未来智能网联汽车新一代整车架构

CAN FD与车载以太网的诞生与应用,给新一代智能网联车的整车架构带来哪些变化?工程师们又将如何快速地完成CAN FD与车载以太网的通讯测试?本文对此做简单的介绍。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202006/414075.htm

图 1  智能网联车定义

一、智能网联车CANFD及车载以太网的应用

如图 1所示,智能网联车,就是车联网、智能交通与智能汽车的交集,能够实现车与X(车、人、路、后台)等的信息交互,并具有智能决策能力的新一代汽车。

如图 2所示,传统的汽车网络架构主要是由CAN总线组成,车内分布式电控单元ECU按照功能划分为动力总成、车身控制、辅助驾驶等总线区域;车窗、车灯、天窗等则通过LIN总线接入CAN网络。这也得益于CAN总线通信具有高实时性、传输距离远、抗电磁干扰能力强等优点。

图 2  传统汽车网络架构

在新一代智能网联车的浪潮下,随着车载ECU的与日倍增以及处理器运算能力和硬件的高速发展,连接ECU的网络需要更大的带宽,这一需求远超CAN等传统车载网络的容量极限。

因此,比较明确的趋势是向CAN FD过渡,CAN FD提供了64字节的数据吞吐量以及最高5Mbps的传输速率。另外,车载以太网技术似乎已经成为了本次浪潮中宠儿。由于车载以太网具有高带宽、低延迟、低成本的特性,在新一代整车架构中将替代CAN总线成为优选网络架构。

如图 3所示,以车载以太网作为骨干网络,将核心域控制器(动力总成、车身、娱乐、ADAS)连接在一起。各个域控制器在实现专用的控制功能的同时,还提供强大的网关功能。从图 3可以发现,在各个域控制器的下方,各部件之间通讯基本是通过CANFD来实现数据共享,这种类似于传统车载网络架构(除娱乐子网中,娱乐域控制器与其子部件的通信将通过以太网实现)。另外,当一个域需要与其他域交换信息时,则需经由网关、以太网路由实现。这种基于域控制器的架构改变传统的车载网络中ECU到ECU的点到点通信方式。

新一代智能网联汽车覆盖了车载以太网、CANFD以及LIN总线,因此,我们需要不同的测试方法,来完成汽车和车载网络的设计、验证、调试、排查以及维护。如果可以在PC端或者服务器通过以太网获取汽车的CANFD网络以及车载以太网的数据,将大大降低汽车整体架构测试的周期,提高工程师研发及测试的效率,抓取底层数据,排查整车故障等。

图 3  新一代智能汽车网络架构

二、国内首创CAN FD与车载以太网合成通讯 — CANFDNET系列

随着CANFD以及车载以太网应用需求增多,广州致远电子有限公司推出国内首创高性能工业级的以太网与CAN(FD)数据转换设备——CANFDNET系列,可以应用电池工况测试以及监控无人驾驶CANFD总线数据等复杂场合,能够帮助工程师快速获取CANFD及车载以太网数据,完成复杂网络的测试。

如图 4所示,CANFDNET系列产品集成高速的 600MHz 主频 32 位处理器,内部集成2路或4路2.5kVDC隔离耐压CAN(FD)接口、1路10M/100M自适应Ethernet接口以及1路满足 OPEN Alliance BroadR-Reach 规范的100M车载双线以太网接口;支持多种工作模式:TCP Server、TCP Client、UDP,通过配置软件可以灵活配置相关参数。


图 4  CANFDNET系列产品

CANFDNET产品使用操作简单,仅需要使用ZCANPRO软件中自带的“网络设备配置工具”即可完成一系列的参数配置,另外,CANFDNET通讯协议开放,并提供二次开发接口函数库(支持 Windows、Linux 平台)。同时,该产品具有以下功能特性:

●   实时完成车载以太网与CANFD同步转换为普通以太网数据的转换,如图 5所示。

●   支持高速CANFD兼容CAN2.0A/B

CANFDNET系列产品支持ISO/Bosch的CAN FD标准,兼容CAN2.0A/B模式收发,数据域波特率最高可配置为5Mbps,数据长度最大可配置为64字节,可提供比CAN2.0A/B高40倍的数据负载,为汽车电子、轨道交通、医疗电子场合提供更快捷的控制和数据通道。

图 5  车载以太网和CANFD与以太网转换

●   流量负载监控,守卫总线安全

如图 6所示,CANFDNET系列产品支持总线利用率上报,用户可以在配置软件中使能总线利用率上报周期,可实时掌握总线负载信息,防止异常入侵。

图 6  流量负载监控

●   毫秒级定时发送,满足高精度测试需求

如图 7所示,设备可进行毫秒级报文定时发送配置,用户可以自由100条底层精确定时发送帧的周期,完全可以满足汽车电子的测试需求。


图 7  毫秒级定时发送

●   黑白名单模式,提升数据安全性

如图 8 所示,配置工具支持通道高效率滤波,用户可根据所需报文,灵活设置黑白名单,实现数据的高效利用。

图 8  黑白名单滤波

●   自定义分帧,有效减轻负载

如图 9所示,CANFDNET系列产品支持CAN FD接口的数据分帧设置,用户可完成各种分包需求,从而有效减轻网络负载。

图 9  自定义分帧

●   灵活调整板载缓存,满足不同应用环境

如图 10所示,用户可以通过配置工具灵活配置CANFDNET系列产品发送报文缓冲区,根据需求自由调整CAN FD通道的实时性与大容量缓冲的平衡。

图 10  灵活调整板载缓存