客戶需要能夠自動化或增強操作任務的功能，以提高駕駛員的生產力、安全性，并在許多情況下降低總擁有成本和運營成本?，F在，客戶對車輛的基本要求包括自動制動、自適應轉向、車載診斷、車對車 (V2V) 和車對基礎設施 (V2I) 通信，以及為駕駛員提供 360 度全方位視野的攝像頭。

　　這些功能需要以高速和低延遲傳輸大量數據。隨著工程師設計新模型以滿足這些客戶需求，挑戰在于確保信號完整性和正確的數據傳輸。

　　設計具有以太網和 CAN 總線的混合架構

　　控制器局域網 (CAN) 總線是一種堅固的車輛連接架構，使控制器和電子設備能夠相互通信。該協議支持多路復用等功能，以減少系統中電線的數量和成本。該協議通?？梢詫崿F高達 500 Kbps 的速度，并且幾十年來一直是大多數乘用車和重型車輛的可靠骨干連接架構。

　　然而，高級車輛功能和安全性和生產力的自動化功能所需的數據帶寬太大，無法單獨由 CAN 提供服務。為了處理增加的數據需求并提供高速連接，需要復雜的網絡基礎設施。

　　使用汽車以太網升級為有線車輛通信

　　以太網是汽車制造商的自然首選，因為該技術經受住了時間的考驗。然而，以太網本身是不夠的，它缺乏汽車應用所需的穩健性和響應能力。

　　因此，業界對以太網標準進行了修訂，并開發了特殊版本以適應特定應用。汽車以太網也是以汽車應用場景為中心而發展起來的，與家庭以太網有很大不同。根據 IEEE 802.3 的規定，汽車以太網是以太網的一個子類別，包括單平衡雙絞線以太網協議，如 100BASE-T1 或 1000BASE-T1，可提供 100 Mbps 的點對點 (P2P) 全雙工數據傳輸和分別為 1 Gbps。

　　以太網網絡和連接器允許原始設備制造商 (OEM) 設計人員將更多設備無縫集成到網絡中，并加速車輛中的數據連接。作為一種 P2P 拓撲，以太網改變了車輛的電氣和電子架構。隨著原始設備制造商 (OEM) 決定添加更多功能和設備，設計人員還需要考慮以太網交換機來引導信號和網關，以實現以太網和 CAN 之間的通信。

　　優化通信鏈路的選擇和放置

　　為了在惡劣條件下優化空間、重量和性能，設計人員必須考慮如何在設計的初始階段將以太網集成到需要的地方。

　　這涉及做出決策，例如在車內放置多少根電纜、放置它們的位置、放置以太網開關的位置，以及開關應該在現有的電子控制單元 (ECU) 中還是必須制作新的專用 ECU對于需要以太網的每個功能。這些決定對于避免或減輕電磁干擾 (EMI) 和其他機械干擾至關重要。

　　例如，重型車輛上的 360 度攝像頭將車外的高速數據傳輸到車內顯示器，以便駕駛員了解他/她的周圍環境。四個攝像頭(車輛兩側各一個)向 ECU 發送信號。系統設計人員需要規劃開關的放置位置，以組合來自四個攝像頭的數據并將其以單個信號的形式發送到 ECU。開關可以在車輛中，也可以在其中一個攝像頭中，該攝像頭有四個端口，用于輸入來自其他三個攝像頭的數據，然后發送數據。另一種選擇是將開關集成到視頻顯示監視器中。

　　建立面向未來的車輛連接網絡

　　主動自動化功能(例如自動制動和其他包含多傳感器陣列的 ADAS)在早期設計階段需要更多思考。每個傳感器都有一個到 ECU 的專用通信鏈路。車輛擁有的傳感器越多，需要的電纜和連接就越多。

　　未來的自動駕駛重型車輛可能需要大約 16 個無線電探測和測距 (RADAR)、10 個光探測和測距 (LIDAR)以及車輛周圍的 10 個攝像頭的廣泛傳感器陣列。這是 30 多根電纜和鏈路，需要抗 EMI 和智能布線，同時考慮空間、重量和 EMI，以保持機箱內外的信號完整性，因為鏈路進入一個 ECU。

