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          實現極高的汽車網絡性能

          日期: 2019-10-21
          瀏覽次數: 26

          僅僅在一代人的時間里,電子技術和處理器技術幾乎就已經改變了我們生活中的所有方面 – 在車輛工程上最為顯著。電子元件、軟件和處理能力的范疇不僅改變了車輛的運行方式,而且還改變了我們對車輛的看法 – 車輛現在更像是移動的計算機,而不再是機器。

          在 2010 年到 2016 年之間,現代汽車中軟件代碼的行數 (SLOC) 已經在以 15 為系數不斷的擴張,從 1000 萬行發展到了約 1.5 億行。預計對于全部車輛來說,軟件的平均份額將以 11% 的年復合增長率發展下去,從當今 D 級車或者更大型汽車的 10%(約為 1,220 美元)增至 2030 年的 30%(5,200 美元左右)。

          強大的計算能力、巨大的帶寬和速度都是處理形形色色的傳感器生成的海量數據的必備條件,從而滿足車輛日益實現網絡化與自動化的要求。5G 移動網絡連接的目標是將我們周圍的萬事萬物全部互連到一個數據網絡,該網絡可以提供必要的速度與響應時間,從而供完全的利用自動駕駛汽車的各種功能。
          半導體公司當前都在開發新型的微處理器,能夠為多區域車輛架構(圖 1)實現高達 10 Gbps 及以上的高帶寬數據傳輸速率。這就會將車輛從移動的計算機轉化成車輪上的數據中心,并且使自動駕駛汽車實時做出復雜的決策。
          隨著現有的汽車網絡已經不足以應對未來汽車的各種需求,以太網現已作為高速數據傳輸的一種最重要的協議而浮現了出來。對數據速率的需求正在不斷的攀升,愈發提升了多層安全措施以及無縫連接起軟硬件及互連布線系統所需的各種接口的重要性。以太網是一種成熟、穩定而又久經考驗的技術,可以提供極高的速度與安全性,從而成為了一種標準。然而,與大多數傳統上的以太網應用相比,以太網架構必須能夠在車輛中惡劣的多的條件下良好工作。如此一來,這類網絡就必須要更加的穩健,因為它們要接觸到極端的溫度、濕度、水分、振動和沖擊,并且還必須能夠耐受極大的電磁干擾 (EMI)。
          將車輛的電子元件和電子設備分布到多個區域中,可以使 CAN 和 LIN 之類較老一些的汽車通信協議以及各種新的標準整合到基于以太網的車輛架構之中。專用網關可以構成原有的 ECU 設備與發展中的車載以太網絡之間的接口,便于形形色色的協議通信方式融入到更大規模的以太網架構當中。它們可以聚合起傳感器數據,然后轉發到一個或多個高級駕駛輔助系統 (ADAS)/自動駕駛 (AD) 傳感器,在其中做出決策并將相應產生的車輛命令通過高速網絡傳輸到各個區域的網關。在那里,網關會將命令通過以太網或原有的網絡轉發到控制單元。
          各種各樣的傳感器,例如雷達、激光雷達以及高分辨率攝像頭等等,都在不斷的收集有關周邊環境的數據,并且通過以太網連接到網關。車輛工程師將會依靠高時效網絡 (TSN) 來實現域間通信并滿足實時的要求。TSN 可以確保為網絡流量劃分出所需的優先級,從而對于安全性至關重要的各種功能就不會被來自信息娛樂系統方面的數據流之類的其他活動所阻礙。
          在后視攝像頭的例子中,一個負責檢測物體是否阻擋進一步傳播的信號會通過 100 兆比特的以太網線纜發送到網關。網關將所有的引入數據聚合到一個大的數據流中,然后通過 10 千兆的以太網鏈路實時發送到 ADAS/AD 服務器。在那里,軟件會對來自后視攝像頭的信號做出決策。然后,將向制動控制單元發送一個制動命令,該單元就會相應的啟動制動器以使車輛停下。后視攝像頭的信號轉發會優先處理,這樣關鍵的功能就不會被非關鍵的網絡流量所中斷。
          多區域網關控制的概念采用了冗余來建立起自動防故障的功能性網絡,從而達到所需的極高安全性。

          接插件式的連接器和線纜能夠在車輛的總壽命期間提供信號上的完整性,對于高速網絡連接的可靠性來說,是一個決定性的因素??煽啃圆坏檬艿?EMI 或者熱過程的影響。

          實現極高的汽車網絡性能


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