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來源：AVNET 軟件定義式汽車正迅速成為現(xiàn)實(shí)，工程師持續(xù)探索車用網(wǎng)絡(luò)的急劇崛起及其發(fā)展趨勢(shì)，以滿足汽車產(chǎn)業(yè)的需求。 過去 40 年來，汽車的設(shè)計(jì)發(fā)生了驚人的巨變。從一開始的動(dòng)力轉(zhuǎn)向和防死鎖煞車等機(jī)械方面的強(qiáng)化，到后面電子控制和儀表的進(jìn)化。 現(xiàn)代汽車或許仍遵照著汽車發(fā)明人 Henry Ford 的設(shè)計(jì)原意，只是運(yùn)作方式已然截然不同。現(xiàn)代汽車成了互連電子系統(tǒng)的平臺(tái)，且隨著電池電動(dòng)車和全自動(dòng)駕駛功能的成長(zhǎng)，帶動(dòng)這股趨勢(shì)持續(xù)加速。 自 70 年代中期以來，電子控制單元 (ECU) 一直是非常重要的車輛功能，作用是讓引擎燃油的噴射和正時(shí)達(dá)到優(yōu)化管理，后來電子系統(tǒng)融入到更多車輛功能之中，從變速箱到舒適控制，從懸吊到循跡防滑控制。于是，ECU 的數(shù)量大幅增加。最初，每個(gè) ECU 只執(zhí)行單一功能，很少或根本不會(huì)互動(dòng)。 當(dāng)部分車款中的 ECU 數(shù)量達(dá)到 150 個(gè)以上時(shí)，汽車產(chǎn)業(yè)就開始在接下來的二十年里將這些整合到車身與傳動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域。傳感器的使用數(shù)量和不同功能之間的互動(dòng)的增加，指出了改善車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的需求。 車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不斷進(jìn)化，以管理日益增加的電子功能。 車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化 ECU、傳感器和致動(dòng)器之間在業(yè)界中已有標(biāo)準(zhǔn)連接方式。90 年代中期，汽車工程師協(xié)會(huì) (SAE) 便制定了 ECU 互連的 J1939 規(guī)格。此標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入了訊息式的控制器局域網(wǎng)絡(luò) (CAN) 通訊協(xié)議，幾十年來一直使用在高速車用網(wǎng)絡(luò)上。搭配 CAN 的其他傳統(tǒng)式低速序列總線和多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 (例如 FlexRay、媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸 (MOST) 和區(qū)域互連網(wǎng)絡(luò) (LIN)) 成為了關(guān)注的焦點(diǎn)，而汽車 E/E (電氣/電子) 架構(gòu)工程師仍在不斷努力，以滿足高速網(wǎng)絡(luò)的需求。 CAN 一開始推出時(shí)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率僅 150 kb/s。后來經(jīng)過不斷改善，推出了 10 Mb/s CAN-FD (彈性數(shù)據(jù)率) 通訊協(xié)議。最近通過核準(zhǔn)的 CAN XL 通訊協(xié)議更將帶寬擴(kuò)展至 20 Mb/s。 即使數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)加倍，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)等技術(shù)仍需要更高的速度。在安全性和保全功能方面，視覺型傳感器、前置毫米波雷達(dá)和 LiDAR 變得非常受歡迎。熱門的有像是車道偏離警告、緊急煞車和適應(yīng)性巡航控制，它們都需要超高可靠度、高帶寬、低延遲的網(wǎng)絡(luò)，以維持高效率的運(yùn)作。 以太網(wǎng)絡(luò)為最主要的 IP 型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，已受到汽車應(yīng)用的采用。以太網(wǎng)絡(luò)和汽車以太網(wǎng)絡(luò) (100Base-T1、1000Base-T1 和 10Base-T1S – 10 Mb/s 至 1 Gb/s) 之間本質(zhì)上的差異在于物理層，其優(yōu)點(diǎn)是單屏蔽或無屏蔽雙絞線的成本更低、更輕巧、重量更輕。