　　更大的商用車帶來更多挑戰

　　工業和商用車輛的巨大尺寸在保持信號完整性和可靠傳輸數據方面提出了挑戰。對于通過汽車中的以太網鏈路發送信號，該標準規定最大距離為 15 米。但對于卡車、公共汽車和非公路車輛，信號完整性必須保持更長的長度，最長可達 40 米或更長，同時承受劇烈振動、極端溫度、沖擊、嚴重的灰塵條件和更多的。

　　以太網標準目前規定在 40 米范圍內最多有四個串聯連接。設計人員需要評估每個段可以保持最佳信號完整性的時間。影響這一點的因素可能是暴露于外部元件、高溫、放置在天線附近或其他可能導致 EMI 的組件。路由是設計的關鍵要素，整個物理層必須按預期進行擴展。

　　選擇正確的組件

　　在設計帶有 CAN 和以太網的混合架構時，工程師需要預先考慮整個連接基礎設施，即他們將結合哪些先進的、大量數據的功能。技術越先進，原始設備制造商和供應商之間的合作就越重要。

　　除了廣泛的組件，來自 TE Connectivity 等品牌的產品專家和設計工程師為合作伙伴提供產品開發解決方案和咨詢，以確保最大限度地優化設計并延長設計壽命。

　　TE Connectivity 的數據連接工程經理 Abas Alwishah 解釋說：“假設客戶告訴我他們需要一個延遲非常低的高清攝像頭或接近檢測系統。在這種情況下，我可以解釋實現該功能或系統所需的所有單個組件。通過分享有關傳感器的詳細信息，連接器、電纜組件、天線、處理器、顯示器等，可以提供有關拓撲結構的建議，以優化性能、空間、重量和成本。”

　　選擇能夠承受惡劣條件的以太網兼容組件是在長壽命、重型車輛中實現可靠數據傳輸的關鍵。汽車以太網連接器(最初是為乘用車設計的)可用于車廂或其他不受極端沖擊、溫度或其他因素影響的車輛區域，在這些區域不需要更堅固的連接器和更長的電纜。高質量的非屏蔽雙絞線適用于車輛大部分區域的以太網，僅在必要時才使用屏蔽雙絞線。設計師的選擇也將有助于控制成本并節省空間和重量。

　　例如，用于汽車以太網的模塊化和可擴展小型化汽車以太網 (MATEnet) 連接器可用于重型車輛，用于需要大中型數據量和低延遲的應用，例如車載診斷、車聯網(Vehicle-to-Everything) ( V2X) 技術、遠程信息處理、儀表板信息娛樂、ADAS 等。該連接器可以以 100 Mbps 到 1 Gbps 的速度傳輸數據(根據 IEEE 100BASE-T1/1000BASE-T1 標準)，并且可以與非屏蔽或屏蔽雙絞線電纜一起使用。

　　底盤上的組件需要的不僅僅是堅固性。它們必須表現出機械可靠性、可維修性、能夠承受極端溫度，并在更長的通道長度下高效運行。在處理更高頻率時，電纜/連接器的質量和設計會顯著影響通道性能，最終影響應用性能。特別是對于機箱上的組件，工程師需要選擇專為在惡劣環境中進行高速數據傳輸而設計的電纜和連接器。

　　TE Connectivity 數據連接產品經理Mark Brubaker認為，“在嘗試滿足機械彈性需求時，一些工程師可能會本能地考慮添加更大、更堅固的外殼，但更厚的壁可能會對電氣性能產生負面影響。重要的是要了解歷史上的有效方法，但也需要進一步了解新一代的高速數據傳輸電氣需求，并測試在所涉及的更高頻率下連接將如何執行?！?/p>

　　結論

　　在設計需要高速數據傳輸的高級和自動化功能時，產品選擇和放置不能是事后考慮。在將以太網添加到重型車輛架構中時，設計人員必須比以往任何時候都更早、更深入地考慮和規劃所涉及的復雜性。這是成功平衡可靠性和機械彈性與高速數據、更長通道長度和可維護性需求的電氣要求的唯一方法。