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汽车以太网可以为车辆轻量化做贡献吗?

2020-11-24 17:28 820 0 来自: 汽车ECU开发
简介
【汽车轻量化在线】通常在汽车中,线束是其中排名第三贵、重的组件,它包含多种电源供电线,标准化的车载网络以及专用的网络协议或总线系统的布线。在不对车辆的电子电气架构进行实质性的更改的情况下,惟一的减重方 ...

汽车轻量化在线】通常在汽车中,线束是其中排名第三贵、重的组件,它包含多种电源供电线,标准化的车载网络以及专用的网络协议或总线系统的布线。在不对车辆的电子电气架构进行实质性的更改的情况下,惟一的减重方案就是从铜线换成更轻的替代方案。

如今高强度铝合金已成为替代方案之一,但仅仅能满足减轻现有线束的重量,更加严酷的现实是,在车辆周围传输的许多数据都可以通过简单的高速双绞线连接传输。像倒车摄像头等功能通过专用电缆连接,以实现点对点的连接。然而,这种点对点的解决方案仅用于以满足合适价格点的方式来实现消费者期望的特征,而不是提供可以扩展已支持广泛的车载数据传输需求的技术解决方案。

以太网可以解决这个问题

长期以来,人们一直在考虑将以太网作为一种替代技术。它的普遍性使得人们质疑为什么以太网未集成到车辆中,而不是为什么应该集成到车辆中。众所周知,它已集成到各种微控制器和片上系统设备中,并且拥有大量可用的软件,包括商业软件和开源软件。此外工程界已经开始使用,并且对其如何满足法规有了足够的了解。

随着车辆需要越来越多的数据来支持高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶,以太网似乎是从雷达,LiDAR和此类系统所需的众多摄像头传输数据的合适选择。当然,虽然带宽要求已经满足,但是传统以太网不能支持具有时间敏感性或安全性需求的应用程序,因为没有用于时间敏感的联网,流量整形或网络中时间同步的机制。为了支持这些要求,需要在OSI模型的较低层进行更改。

除此以外,还有其他问题,如果采用CAT5e,其在家庭和商业建筑中实现的以太网将四对线中的两对用于非屏蔽电缆内的单向数据传输。这明显不能改善线束的质量,如果将现有技术简单地简化为没有屏蔽的双绞线,那么最终的解决方案将无法满足现有的电磁干扰(EMI)要求。

汽车以太网,AVB和TSN

为了使以太网面向汽车,几个工作组一直在开发满足汽车行业需求的标准。在物理级别,已经定义了可以跨非屏蔽双绞线电缆运行的100 Mbits / s全双工物理接口。在IEEE 802.3bw标准中对其进行了命名:100BASE-T1,区别于100BASE-T。它使用PAM-3 3级信令,数据速率为66.67 Mbit / s,传输长度可以达到15 m的长度,如果被屏蔽则可以达到40 m。IEEE 802.3bp涵盖了一个1000 Mbit / s的接口,称为1000BASE-T1。两个速度等级在关键ECU之间实现了超高速数据主干,并提供了更具成本效益但仍是高速的与终端节点的接口(图1)

图1 信息娱乐解决方案可以从基于环的MOST网络转变为基于汽车以太网的交换网络

对于诸如开窗器,环境照明和电动座椅等更简单的功能和舒适选项,传统的车载网络(例如LIN,CAN和CAN-FD)将在启用100BASE-T1的终端节点之外继续发挥至关重要的作用。

当涉及车载娱乐的音频或视频数据的传输时,至关重要的是必须能够在规定的延迟范围内进行操作并在网络上保留带宽。音频视频桥接(AVB)工作组制定了一组提供这些功能的标准。这些变化中的许多变化都会影响第2层。IEEE 802.1Qav负责定义确保音频/视频(AV)桥允许AV流在定义的时间限制内通过网络的规则。它可以处理流量整形,以确保网络不被流量突发所淹没。IEEE 802.1Qat保证了支持数据流传输和提供服务质量(QoS)所需的端到端资源。

进一步的改进是,可确保网络节点之间的时间同步(IEEE 802.1AS),以及可确保多个节点在同一时刻获取其数据的过程(IEEE 1722)。这对主机分发在两个或多个扬声器节点上输出的音频数据的应用中非常重要。

尽管AVB标准涵盖了带宽预留和固定等待时间,但在其他一些用例中,甚至需要更短的等待时间。通过以太网接口实施闭环控制时就是这种情况。时间敏感网络(TSN)标准解决了这些问题。其中包括IEEE 802.1Qbv-2015,它提供了定义的时间窗口,以通过阻止低优先级流量来确保端到端延迟。

最后,考虑到未来的全电动动力总成,能源高效以太网(EEE)标准IEEE 802.3az2010提供了将节点置于待机状态的机制,使接收电路处于一种能够接收唤醒消息的模式。

汽车以太网作为外围设备或独立解决方案

汽车以太网将处于三个明确的应用领域之一;中央数据骨干网,域控制器或终端节点运行应用程序的大型中央ECU。在前两种情况下,理想的情况是使用合适的外围设备来实现汽车以太网,以补充所选的高性能SoC。第三种情况通常是较小的32位MCU的领域,可以在成本和足够的性能之间取得平衡。

随着车载以太网已经得到扩展,满足车载网络的苛刻要求。凭借丰富的带宽,保证等待时间以及对指定演示时间的支持,这项老牌技术再次焕发了活力,并已准备就绪,可以满足ADAS和自动驾驶等的新兴需求。

来源于汽车ECU开发 ,作者eng2mot 翻译自eenew


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