以前的汽车电子系统,CAN总线几乎无处不在。发动机、车身控制、制动、仪表等模块之间,通过一条总线就能完成大量控制信息交换。但到了智能汽车时代,车里的数据量突然“爆炸”了。一个摄像头产生的视频数据,就远不是传统CAN总线擅长处理的规模,更别说激光雷达、高清摄像头和毫米波雷达同时工作后,还要把数据送到中央计算平台进行融合。因此,车载以太网逐渐从辅助通信网络走向智能汽车的高速数据骨干。IEEE也指出,自动驾驶和区域架构的发展正在推动汽车采用以太网和时间敏感网络(TSN)作为通信骨干。
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CAN的优势从来不是速度,而是稳定、成熟、成本低,而且特别适合传输转向、制动、车身控制这类短报文控制数据。问题在于,当汽车开始大量使用摄像头和激光雷达后,网络需要传输的不再只是几个字节的状态信息,而可能是连续的图像、点云和传感器原始数据。以目前常见的100BASE-T1和1000BASE-T1为例,汽车以太网单链路可以达到100Mbps甚至1Gbps级别。NXP的1000BASE-T1方案就是面向汽车应用的1Gbps高速通信接口。
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带宽提升之后,对自动驾驶最大的改变,就是传感器的数据不必被各个ECU“各自处理一遍”。在区域架构中,摄像头、雷达等传感器可以通过高速以太网把数据汇聚到中央计算平台,由更强的CPU、GPU或AI加速器统一完成目标检测、定位、跟踪和多传感器融合。这样做不仅减少了重复的数据处理,也让不同传感器的数据更容易在同一个时间基准下进行匹配。进一步结合TSN等机制,还可以对关键数据进行优先级和时延控制,让自动驾驶需要的数据在网络拥堵时仍然具备可预测的传输能力。
当然,以太网速度快,并不代表CAN就没用了。汽车真正走向区域架构后,更可能是“高速网络负责大数据,CAN等传统总线负责低速控制”的组合。比如一颗摄像头产生的海量图像数据适合走以太网,而一些简单的车身状态信息依然没有必要占用高速链路。未来汽车网络真正的变化,也不是单纯把CAN全部换成以太网,而是让不同通信协议各司其职。说到底,自动驾驶拼的不只是算法和传感器,数据能不能及时、稳定地送到计算平台同样关键。车载以太网真正改变的,是汽车内部的数据流动方式,让一辆车开始从“很多ECU各自工作”,逐渐变成“传感器负责采集、网络负责搬运、中央计算负责理解”的新架构。
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