每辆车中将配备数个网关路由,你知道他们的作用吗?

2019-08-21来源: EEWORLD关键字:自动驾驶  连接器

本文作者:Molex公司Harsh Patel


预测2020年将有2.5亿辆联网汽车和1000万辆自动驾驶汽车,2025年则将达到4.7亿辆连接/自动驾驶汽车。

车辆使用数据量将大增


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Statistica的分析师根据麦肯锡估计的数据制作了这些图表,联网汽车每小时可创建25千兆字节的数据,这相当于近30个小时的高清视频播放或者超过一个月连续播放音乐流媒体。

随着联网汽车数量的增加,它们产生,传输和接收数据也在增加。麦肯锡表示,通过互联车辆(包括和云互联数据)的传输数据量大约为25 GB/小时,而一旦车辆实现真正自主,这个数字将上升到接近500 GB的数据/小时。


车辆网络传输协议面临的挑战


今天的车载网络实际上使用了几种不同数据网络协议组合,其中一些协议已经存在了几十年。包括了负责处理动力总成和执行器的CAN总线;处理非时间敏感的应用,如气候控制,环境照明,座位调整等等的LIN总线;用于信息娱乐的面向媒体的系统传输MOST总线;用于防抱死制动,电子动力转向和车辆稳定性功能的FlexRay总线。

不同协议下的车辆网络必须需要网关在内的基础设施,这种做法并不是最佳解决方案,一个是每个网络的布线会增加车的重量,其中线束是车辆中的第三重部件(仅次于发动机和底盘)。

如今的汽车网络还包含许多电子控制单元(ECU),典型车辆中的ECU数量也在增加,豪华车型携带150个ECU并不罕见,而普通车辆可能拥有多达90个ECU。

汽车设计人员得出的结论是,支持高级驾驶辅助系统(ADAS)的数据密集型应用无法通过当今使用的汽车网络技术来处理。无论是在拓扑方面还是在底层网络技术方面,车载网络的整个方法都必须从根本上改变。

今天,车辆中使用的网络结构正朝着所谓的基于域架构的方向发展(每个汽车制造商都有自己的架构,但主要概念通常类似)。在旧车辆网络具有专用ECU和专用总线系统的情况下,域架构的特点是每个关键功能都连接到不同的域:一个ECU和网络处理主体控制,一个用于信息娱乐的ECU /网络,一个用于远程信息处理,一个用于动力系统, 等等。至少目前,这些域通常仍采用不同网络协议(CAN,LIN等)的混合。

如今,车辆中使用的网络结构正朝着所谓的基于域的架构的变体发展。域架构的特征在于每个关键功能的不同域:一个ECU和网络处理主体控制,一个用于信息娱乐的ECU /网络,一个用于远程信息处理,一个用于动力系统,等等。随着网络变得越来越复杂,这种基于域的方法变得越来越低效。因此,将从基于域的体系结构(domain)迁移到称为区域体系结构的类型(Zonal)。

随着网络变得越来越复杂,这种基于域的方法变得越来越低效。因此,将从基于域的体系结构迁移到称为区域体系结构的类型。

区域架构根据ECU在车辆中的位置(区域)将来自不同传统域的数据连接到同一ECU,这种方案大大减少了线束的数量,可以使用分立以太网布线方式处理多功能的融合。

与其他车载网络协议不同,以太网具有明确的开发路线图,规划了更高的速度。相比之下,CAN和LIN等传统汽车协议存在能力的天花板,而且没有明确的升级路径来解决这些问题。


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预计车辆内的大多数数据传输都将通过以太网进行,因此,该计划适用于整个车辆中的单个同质网络。且是可扩展的,它支持更高的速度(例如10G),具有超低延迟等特点。设计人员将根据带宽需求为特定功能选择合适的以太网物理层(PHY)。因此,数据丰富的图像传感器(如雷达和激光雷达)可能采用1 Gbps接口,另外一些低数据速率传感器可能只需要10 Mbps的连接接口。

区域架构将采用以太网交换机来管理所有不同域活动的数据,不同的数据域将连接到本地交换机,然后以太网骨干网将聚合数据。通过这种方式,网络可以使用相同的核心协议来支持不同速率的应用。


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汽车以太网的实例:具有25 Gbps + Molex HSAutoGig互连解决方案的Molex 10 Gb以太网网关。它支持汽车传感器,摄像头,网关和交换机所需的信号完整性余量,这些是未来自动驾驶汽车的重要组成部分。


以太网标准将一统车载网络

目前,汽车业及相关供应商正在致力于将汽车以太网标准化,被称为IEEE 802.3CH标准,适用于超过15米的高速汽车以太网应用(2.5G,5G和10G的汽车以太网),可选PoDL(数据线供电)。该标准的第一个版本将于今年年底发布。它是Multi-Gig汽车以太网任务组(NGAUTO)的产品,旨在定义2.5 Gbps,5 Gbps和10 Gbps速度下的质量和操作流程。

车辆网络化的趋势导致了旨在标准化汽车以太网的努力。目前正在进行中的是汽车以太网规范是IEEE 802.3CH,用于15米以上的高速汽车以太网应用(2.5G,5G和10G的多千兆汽车以太网),可选PoDL(数据线供电),该标准的第一个版本将于今年年底发布。

IEEE还在802.3以太网工作组下设立了一个研究小组,用于超过10Gbps的汽车以太网,这是一个相对较新的发展,可能需要一段时间才能出现10 Gbps以太网的任何标准。


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车载以太网发展路径蓝图


5G是车联网的第二大进展


影响联网车辆的另一个趋势是转向5G,主要的电信运营商已开始在大城市地区启动第五代(5G)无线网络。通过实现更快的数据速率和安全的车辆到车辆(V2V)以及车辆到基础设施(V2X)连接,5G的出现可以将智能和自动驾驶技术提升到新的水平。预计将在几年内得到广泛采用,5G需要在强大的网络基础设施和车载处理技术的开发方面不断取得新进展,以确保可靠的信号传输和超低延迟带宽。

为了解释5G对于汽车连接意味着什么,举一个实际案例就是AutoAir正在英国的Millbrook试验场进行测试,那里的研究人员通过搭建基站,天线和其他硬件,实现了与速度高达160英里/小时的车辆保持1 Gbps速率的连接方案。

Nissan在CES 2019中则展示了一个名为Invisible-to-Visible的5G实现方案,它使用快速连接来查看拐角并提醒司机潜在的危险,例如道路上的障碍物或被车辆遮挡的行人。与此类似,福特汽车正在与沃达丰合作开发一个使用5G警告汽车接近紧急车辆的系统。

这些高速汽车解决方案需要的专业知识和工程水平超过许多其他应用。大部分设计复杂性来自于在连接器,电缆组件和面积小等特点。硬件连接器的要求不再是接触电阻小和耐腐蚀等简单参数已不再足够,高速数据处理必须要解决电磁干扰的问题,并且必须在衰减,回波损耗,模式转换,串扰,阻抗和其他可能影响信号传输的元素,连接器尤其需要可靠地向车辆中的每个传感器传送高速,高带宽和高功率的信号。

因此,汽车制造商要求供应商创建短期解决方案,这些解决方案可以通过现有基础设施实施,但可以演变为满足未来需求的解决方案。供应商正在努力满足和扩展高速数据功能,以满足汽车制造商更高水平连接的要求,包括V2V,V2X和全自动驾驶。

关键字:自动驾驶  连接器

编辑:冀凯 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qcdz/ic472073.html
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