這種以太網(wǎng)絡(luò)方法稱為單對(duì)以太網(wǎng)絡(luò) (SPE)，這是一種實(shí)體媒體接口，在工業(yè)自動(dòng)化等其他市場(chǎng)領(lǐng)域也快速獲得采用。 但電子系統(tǒng)越多，仍然需要更多的銅線。要互連 ECU、傳感器、致動(dòng)器和信息娛樂的人機(jī)接口，需要靠重型織機(jī)，這為汽車 E/E 業(yè)界的高階主管帶來了挑戰(zhàn)。 纜線和系統(tǒng)的額外重量是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)電池電動(dòng)車來說，重量決定了行駛里程。線束越來越重、體積不斷增加，設(shè)計(jì)和安裝也越來越復(fù)雜。因此，汽車工程師必須要將平臺(tái)從領(lǐng)域型方法改成區(qū)域架構(gòu)。 從以領(lǐng)域?yàn)橹行牡姆椒ǖ酵耆膮^(qū)域型架構(gòu) 隨著對(duì)互連系統(tǒng)的相互依賴性日益提升，一車一服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)的形式越來越受青睞。因此，軟件定義式汽車正迅速成為現(xiàn)實(shí)。 領(lǐng)域布線方法使用高成本、冗長(zhǎng)且笨重的線束，區(qū)域系統(tǒng)則使用備援以太網(wǎng)絡(luò)骨干來服務(wù)每個(gè)區(qū)域，同時(shí)連接所有主要車輛功能。 
Engineers are removing chaotic domain wiring and replacing it with a central server and a zonal architecture. (Source: NXP) 將多個(gè) ECU 功能聚合到中央服務(wù)器，并將特定的邊緣任務(wù) (車窗控制等) 卸除或委派至區(qū)域控制器 (全部與汽車以太網(wǎng)絡(luò)骨干連接)，除了減輕重量，也能降低復(fù)雜性。透過這種方法，還能將部分汽車功能轉(zhuǎn)換成軟件服務(wù)，往全自動(dòng)駕駛車所要求的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車邁進(jìn)。 除了汽車以太網(wǎng)絡(luò)的物理層優(yōu)勢(shì)，此通訊協(xié)議還導(dǎo)入了一些最初針對(duì)工業(yè)應(yīng)用所開發(fā)的理想功能和最新強(qiáng)化。其中值得注意的是時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN)，其提供了確定性網(wǎng)絡(luò)行為，這對(duì)安全關(guān)鍵功能來說至關(guān)重要。 毫無疑問，以太網(wǎng)絡(luò)終將取代 CAN。但目前來說，汽車產(chǎn)業(yè)仍會(huì)繼續(xù)部署 CAN 和其他速度較慢的網(wǎng)絡(luò)。畢竟 CAN 還是適合眾多應(yīng)用，而以太網(wǎng)絡(luò)至今仍成本太高，且過于復(fù)雜，難以取代 CAN。 除了以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在車用網(wǎng)絡(luò)中崛起，對(duì)高速應(yīng)用專屬接口通訊協(xié)議的需求也為新標(biāo)準(zhǔn)帶來了機(jī)會(huì)。其中一例便是行動(dòng)工業(yè)處理器接口 (MIPI) A-PHY，這是一種非對(duì)稱的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或菊鏈界面通訊協(xié)議，用一根無屏蔽雙絞線 (UTP) 纜線便能提供高達(dá) 16 Gb/s 的超高速單向數(shù)據(jù)鏈路和供電。MIPI A-PHY 是唯一原生支持 MIPI CSI-2 攝影機(jī)和 DSI-2 顯示接口的汽車接口，非常適合進(jìn)階駕駛輔助系統(tǒng)和信息娛樂應(yīng)用。 車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)加速崛起 過去 40 年來，車輛技術(shù)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。時(shí)尚、直覺化且信息豐富的觸摸屏已經(jīng)取代了模擬儀表板和開關(guān)。此外，現(xiàn)代車輛也變得更加安全，加入了緊急制動(dòng)和盲點(diǎn)偵測(cè)等 ADAS 功能。 因?yàn)槠嚂?huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，常被形容成加上輪子的數(shù)據(jù)中心。汽車也跟任何數(shù)據(jù)中心一樣，都要靠穩(wěn)定且強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)才能安全可靠地運(yùn)作。 |
