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如今，汽車與網絡通信領域的融合已經成為不可逆轉的趨勢。在過去，汽車被認為是傳統(tǒng)工業(yè)的象征，而網絡通信則是來自硅谷的新興力量。然而，現在這兩個不同世界正在緊緊相擁，深度融合正在助力汽車科技的進步。

如果說4D毫米波雷達升級了汽車的眼睛，新能源動力系統(tǒng)更換了汽車的心臟，智能駕駛芯片優(yōu)化了汽車的大腦，那么車載以太網則是改造了汽車的大動脈。

背景

從智能汽車通訊網絡承載的功能來看，隨著車載子系統(tǒng)增加和攝像頭分辨率的提升，傳統(tǒng)車載網絡如CAN、CAN_FD和FlexRay等，面臨著數據共享和傳輸帶寬臨的挑戰(zhàn)。此外，目前主流車載網絡標準相對封閉，難以與外部設備及網絡服務連接。為解決這些問題，車載以太網作為更高帶寬、更開放的通訊方式應運而生。以太網的靈活星形連接架構使得每條鏈路都能擁有更高的帶寬，大幅降低應用成本，且方便車輛與外部世界的頻繁交互，實現多媒體娛樂和遠程信息處理的平滑過渡。

從智能汽車電子電氣架構發(fā)展趨勢來看，集中式架構成為主流趨勢，而車載以太網技術在集中式架構中扮演著關鍵角色。隨著自動駕駛、智能座艙和電動化趨勢的發(fā)展，域集中/跨域集中式架構逐漸成為智能駕駛汽車的主流方向，多個域控制器將融合為中央計算單元與多個區(qū)域控制器并存的形態(tài)。疊加以太網及TSN技術能夠最大化滿足智能網聯汽車發(fā)展所需的實時計算與高速傳輸的軟件需求。

本文將深入探討車載以太網的基本原理、應用場景和當前落地現狀與市場前景。

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基本原理介紹

1）物理層

雖然以太網技術在互聯網領域已經非常成熟，但直接將其應用于車載領域并不可行，因為在車載領域，對數據傳輸的實時性、可靠性以及安全性等方面有更高的要求。汽車的通信網絡必須能夠確保各個電子器件之間的高效、穩(wěn)定的數據傳輸，尤其對于安全關鍵的系統(tǒng)，如自動駕駛和車輛控制等，則要求更加嚴格。因此，為滿足汽車領域的特殊需求，車載以太網需要進行必要的調整，優(yōu)化主要集中在物理層，使用一對非屏蔽雙絞線進行全雙工信息傳輸，具體修改如圖2所示，這樣做能降低?80%的連接成本，也減輕了?30%的線纜重量。

2）通訊協議

為了確保其在各種車輛中都能廣泛應用，需要制定一個統(tǒng)一的標準和協議。為適應汽車通訊領域的特殊需求，IEEE組織對IEEE 802.1和IEEE 802.3標準進行了相應的補充和修訂。

在眾多車載以太網通訊協議中，TSN（Time-Sensitive Networking，時間敏感網絡）協議是其中最關鍵的。TSN是一組用于實時和時間敏感數據傳輸的網絡協議標準，它能夠滿足汽車對低延遲、高帶寬和高可靠性的通訊需求。TSN?的重要之處在于消除了傳統(tǒng)以太網因多流并發(fā)導致的不確定性，尤其對于那些具有關鍵時間約束的應用具有重要意義。

為了讓汽車內部各個部件能順利地“交流”，我們需要使用中間件，將各種不同的電子器件語言“翻譯”成統(tǒng)一的語言，以實現各電子控制單元（ECU）間的高效數據通信。

目前汽車通訊的軟件架構協議中，AUTOSAR（Automotive Open System Architecture）規(guī)范被廣泛應用，它定義了汽車電子系統(tǒng)的軟件架構及接口。AUTOSAR規(guī)范已經包含了車用TCP/UDP/IP協議棧，而SOME/IP和DDS則代表了一些新型的通信中間件。SOME/IP基于AUOTOSAR架構開發(fā)，而DDS則是借鑒自其他工業(yè)領域，特別適用于對實時性有較高要求的車載應用場景，比如自動駕駛系統(tǒng)。

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應用和現狀

1)?車載以太網與其他總線對比

隨著多年的發(fā)展，傳統(tǒng)的車載網絡主要以CAN總線為核心，同時也采用了多種并存的總線技術。現階段，車載使用的總線技術包括CAN、LIN、FlexRay、MOST以及LVDS等，其中以CAN總線為主，而LIN總線則提供輔助功能。

CAN總線主導著車上的數據傳輸，被廣泛應用于現行車載網絡技術，而LIN作為低成本的通用串行總線，主要服務于車內的車門、天窗、座椅等控制部分，從而為CAN總線提供支持。然而，CAN、LIN的傳輸速率較低，難以滿足高級智能感知設備（如4D毫米波雷達）的數據傳輸需求。為此，車載以太網作為下一代智能汽車網絡的核心技術應運而生。它提供了高帶寬和輕量化線束的解決方案，并具有較高的性價比。

