泛使用的高层网络协议(如TCP/IP)。

提及以太网在客车上的应用,重庆交通大学公共交通学者王健表示:“车辆车身创新、道路及设施创新和IT信息技术框架创新,是巴士系统中的三大创新。车载IT信息技术与车辆所涉及的工业以太网技术在内容上是一致的,只是两者所使用的概念不同。工业以太网的概念多应用于工业生产之中。从网络的角度讲,就是IT技术的框架结构。即便是未来的自动驾驶,互联网通信协议也是必不可少的组成部分。”

沃尔沃诊断与ECU 平台高级总监Hans Alminger此前在一份声明中称:“车载以太网是一种非常有前途的技术。它能够为互联、信息娱乐和安全领域中的新应用提供所需的带宽。”而根据ABI研究公司的研究报告显示,到2020年以太网车载网络的覆盖率将达到40%。
截止到2016年3月底,车载以太网领域里最为重要的OPEN联盟成员已增长到300个,包括汽车领域里众多的汽车厂商、一级供应商、芯片商、技术公司以及研究机构等。中国车企和供应商也在积极关注并逐渐采用OPEN联盟的技术,在OPEN联盟中已有一汽集团、北汽、长城、泛亚、华晨、恒润、航盛以及中国信息通信研究院等十几家中国成员。全世界采用OABR技术的主流汽车制造商的数量正在增长,截止到2015年10月底,已有多个车型上采用了车载以太网,包括宝马公司的X3、X4、X5、X6、i3、i8、6系以及7系、捷豹的XJ和XF、以及大众的帕萨特等。

在熟悉欧美客车产业的王健看来,汽车电子产品的一系列协议分为很多层次,但汽车电子标准SAE J1939关于商用车的很多协议并未明确定义,而欧洲关于客车的一些协议都已经做出相应的定义。“典型的例子就是车队管理系统的标准,它对客车相关的22对数据做了定义,比如加速度、减速度。”王健说,“在网络状态下对车辆进行描述,首先要做的就是定义,然后才能提供一个代码。欧洲早在2002年就已经完成这方面的工作,但国内到现在也没有相关标准。既没有采用欧洲的标准,也没有自己制定一套标准,更没有相关的企业或机构出来倡导。欧洲的标准虽然是几个主流车企共同制定且并未上升为国家标准,但它作为一种行业标准,已被美国客车行业采用。”至于国内的发展现状,王健认为是整个产业链的问题,并不是单个企业的原因。

谈到为何会造成中外两种不同的发展态势,张小平认为有两方面原因:一方面是国内没有产生类似欧洲大型的汽车电子设备的企业,国内企业往往各自为政;另一方面,在一定程度上讲,当前的研发体系并未起到鼓励创新的作用。欧科佳(上海)汽车电子设备有限公司销售总监刘景璋则把原因进一步细化,“目前国内很少采用以太网技术,主要是跟政策、市场和产品等有关。任何新技术的应用,都需要政策法规的推动。此外,现在市场上可以用于车辆的以太网通信设备比较少,市场需求有限,至少国内需求很小。”

张小平向记者举例说:“假如一条CAN总线只能连接10个电子设备,如果增加电子设备,就只能增加布线,车载架构也就变得更加复杂。相比之下,以太网的通信速率是CAN总线的200~300倍,可以大幅降低互连成本和电缆重量。”

“如果此类标准得以推广,对未来客车电子化的发展将是事半功倍,反之就是事倍功半。如果国内客车企业各自执行自己的标准,对用户而言,将是很大的负担。为此,国内部分企业开始做相关的研发工作,是十分必要的。”王健说。

简单说,CAN总线和以太网都可以看作是一种“局域网”的范畴,只是应用领域不同而已。在汽车电子产品增多的同时,车内系统规模和复杂性日益增强,汽车专门功能区如车架、车身等需要共享车辆数据,这些对带宽提出了更高的要求。“车载以太网带宽更宽、传输速度更快、信息量更大,主要用于高数据传输的场合,包括视频、图像等传输,现在市场上有一些以太网的IP摄像头,就是用于大数据的传输。车载计算机对大数据的处理,都需要借助以太网的网络传输通道。“虽然车载以太网的可靠性、容错率等相对CAN总线技术有所不足,但随着未来技术的发展,不排除车载以太网完全替代CAN总线技术的可能。”刘景璋说。

除零部件供应商,记者也采访了部分整车企业相关负责人。一名客车企业品牌传播负责人告诉记者,“当前大部分企业都在追逐新能源汽车的红利,鲜有静下心来进行前沿技术研发的企业。至于车载以太网,提前介入,对企业而言就是助推发展的‘天使’;反之,就是阻碍企业发展的‘魔鬼’。”

来源:中国爱车网

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责任编辑:孙智能
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