车载以太网交换机千兆网

万物相连的时代已经悄然降临，物联网深刻影响着我们的生活。其中，ICV是智能交通乃至物联网时代最具变革性的产物。

ICV在硬件层面由各传感器、运算器以及驱动器构成，其中存在巨大的计算量。虽然传统的CAN总线系统架构已经不能充分满足新的数据传输需求，但在这个时候，汽车借助互联网，成为了新一代的汽车主干网。虽然百兆以太网的框架已经被大部分整车厂接受和应用，但下一个目标是从百兆升级到千兆，这才是汽车以太网真正发挥实力的战场。

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如果把ICV比作一个人，汽车以太网就会构成下一代的神经网络，向各个内脏器官传达命令。本文将深入解析汽车以太网在ICV中的具体应用，以及teconnectivityte )的汽车以太网连接解决方案。

下一代骨干网——为icv而生

这几年，两个汽车产业的最大变革同时进行着。一个是汽车电动化，另一个是汽车智能化和互联网化。后者多亏了物联网时代的到来。这种互联的意义远远超出了众所周知的初始阶段，如全球定位车、汽车收音机、汽车蓝牙、WiFi连接等。直到另一个维度，即汽车本身已经成为了物联网的一部分，成为了超便携终端

在万物相连的时代，ICV成为公路上奔跑的移动办公室、移动信息娱乐中心，与其他“人-车-道-云”紧密相连。特斯拉、谷歌、未来、百度乃至优步、Facebook等大部分传统汽车公司和新兴科技公司都在为此不懈努力。 2018年1月，国家发改委发布《智能汽车创新发展战略（征求意见稿）》，更加体现了来自国家层面的重视和信心。

我先举个例子。为了实现高级驾驶辅助功能，ICV需要获得远距离的汽车视野和360度全车身的环境感知，仅获得与汽车驾驶员相同的视野距离是不够的。一般来说，人类司机计划和应对紧急刹车等突发事件的发生需要1-5秒。高级驾驶辅助系统的主要作用是提高驾驶的安全性和减轻驾驶员的负担因此，ICV需要尽可能全面地获得信息，用于预测性的判断。这些信息包括当前的交通状况和道路状况、天气、温度、湿度、交通管制、限速等，根据这些信息规划最佳路线、速度、行驶轨迹、能源使用量的分配。

ICV需要进行一系列车内和车外的连接，以达到上述目的。与HD摄像机、毫米波雷达、激光雷达等一系列传感器，以及全球定位天线、4G/5G天线、V2X天线等车外天线合作，将大量数据交给域控制器等超高速运算机构进行计算

这意味着整车高速通信体系结构发生了革命性的变化，传统的CAN、LIN、MOST或FlexRay总线体系结构已经无法满足这样大量的运算需求。

什么样的汽车骨干网会成为ICV的选择呢？

从百兆到千兆–汽车以太网骨干网

新一代ICV主干网必须满足以下要求：

高带宽：目前CAN总线速度只达到1Mbps。未来的总线速度需要达到100Mbps，甚至1Gbps，并且有进一步提高的趋势。从百兆到千兆，已经成为共识。

低延迟：新的骨干网络必须满足毫秒级别的延迟表示，确保对时间敏感的事件在最短时间内成功，不影响功能表示。

高安全性、可靠性：新型公共汽车需要经受住汽车恶劣的工况环境，在冲击、振动、高低温环境下达到汽车级需求的同时，对电磁干扰具有较强的免疫力。

低成本：相对于CAN总线中使用的非屏蔽双绞线和简单的连接器结构，新的骨干系统无法在成本上大幅增加。

轻量化：尽量使用小型化、小线径、轻量化设计，不要过度增加整车的重量。对这辆电动汽车来说，特别重要。

汽车以太网技术能够有效地满足上述需求，许多整车厂、系统供应商和芯片制造商正在推进汽车以太网作为新一代汽车主干网。

汽车以太网是通过以太网连接车内电子单元的局域网技术。与传统以太网使用2对或4对非屏蔽双绞线UTP )进行传输不同，传统以太网物理层采用booth公司的BroadR-Reach技术，物理层仅1对非屏蔽双绞线就有100 该技术同时支持15米的有效传输距离，通过回声消除技术Echo Cancellation )实现全双工通信，满足汽车EMC的要求。另一大优点是汽车以太网实现了poweroverdatalines PODL )技术。也就是说，可以向1对数据线供电，向1对双绞线提供12VDC/300mA的电源。这有助于汽车公司减少额外的电源传输线束，从而减轻重量和降低成本。

以太网可以支持TSN、AVB、TCP/IP、DOIP、SOME/IP等多种上层通信协议和APP格式。特别是，TSNTIMES敏感型网络协议首次引入了时间触发以太网的相关技术，有效实现了关键通信信息的及时传输，大大提高了安全性和可靠性。相对于以往的以太网

协议的事件触发机制，其有极大可能造成关键通信延迟，TSN通过时间与同步（IEEE 802.1AS）、流量调度（802.1Qbv）、讯框优先适用（802.3br）、流量控制（802.Qci）等协议，奠定了汽车以太网下一代汽车主干网络的地位。

