(本文编译自Electronic Design)

车载以太网是一种连接车内电子单元的新型局域网技术。它并非普通以太网的车载直接移植,而是面向汽车工业场景深度优化的专用网络技术,它以以太网技术为基础,通过单对双绞线布线、适配车规级环境特性、融合AVB/TSN等确定性通信能力,实现了对车载网络高带宽、低时延、高可靠、轻量化的核心需求适配,这也是其与依托多对双绞线、面向通用场景的常规以太网最核心的区别。

目前,业界对车载以太网还有一些认知误区,如车载以太网与传统以太网的区别、它是否仅适用于高端车型等,然我们一一解惑。

打开网易新闻 查看精彩图片

1

汽车以太网属于未来技术,并非当下可用

汽车以太网是一种面向未来的网络技术,通过对以太网的适配优化,提升车载使用体验。2025年该市场规模已达35亿美元,预计到2031年将呈指数级增长至119.3亿美元。

目前,整车厂已从汽车以太网的应用中获益。借助这一技术,整车厂能够满足现代安全法规要求,同时适配当前车载网络的互联需求,包括高级驾驶辅助系统(ADAS)和信息娱乐系统的相关需求。

打开网易新闻 查看精彩图片

2

以太网与汽车以太网并无区别

常规以太网通常采用不同规格的知名“Cat”线缆,这类线缆配备多对双绞线及不同屏蔽层,实现设备间的数据收发。而在汽车以太网的应用中,数据传输通常仅通过一对双绞线完成。

这一设计进而降低了车辆的重量与网络复杂度。一辆汽车的内部布线通常超过1.6公里,这部分布线占据了相当可观的重量,而汽车以太网的大规模应用能够有效降低这一重量。

打开网易新闻 查看精彩图片

3

汽车以太网对量产车型而言成本过高

尽管以太网芯片的单价高于CAN芯片,但在对带宽有更高需求的场景下,其在重量与布线复杂度上实现的成本节约,使其成为现代量产车型设计中性价比最高的选择。此外,随着应用规模的扩大、技术的标准化推进以及市场对高速传输的需求提升,相关市场成本已大幅下降,物理层收发器等核心元器件的单位成本也随之降低。

同时,车辆中主流的网络拓扑结构为星型拓扑,该结构通常以点对点链路实现连接,经优化后可最大限度降低布线复杂度。采用汽车以太网,能够通过替换传统总线与厚重布线,进一步降低整车系统成本。

打开网易新闻 查看精彩图片

4

汽车以太网的时延与带宽可靠性极差

事实并非如此。目前汽车以太网的传输速率主流覆盖10Mb/s(10BASE-T1S)至10Gb/s(10GBASE-T1)区间,同时可搭载AVB/TSN工具集,通过其丰富功能实现数据传输时序的精准化与可预测性保障。

更高的带宽并非必然带来更优的系统性能,行业发展的核心趋势正转向车载关键业务通信的高效管理,工作重点已放在高吞吐量数据的确定性传输流程优化上,具体涵盖高分辨率摄像头影像、激光雷达数据及各类传感器实时数据流。这一优化将确保车辆架构的核心网络链路,能够以极低时延处理这类专业负载。

打开网易新闻 查看精彩图片

5

车载以太网的应用会降低车辆的安全性

车载网络确实可能存在安全漏洞,因此需部署安全启动流程、防火墙及加密技术以规避风险。媒体访问控制安全协议(MACsec)可助力提升车辆安全性能,开放联盟(OPEN Alliance)也为此成立了TC17,核心目标是对该协议进行适配优化,以满足汽车行业的专属安全需求。

而车载以太网的应用,正是在车辆内部落地上述这类现代信息技术架构下安全机制的关键前提。

打开网易新闻 查看精彩图片

6

汽车以太网无法适应各类天气条件

汽车以太网为适配汽车极端运行环境而专门设计,可稳定工作。该技术能耐受宽幅温度波动、高湿度、潮湿环境、强电磁干扰(EMI)及物理振动,同时保持高质量、高速率的通信状态。

