汽车智能化背景下的车载网络技术探究

摘要：现代信息化、智能化技术的快速发展，推动了汽车产品不断向智能化、网联化方向发展，汽车配置技术水平也得到了大幅提升。汽车智能化背景下，现有的以CAN为主的车载网络通信系统的意境难以满足其实际要求，车载以太网以其较高的可靠性和低电磁辐射、低延迟以及宽带分配等优势，成为汽车智能化发展中车载网络关键技术。本文主要分析了汽车智能化背景下车载网络系统的发展，并针对车载网络技术中车载以太网的ECU升级技术进行了探讨。

关键词：汽车智能化;车载网络;以太网

引言：现代科技的迅猛发展大幅提升了汽车电子技术水平，其技术创新应用不断推进汽车智能化发展。随着汽车智能化水平的不断提升，汽车产品对车辆数据传输宽带的要求进一步提高，要求其进一步改进通讯方式。传统的CAN车载网络通信系统的传输效率较低，且难以实现时间同步，已经不能满足智能汽车的发展需求。车载以太网宽带高、扩展性好，能够充分满足智能汽车车载网络的宽带需求，同时子网通过传统的CAN等总线及以太网完成各个汽车电控单元的通信链路，然后通过域控制器与主干网进行连接。

一、汽车智能化背景下车载网络系统发展

汽车智能化发展过程中，借助汽车电子技术的不断创新发展，在未来实现万物互联的物联网中，汽车将会成为一个人们获取各种信息的智能移动终端。而为实现这一目标，智能汽车内的汽车电控单元（ECU）将会出现爆炸式增长，并且对各个ECU之间的通讯可靠性及实时性的要求也将大幅提升。在此背景之下，智能汽车车载网络通信呈现出两个特点：一是功能多样化，ECU的节点数量规模大量增加;二是控制智能化，对ECU节点之间的耦合性越来越高，控制数据交互不断增多。针对车载网络通信特点，对智能汽车网络结构主干网的高宽带、高扩展性要求也大幅提升。以太网是一种局域网络通讯技术，其具有低成本、低功耗、低延迟、高可靠性、同步性等优势，成为汽车通信领域应用的关键技术。车载以太网具有明显的宽带高、扩展性能优等特点，以其作为车载网络主干网，能够有效控制协调各个控制域的信息传递。智能汽车网络架构如图1所示。

二、车载网络技术中车载以太网

（一）车载以太网

以太网是当前应用最为广泛的一种局域网协议，其技术诞生与1973年，历经几十年的发展，其在局域网技术中以及实现了广泛普及。现阶段，随着以太网技术的不断发展，其已经从最初的支持吞吐量10Mbps发展成为吞吐量为100Mbps的快速以太网和1Gbps千兆以太網、10Gbps的万兆以太网，传输介质也转变为光纤传输。时至今日，以太网已经发展成为一种具有传输速率快、应用成本低、应用可靠性高等优势的网络技术，通过以太网，人们可以实现文字、图频、音频等各类信息的快速传输。

车载以太网是相对于我们一般应用的民用以太网来说的，车载以太网主要是为了满足汽车环境下，车载设备的一些网络传输需求。例如车载设备音视频同步传输要求、车载设备系统网络管理要求，车载设备电气特性要求等等。随着汽车智能化发展，车载以太网逐渐成为汽车网络通信系统的关键技术，但车载以太网的应用是一个循序渐进的过程，主要可以分成局部网络、子网络、多子网络三个阶段。在局部网络阶段，主要是对在局部的单独子系统中运用车载以太网;子网络阶段就是可以将多个子网络整合后，形成车载以太网子系统，实现车载以太网的局部应用;多子网络阶段就是在更多子网络整合后，形成以车载以太网为主干网的车载网络系统，涉及到车载网络系统的各个域的功能的集成，以实现车载以太网的全面应用。

（二）车载以太网传输的ECU网络结构及其升级

在车载网络中引入以太网之后，车载网络的E/E架构随之也会发生改变，现阶段，汽车Tier 1的供应商的不同，以及不同的汽车生产企业，其车载网络的E/E架构都会有所差异。例如，在未来汽车智能化发展中，博世汽车提出了汽车电子电气架构的演变发展趋势。其将汽车电子电气架构的演变进程分成了分布式功能模块阶段、功能模块进行合并的阶段、多个域控制器架构阶段、功能域融合发展阶段、域最终融合阶段、远景云端计算阶段。从目前来看，车载网络技术发展仍旧处于混合网络阶段，主要是传统的CAN与以太网的混合网络。在针对基于车载以太网传输的ECU网络结构的升级的研究中，其相较于传统的CAN总线传输的ECU网络架构，关键的区别在于在每个电控单元设备中，都有一个以太网结构，且每个电控单元设备可以通过该以太网接口同车载以太网总线进行连接，而不再需要原来的CAN总线网络;在此基础上，每个电控单元设备都有属于自己的IP地址和MAC地址，外部升级设备通过车载自诊系统接口连接到车载以太网的网络关口，就能够完成ECU的升级。

具体来说，用户一共有两种将外部升级设备与ECU设备进行连接的方式，一种是直接连接的方式，这种方式是将外部升级设备直接通过与车载自诊断系统的接口进行连接，从而与车载以太网关口进行连接。这时的外部升级设备同ECU设备是处于同一个局域网之内的，完成连接后，既可以访问以太网内的ECU设备，并能够对设备实施软件升级。另一种是远程连接的方式，外部升级设备与车载以太网网关的连接方式是通过外部设备接入的外部网络，其对ECU的升级操作也是通过外部网络访问以太网内的设备远程操作完成。

在ECU升级中，主要按照外部升级设备获取ECU设备列表、与ECU设备建立连接、安全验证、固件文件传输与烧写四个步骤。在外部升级设备获取ECU设备列表中，通过在车载以太网内发起设备发现请求数据包，由ECU设备进行识别并回复后发出包括车架识别、ECU的EID、GID等数据信息;外部链接设备根据接收到的数据信息建立设备列表，详细列表ECU设备的名称、IP地质、固件版本、待升级固件版本等相关信息。外部设备与ECU设备建立连接，在设备列表人选择待升级设备，通过TCP/IP协议进行三次握手，建立传输通道;ECU通过传输通道获取连接请求，回复确认成功后建立通信连接。安全验证主要是确保外部升级设备经过安全认证后进行安全访问，确保更新程序在安全环境下进行。固件文件的传输与烧写，是ECU设备向外部升级设备授权后，使其具备对自身固件升级的权限。

结语：汽车智能化发展是未来智能时代汽车产品发展的必然趋势，在汽车智能化背景下，升级汽车车载网络是满足智能汽车需求的必然要求。车载以太网是适应智能汽车复杂网络通信矩阵，促进智能汽车车载ECU设备协同工作，满足智能汽车车载网络通信系统要求的关键技术。未来，加强对车载以太网技术的研究，将会是气汽车智能化车载网络技术发展的重点。

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作者简介：郑宇彤，1997.06，男，汉，江苏常州人，本科，研究方向：汽修一体化教学，工作单位：常州冶金技师学院。