最新发布的一个IEEE标准将有助于先进车联网的实现——它能为所有汽车功能提供强壮的内部数据网络,并提供足够快的数据速度与云端并最终与物联网等外部世界交流。这个标准就是IEEE 802.3bw-2015 100BAST-T1,它支持用单根平衡双绞线提供100Mb/s的以太网操作,因此不仅会影响功能性的汽车设计,而且支持汽车电气化、车载应用以及与车外世界实时连接应用中的全新电子设计环境。

随着这种新标准的施行,先进驾驶辅助系统(ADAS)应用将越来越成熟和实用,信息娱乐应用也一样。也许更令人兴奋的是无数的车联网应用,它们将充分利用汽车与环境之间的数据链路——从相对于交通中其它汽车的位置,到与智能交通、智慧家庭以及智慧城市网络和应用的联系。

车联网有望最早于2020年上路,随着汽车行业即将实现下一个技术飞跃,IEEE 802.3bw-2015的发布为电子设计人员和其它人员提供了大胆创新的基础。因此,简要描述这个新标准的推动力、标准的开发及无数可能的应用将能为设计人员提供在这个新兴市场中如何发挥他们智力的明确思路。

传统挑战

首先让我们了解一些传统的汽车电子产品,然后思考在新标准下的可能性。

在20世纪50年代,汽车中的唯一电子部件是调幅收音机。巡航控制和电子燃油喷射是几十年后才出现在汽车上的。到20世纪80年代,汽车行业开始为越来越多的电子系统集成控制器局域网(CAN)1Mb/s数据总线。到21世纪之交,电子产品开始支持更多的驾驶辅助和信息娱乐功能,更不用说为数更多的汽车功能了。

然而,在新的IEEE标准发布之前,车载网络架构一直是分立的。各种电子系统和网络经常是在需要时就加进来,一个子系统中的数据不可以用于其它子系统。

因此,只有将汽车与任何其它网络一样对待,并提供统一的网络架构和平台才有意义。这样的平台可以将汽车现有的电子和数据功能联系在一起,并将基于电子产品的创新功能很快集成进汽车环境中。

车内连接

当然,软件和电子功能都依赖于硬件。一个多世纪以来,汽车行业都在利用铜线满足汽车内的电子需求。随着时间的推移,由众多铜线组成的汽车线束已经变成第三个最昂贵的部件,不出意外地话,也是最重的一个。因此,长久以来降低成本和汽车总重量的压力已经列入汽车行业的需求。

单根平衡双绞线铜缆的优点有很多。它能以以太网的速度承载电子信号;它使用最少数量的导线,因此可能具有最轻的重量;它可以实质性地减少电磁干扰(EMI),并能很好地抵抗外部电磁干扰(大多数是由发动机和点火系统引起的)。另外,汽车必须能够承受宽范围的温度变化、强烈的振动、灰尘、腐蚀性液体和其它危险因素。由单根平衡双绞线组成的简化线束更轻、更便宜、可抗电磁干扰,因此适合高速率数据应用。

由于主流汽车制造商非常关注越来越复杂的车载应用,如ADAS和信息娱乐,汽车操作的电气化趋势也在持续,因此它们迫切需要高性价比、高带宽的连接以及统一的网络架构来实现车载数据通信。

开发标准

2011年,汽车行业协会OPEN Alliance开发出了在单根双绞线上实现100Mb/s数据通信的规范,缩写为OABR(OPEN Alliance 100-Mbit/s BroadR-Reach)。OPEN Alliance发现,与OABR兼容的IEEE全球标准将会得到汽车行业最广泛的接受和采纳。因此,以太网系列标准范围内的IEEE P802.3bw 100BASE-T1便从2014年年初开始了相关工作,并且IEEE 802.3bw在2015年10月得到了批准。

采用基于以太网的单根双绞线电缆可以带来多方面的好处。通过减少材料清单和物理上集成线束所需的劳动力,它可以降低成本。它同时还能减轻整辆汽车的车重,从而改善汽车的效率、汽油里程数和排放。也许更重要的是,这个新标准回答了这些物理需求,同时又能支持ADAS、更先进的信息娱乐和迄今尚不可能实现的未来联网汽车应用。 当然,全球性标准可以提高互操作性,以及由此引起的规模经济,进而降低成本。IEEE 802.3bw的发布将会实现所有利益相关者(包括消费者)的共赢。

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图:以太网技术已采用IEEE标准组织开发的多种新标准(AVB、TSN、IEEE802.3bw和IEEE802.3bp)对汽车应用进行了增强和优化。

美好新世界:云和物联网

今天,汽车制造商们都在忙于根据新标准设计ADAS、信息娱乐和汽车电气化应用,这些应用将使汽车的电子设备更简单、有效和高效。新车内部网络可以与云端互通信息,实现诸如远程通信、诊断、信息娱乐、维修咨询,甚至是汽车的位置和周围环境方面的应用。最后,随着其它外部网络的成熟,汽车可以从基于云端的物联网向驾驶员提供数据或做出预测,而这样的物联网又连接着智能交通、智慧家庭和智慧城市中的网络。

另外,基于标准的改进即将来临。IEEE P802.3bp 1000BASE-T1千兆以太网任务小组将有望很快完成这项工作,这将把以太网的车载数据速度提高到IEEE 802.3bw的10倍。另外,IEEE P802.3bu单对数据线供电(PoDL)标准支持通过IEEE 802.3bw和IEEE P802.3bp中使用的单根双绞线供电,从而为线束提供最大的效率,因为它能在相同的双绞线上同时承载电力和数据。IEEE 802.1时间敏感网络/音视频桥接系列标准将能确保车载网络区分不太紧迫应用上的安全传感器和命令的优先级。

《电子技术设计》2016年9月刊版权所有,谢绝转载。