未来智能网联汽车新一代整车架构

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。

图1 智能网联车定义

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。

图3 新一代智能汽车网络架构

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。

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ok138太阳集团中国官方网站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。
  • 图5 车载以太网和CANFD与以太网转换
  • 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。

  • 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