这些优异的抗扰特性,确保了高级驾驶辅助系统传感器、信息娱乐系统、安全电子设备等对确定性网络有要求的核心系统,在各类严苛的实际使用环境中均可稳定运行。

打开网易新闻 查看精彩图片

7

汽车以太网的能效表现不佳

在未来汽车的能效优化愈发受重视的背景下,汽车以太网成为兼顾实用性与能效的优选方案。依托开放联盟第10技术委员会(OPEN Alliance TC10)定义的休眠模式、电气和电子工程师协会(IEEE)的节能以太网(EEE)技术等核心特性,再加上前文提及的单对双绞线布线设计,汽车以太网既能降低车辆重量,又能实现能效提升。

打开网易新闻 查看精彩图片

8

汽车以太网仅适用于低性能应用

事实上,该技术可支撑高带宽应用场景,包括信息娱乐系统、高级驾驶辅助系统及自动驾驶配套摄像头、车辆诊断系统等。汽车雷达传感器这类设备对实时响应、低时延有硬性要求,因此标准化技术成为其首选方案。

电气和电子工程师协会(IEEE)目前正制定非对称电介质汽车以太网标准(P802.3dm),针对上下行传输的差异化带宽需求作出规范,这一标准化工作对摄像头等诸多应用场景均具有重要实际意义。

打开网易新闻 查看精彩图片

9

汽车以太网仅适用于电动汽车或自动驾驶汽车

尽管电动汽车和自动驾驶汽车能从该技术中获得极大收益,但汽车以太网绝非此类车型专属。在内燃机汽车和混合动力汽车中,电子控制单元、传感器的数量以及软件驱动功能的规模同样居高不下,该技术也能充分发挥作用。

现代内燃机汽车和混合动力汽车对高带宽、低时延通信的依赖度持续提升,以此支撑高级驾驶辅助系统、集中式或区域式整车架构,以及车辆远程软件升级。此外,实时诊断、预测性维护和精细化车辆健康监测功能,对车载网络的要求已超出传统 CAN 总线或 LIN 总线的原始设计承载能力。

汽车以太网凭借可扩展的带宽、标准化的通信体系及对时间敏感网络(TSN)的支持,能为所有动力类型的车辆实现上述功能提供技术支撑。因此,无论车辆为电动、混动还是纯内燃机驱动,汽车以太网均已成为现代整车架构的核心基础技术。

打开网易新闻 查看精彩图片

10

汽车以太网将取代CAN总线、LIN及FlexRay总线

部分传统协议并不会从市场上消失并被以太网取代,FlexRay总线、面向媒体的系统传输协议(MOST)均属此类。一款LIN或CAN总线收发器的单价仅为数美分,微控制器处理LIN或CAN总线协议栈所需的算力也极低,因此这些协议在未来仍将持续得到应用。

但依托10BASE-T1S技术,以太网正逐步渗透传统协议的应用领域。加之开放联盟(TC18)目前正制定远程控制协议,CAN、LIN 等传统协议的应用范围将进一步向网络边缘延伸。

打开网易新闻 查看精彩图片

11

汽车以太网缺乏标准化规范

汽车以太网技术已形成标准化体系,以此提升车辆、网络与软件系统之间的互操作性。

电气和电子工程师协会(IEEE)、开放联盟等标准制定组织负责汽车以太网的标准化工作,并制定测试规范,保障相关产品的兼容性与互操作性。其中开放联盟的工作重点聚焦汽车领域,其大部分会员均来自汽车行业。

结语

希望通过对以上汽车以太网的11个认知误区,能让行业更清晰地认知这一技术的价值与定位。未来,随着汽车集中式/区域式架构的普及、自动驾驶与车云协同的深化,车载网络对通信能力的要求将持续提升,而汽车以太网凭借可扩展的带宽、完善的安全机制、标准化的体系以及与现代汽车技术发展的高度适配性,必将成为支撑汽车产业转型的核心底层通信技术。