目前汽车以太网标准化方面存在多个组织，其既相互竞赛，也多有合作，主要有：IEEE 802.1和802.3工作组，OPEN联盟、AVnu联盟以及汽车开放系统架构联盟AUTOSAR。TE也积极参与各个标准的制定工作，比如：在OPEN联盟中，TE就是TC9工作组的主席，参与物理层标准的制定工作。

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TE汽车以太网连接解决方案-MATEnet连接系统

为应对市场对于汽车以太网的强烈需求，TE开发了一套专门应对汽车以太网的连接解决方案 – MATEnet连接系统。

MATEnet连接产品线是一套全面的以太网连接解决方案，其支持目前百兆乃至将来千兆级别的车内主干网络连接需求，是构建具有中等规模数据吞吐量和低延时传输要求的下一代汽车主干网的最经济、最高效的解决方案。

MATEnet连接产品专为IEEE和OPEN联盟汽车以太网协议要求开发，该产品线依靠汽车级、小型化、久经验证的NanoMQS端子和TE优秀的高频产品设计能力，为客户提供了具备高带宽、高EMC应对灵活性、汽车级可靠性、高性价比、良好的可制造性的丰富解决方案。

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●高宽带

TE的MATEnet连接系统符合IEEE（电子和电气工程师协会）802. 3工作组为汽车以太网制定的传输协议和标准。此外，在OPEN联盟中，TE担任TC9技术委员会主席参与制定标准。

根据IEEE802.3bw的100BASE-T1协议，MATEnet连接系统可以在66MHz频率下提供100Mbps的传输速率；根据IEEE802.3bp的1000BASE-T1协议，MATEnet连接系统更可以在600MHz频率下提供1Gpbs的传输速率。值得一提的是，这些速率完全可以通过非屏蔽双绞线（UTP）来实现，而非更加昂贵的屏蔽双绞线（STP）。从百兆到千兆，TE已经实现！

MATEnet连接系统还有潜力在芯片和线缆的协同进步下达到6Gbps的速率。

同时，根据IEEE802.3bu协议，MATEnet连接系统可以满足PoDL标准，采用一对非屏蔽双绞线中的信号线，平行地对汽车以太网接口供电，实现降本和减重。

●EMC灵活性

随着汽车的电气化程度越来越高，尤其是新能源汽车的发展和大量智能网联汽车所需高频天线的引入，车内抗电磁干扰问题变得越来越重要。汽车以太网的一大重要特性就是使用非屏蔽双绞线（UTP）来传输中型数据，以节省成本和减重。但是，在一些强电磁干扰位置，如：动力电池、点火线圈或者是鲨鱼鳍天线附近，往往我们需要使用带屏蔽的双绞线（STP）来保证可靠的EMC表现。

TE的MATEnet连接系统可在同一产品布局下兼容UTP和STP，这一特性为整车厂提供了最大的灵活性。理想情况下，整车厂可以使用简单而成本低廉的UTP电线完成绝大部分汽车以太网的部署联网，同时又可以为严苛工况环境下的连接提供更可靠的STP解决方案。

MATEnet连接系统的这一特性确保了整车厂无需改变板端连接器，而仅仅选择合适的线端连接器塑壳和电线，即可在所需要的系统内实现更高的屏蔽水平。

●汽车级可靠性

MATEnet连接系统使用了小型化NanoMQS车用端子作为核心连接端子。这是TE的明星产品，它在车辆实际应用中久经考验，是名副其实的汽车级连接端子。

NanoMQS端子作为小型化的典范，同时具有超高抗震可靠性，其被大量应用在发动机舱、变速箱等严苛环境中。NanoMQS端子采用了双触点、单片压接式设计，方形结构设计能有效保护母端子弹片，同时带有防止误插结构和二次锁结构，使用环境温度更可达到-40°C到105°C。这种端子可压接最小线径0.13mm²的超细导线，为降低线束重量创造了条件；标准版本的NanoMQS连接产品可以满足LV214 S2级抗震动等级，密封型号更可以满足S3级（接近传动系统）和S4级（发动机支架）震动要求。

●高性价比

MATEnet连接系统使用了模块化设计概念，每一路以太网链路均使用了相同的核心线束结构，唯一的区别仅仅是线端塑壳的位数叠加，减少了设计和制造成本。

另一方面，MATEnet连接系统同时兼容UTP和STP线束的特征，可帮助客户按照实际使用环境选择最理想的线材，减少了连接整体成本。

TE中国团队和德国团队共同开发MATEnet产品线家族，且已经在苏州工厂推进国产化，以应对急速增长的客户需求。

●产品线丰富

TE根据整车厂实际的以太网系统架构规划以及相关芯片供应商汽车以太网链路交换芯片的开发进度，及时提供了从1路到6路以太网链路的全系列产品，所有相对应的线端产品均可选择UTP和STP产品，这大大满足了客户在不同设备、不同应用上各种需求。

●良好的可制造性

汽车以太网线束加工具有其工艺复杂型，为保证非屏蔽双绞线能够满足百兆甚至千兆速率的稳定数据传输，端子和线缆的压接工艺精度非常关键。TE 的MATEnet连接器严格验证和制定了以太网线束压接规范，规定了如：导线开拨长度、端子压接后非绞距离、压接后两根线芯之间距离、扭转角度等等一系列关键工艺参数。

同时，TE和相关线束组装设备制造商进行战略合作，开发了用于生产MATEnet线束的自动组装设备，保证了产品的可制造性和良好的质量。

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