那么車載以太網是否能完全替代如CAN、CANFD等傳統(tǒng)通訊網絡呢？

筆者認為不會。

首先，像CAN/CANFD等傳統(tǒng)通訊網絡已經在汽車領域得到廣泛應用，他們具備成熟產業(yè)鏈、低廉的成本，替代成本很高，其次像CAN、CANFD等傳統(tǒng)網絡雖然帶寬不高，但是可靠性非常好，非常適合如底盤域、動力域等對可靠性要求極高的場景，這則是車載以太網所不能具備的。

車載以太網可憑借高帶寬、靈活性及較強的通用性，尤其適用于激光雷達和高清攝像頭等傳感器的高速數據傳輸，同時，它兼容現有的互聯網協議，可以非常方便的通訊。

因此，短期內，兩者可能會并行使用，而在未來，盡管車載以太網可能逐漸成為主流通訊技術，但我們仍將在一定程度上依賴傳統(tǒng)通訊網絡。

2)?應用前景

目前，車載以太網已經嶄露頭角，成為所有總線中傳輸速率最快的通信技術，有望率先應用于智能駕駛和智能座艙，并在未來逐步取代大多數現有的車內通信技術。隨著汽車智能化的不斷發(fā)展，車載以太網的發(fā)展可分為三個階段。

在第一階段，車載以太網將廣泛應用于車載診斷系統(tǒng)和?ECU?軟件刷新的?DoIP?協議，同時也會負責高清攝像頭的數據傳輸，以提供更高效的駕駛輔助功能；

在第二階段，車載以太網將進一步整合多個子系統(tǒng)，以滿足智能座艙和智能輔助駕駛的需求。例如，通過將多媒體、駕駛輔助和診斷接口集成在一起，可以提供更便捷、更智能的車內體驗；

到達第三階段時，車載以太網將發(fā)揮更重要的作用，成為車載主干網絡的關鍵技術。它將集成動力總成、底盤、車身控制和智能座艙等功能，形成一個跨域的汽車網絡。

在新一代的智能汽車電子電氣架構中，車載以太網成為主干網絡的首選，從經典的五域到三域，再到整車中央計算平臺的演變路徑中，都可以看出其重要性，具體如下圖6和圖7所示。

在智能座艙中，車載以太網通過連接各種智能設備，實現智能化功能和實時數據交流。它提供了高帶寬和低延遲，確保了音視頻傳輸的流暢性，為乘客帶來了更好的體驗。

在智能駕駛中，車載以太網將逐漸連接各種傳感器和控制單元，提供高速和低延遲的數據傳輸和，確保實時數據傳輸，從而提高自動駕駛的準確性和安全性。這些凸顯了車載以太網在智能座艙和智能駕駛中的關鍵作用。

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產業(yè)鏈

車載以太網的產業(yè)鏈主要包括以下幾個部分：原材料供應商、芯片設計和制造、硬件設備制造、軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成、終端應用等環(huán)節(jié)。在這個復雜的產業(yè)鏈中，各個環(huán)節(jié)的廠商需要密切合作，才能滿足用戶的需求。

其中，芯片設計和制造環(huán)節(jié)扮演著至關重要的角色，特別是車載物理層（PHY）芯片，它是整個產業(yè)鏈中的核心環(huán)節(jié)。全球以太網物理層芯片的供應商主要集中在海外，市場競爭激烈。歐美和中國臺灣廠商憑借資金、技術、客戶資源和品牌等優(yōu)勢，占據了市場的主導地位。目前，全球車載以太網PHY芯片的主要供應商包括Marvell、博通、瑞昱、德州儀器、NXP等，這五家廠商幾乎控制了市場的全部份額。由于技術門檻高，市場競爭集中，這為國產替代提供了巨大的發(fā)展空間。

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總 結

在汽車行業(yè)，智能化和網絡化的趨勢日益明顯，車內信息傳輸量持續(xù)增加，域/跨域集中式架構也逐漸成為智能汽車的主流方向。傳統(tǒng)通訊網絡以CAN總線為主干網絡，并同時使用多種總線技術作為輔助。然而，面對汽車智能化帶來的挑戰(zhàn)，我們需要一種更高效、可靠、低能耗、低延遲、輕量化的數據傳輸方案，而車載以太網正是這樣一種理想的解決方案。車載以太網不僅擁有高速數據傳輸的能力，還具有出色的可靠性和低功耗/延遲等特性，這些優(yōu)勢使得車載以太網在未來的汽車通信架構中發(fā)揮著關鍵角色。

隨著汽車智能化的發(fā)展，我們預見車載以太網將率先在智能座艙和輔助駕駛領域得到廣泛應用，并有望在未來作為主干通訊網絡。

同時，我們也要看到，雖然車載以太網具有眾多優(yōu)勢，但其應用的推廣和普及仍需要時間，同時也需要產業(yè)鏈上下游各廠商的配合和支持。例如在硬件和軟件的設計和制造、系統(tǒng)的集成和應用等環(huán)節(jié)，都需要多方面的技術支持和協同合作。然而，這也正是我們所期待的，汽車智能化和網絡化的趨勢將推動車載以太網技術的快速發(fā)展，開啟智能汽車新的通信時代。

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