未来的汽车将少不了CAN总线技术

未来的汽车可能需要一种替代传统CAN总线的技术。

以太网技术很可能在汽车的未来扮演更大、更重要的角色，而汽车行业需要在这种情况发生时做好准备。

目前，汽车网络基础设施通常有多达8个不同的网络标准。处理这么多不同网络的复杂性对当今汽车的成本有着巨大的影响。对每种网络类型的研发应用投入不仅增加了成本，管理遗留软件/固件的难度也增加了成本，从而导致不兼容性和无法重用部件。

由于这些改进需要一个专用的物理层网络，因此业界普遍认为以太网的优点是具有超兼容性和灵活性，能够满足汽车行业的未来需求。

“汽车以太网是目前发展最快的标准之一，”一位行业人士表示，“因为每家汽车制造商都希望在即将发布的新车型上投入更多的功能。”

目前，汽车以太网是由两大市场力量驱动的。首先，车辆使用了更多的传感器，来自这些传感器的数据需要以非常高的速度进行通信。其次，任何一种新的高速通信方式都需要考虑轻量化的要求。

比如，在传感器融合的情况下，对高速通信解决方案的需求尤为重要。汽车制造商越来越多地从多个传感器(如雷达、激光雷达和照相机)获取数据，并将其融合，形成汽车周围环境的360度感知。

“如果传感器还是像传统方式独立工作，你可能不需要高速数据传输，那么以太网就不那么重要了，”业内人士表示，“但一旦你开始将数据融合在一起，并希望基于多个传感器的实时数据做出决策，那么对带宽的需求就会增加。”

汽车以太网将允许传感器数据以每秒千兆比特的速度传输。相比之下，今天汽车上常用的CAN总线的工作速度是每秒兆比特。

此外，任何提供高速通信的解决方案，都必须在不增加车辆中已经庞大的线束重量的前提下实现。现在，以太网技术恰恰满足了这一需求，因为与计算机中使用的早期以太网系统不同，汽车以太网是使用一对未屏蔽的单绞线，在减少通信线路的数量情况下，还减少了线束的重量。与LVDS等技术相比，成本降低了约80%，重量降低了20%。

这无论是对于传统动力驱动，尤其是对纯电动汽车来说，燃油或能耗经济性尤为重要。

我们已经可以看到，越来越多的汽车制造商认识到汽车以太网技术的必要性，并正在与供应商合作以实现这一目标。包括宝马（2013年上市的宝马X5采用了单双绞线，100Mbps以太网连接ADAS摄像头。）在内的一些汽车制造商已经在使用有限数量的汽车以太网。

尽管如此，该行业的许多企业还没有量产使用这项技术，更多的则是在自动驾驶车辆的测试方面。同时，也并不是所有的测试工程师都对这些变化做好了准备，尤其是那些一直在使用低频技术的工程师。尤其是一些是传统的EMC(电磁兼容性)工程师——不一定是高速数字工程师。

尽管一些汽车制造商和供应商已经开始采纳汽车以太网技术，但还有很多工作要做。今天，超过90%的汽车数据继续通过CAN总线进行通信。“就部署而言，这项技术仍处于起步阶段，”上述业内人士表示，这将是一个缓慢的转变。

不过，准备工作开始的越早越好。尤其是自动驾驶汽车更需要一个强大的网络，足以处理产生的海量数据。

截至2016年，Broadcom为主要oem厂商提供服务。其他的参与者（Marvell、Microchip、NXP、Toshiba）也有很大的份额，也在开发下一代汽车以太网。

为了确保网络足够强大，去年5家汽车行业厂商博世、大陆、英伟达、大众和Aquantia组建了自动驾驶网络联盟（NAV），该联盟的核心是Aquantia的芯片，它支持多千兆以太网(Multi-Gig AutomotiveEthernet)网络，可以以每秒10千兆的速度传输数据。

Aquantia的创始人菲尔·德兰塞(Phil Delansay)表示，以太网技术在自动驾驶汽车中是必要的，因为它们需要传输来自多个摄像头和传感器的大量数据。

自动驾驶也需要一种新的车载网络解决方案，能够在越来越多的高分辨率传感器、摄像机和中央处理单元之间以更快的速度传输数据。该联盟将推动下一代车载Multi-Gig以太网网络所需的生态系统开发。

Nav联盟将创建规范，为新技术建立共识，创建流程和测试需求，推广与规范匹配的产品，与标准制定机构进行互动。

汽车电子市场的发展使以太网对高带宽和网络同步的需求日益增长。按照相关机构发布的数据，到2020年，大部分车型将拥有50到60个以太网端口，甚至入门级车型也将拥有10个。而高端车型的以太网节点可能会超过100个。

现有的100Mbps到1Gbsp的标准车载以太网解决方案正在推动全球车载以太网系统市场的增长。以太网通过提供更高的数据传输模式，使汽车服务行业标准化。

不过，以太网也并非已经“独占鳌头”。

尤其是对于要求最小延迟的ADAS及自动驾驶系统，以太网的图像缓冲、编码和解码要求可能对这些实时处理系统产生负面影响，尽管该技术增加了带宽。

目前，在摄像头上使用最多的是LVDS，以太网的吞吐量略低于LVDS，但关键的优势是它是一个分组交换网络，这样的分组交换拓扑在未来汽车网络架构设计中有巨大的好处，因为越来越多的电子设备被添加到汽车中，所有这些东西都需要相互通信。

目前，汽车以太网主要量产采用的是100mbps，未压缩的视频需要更高的带宽。所以，汽车制造商确实需要压缩数据，然后传输，然后再解码，这确实增加了一点延迟。

但也有业内人士表示，如果仔细优化编码器，优化传输，优化解码器，你仍然可以将延迟控制在几毫秒之内。

不过，对于以太网非常有利的就是成本、成本、成本。这是汽车制造商在量产时优先考虑的因素。比如，最传统的摄像头，通常车载摄像头是没有DRAM的，因为这会增加几美元的成本。

而与与LIN (19.2 kb/s)、CAN FD (15 Mb/s)、FlexRay (10 Mb/s)和MOST(25、50或150mb/s)相比，以太网提供了更高的带宽数据传输。

LIN协议实际上只适用于非常低带宽的应用程序，这些应用程序控制窗户、部分设备或灯。

CAN或CAN FD提供了15mb/s范围内的灵活数据速率，但仍然仅限于带宽相对较低的应用程序。

FlexRay的情况也是如此，它提供了冗余的优势，因为它有一对并行的数据线。如果一条线路损坏，另一条线路可以接管它的功能。因此，它的优势在安全或关键任务的功能，如转向或制动控制的应用。

面向媒体的系统传输(MOST)是一种信息娱乐标准，具有25mb/s、50mb/s和150mb/s的数据速率，但最大的问题是，大多数的150mb /s是在环拓扑网络中共享的，而每个专用的汽车以太网链路提供了全部的150mb/s带宽。

因此，与大多数流行的汽车传输数据标准相比，汽车以太网提供了更高的带宽。由于它依赖于单个未屏蔽的双绞线，它还提供了一种低成本的布线方案。布线重量比屏蔽布线轻约30%，连接性成本节约约80%。

此外，汽车以太网满足汽车应用领域严格的电磁兼容和电磁干扰要求以及温度等级要求。最关键的是，以太网栈上层的所有软件接口都与标准以太网完全相同。