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趋势

以太网在无人驾驶中的作用

详细了解实现商用和工业车辆自动驾驶的连接要求。

作者

作者:TE Connectivity 数据连接产品经理 Mark Brubaker

无人驾驶的趋势早已超越了乘用车。越来越多的工业和商用车辆开始寻求使用诸如驾驶员辅助和自动化、信息娱乐选项、360° 摄像系统、高速 V2V 和 V2I 通信以及基本安全等这些前沿的功能, 新功能和技术将为工业和商业运输行业带来许多优势。它们能够提升驾驶者的满意度和安全性,同时提升操作人员的生产效率和业绩,降低车辆所有者的总体拥有成本。配备了这些先进功能的卡车、大巴和非道路车辆能够极大提升对其周边环境和前行路线的感知度:新功能可显著降低油耗和环境影响,同时使每个人能够更安全地驾驶。

 

摄像机系统、雷达/激光雷达等一整套车载传感器使驾驶员驾驶辅助系统 (ADAS) 技术能够成为现实。这些传感器能够实现先进的安全功能,如车道保持辅助、盲点检测、紧急制动、乘客监控和疲劳监测。信息娱乐功能不仅提供用于提升驾驶者满意度和愉悦度的娱乐和通信系统,还能够访问重要的信息系统,使驾驶者能够监控和操纵车辆,如 360° 环绕视野和用于高分辨率数字显示器和仪表盘的多媒体音频/视频流式传输功能。

 

所有这些系统和设备都必须通过复杂的网络相互连接,以便在整个车辆中以低延迟传输高速数据,从而能够通过一个或多个车载电控单元 (ECU) 处理设备收集到的所有信息,创建车辆及其环境的完整模型。


然而,在车辆上搭载这些新的高级功能之前,仍有一些难题需要克服。商用车辆的驾驶环境较为严苛,因此产品的可靠性是一个主要的先决条件。即使在极端环境下,车载网络的基础终端和连接器也必须能够实时可靠地运行。它们必须能够抵抗强烈的振动和机械冲击,并且能够在商用车辆的严苛操作环境下进行现场维护。这包括存在灰尘、污垢和湿气,甚至是 -40°C 到 +125°C 温度范围的环境。

自动驾驶拖拉机

车载网络是车辆的支柱,是实现一切所需通信的基础架构: 包括车内通信、车辆之间 (V2V) 的通信、车辆与基础设施(操作或控制中心或制造商)之间 (V2I) 的通信,以及不断增长的、与车辆环境中一切事物之间 (V2X) 的通信。该网络提供实时可靠的数据传输,通过遥测、云计算和无人驾驶汽车体系架构等高级功能,确保驾驶者随时能够获取有关车辆各个方面的完整信息。


随着车辆逐渐走向完全自主,它们需要且会产生比现今系统多得多的数据,这些数据通过数量不断增加的传感器和外部天线进行传送。此外,车辆的大部分运行维护和更新需要通过无线 (OTA) 软件更新来实现,这就需要更高速的数据传输。
 

不断增长的 ECU 在更广泛的层面上共享实时数据,这增加了对更大网络带宽的需求。 现今工业和商用车辆中最常使用的网络体系结构是符合 SAE J1939 规范的 CAN 网络。如果要在现有系统中扩大带宽,可以添加更多 CAN 网络。但随着相关需求不断增加,需要全新的体系结构来满足新的数据通信要求。因此,汽车行业一直在开发新的以太网标准,以满足工业汽车通信网络的严苛要求,在 OPEN Alliance 的基础上使用 100BASE-T1 物理层通信协议。


以太网为汽车通信网络带来了巨大的增值潜力。在乘用车自动驾驶以太网协议方面已实现的技术为商用车领域开辟了一条应对自身新趋势的通途。

无人驾驶半挂卡车

以太网比 CAN 快得多。 100 BASE-T1 和 1000 BASE-T1 以太网协议通过 UTP(非屏蔽双绞线电缆)传输的速率可达 1 GB/s,CAN 的传输速率仅为 500 kB,而 CAN-FD 只有 1 MB/s。使用以太网,可大幅增加网络中使用的设备数量,而且传输速度快得多。


从电学角度来看,乘用车以太网和工业及商用车辆以太网的差别不大。然而,从应用领域审视,在条件相对更严苛的商用车环境中,有两个关键性能需求是以太网必须满足的。

 

即机械弹性和更高的抗振动性能,这就需要更大的组件和更多的位数。组件越大,可集成的功能越多,从而可确保极端环境下的高可靠性。为了提高可维护性,也需要更大的元件。商用车的维护维修团队不会想要处理小型甚至是脆弱的零件。这些要求与对进一步小型化的需求、网络中数量不断增加的设备集成以及不断提升的传输速度相冲突。

为了确保高腐蚀性、高温、污垢和振动环境中的鲁棒性和高速性能,我们一直在开发适用于工业和商用车辆中的新型以太网数据连接系统。 为满足此应用的要求,我们在开发新产品时运用了其在无人驾驶汽车协议和要求方面长期积累的专业知识,使新产品能够满足提高带宽和速度的以太网协议需求,同时保持高水平的可靠性,特别是在工业车辆的严苛环境中,车辆必须在高要求的操作环境中运行很长路程,且常年不能发生故障,或如果发生故障,也必须能够便捷修复。我们有一系列产品支持以太网协议,同时还能利用运用在商业运输行业中的重要连接器系列。

MCON 系列以太网密封连接器

MCON 系列以太网密封连接器

我们新推出的以太网连接器产品组合为多功能显示器、远程信息处理系统、遥测单元、信息娱乐模块和媒体访问控制器提供坚固耐用的全双工、线对线连接,并进行了加固和密封,便于在重型环境中操作和进行现场维护。为确保端子对配到位,这些连接器具有内置的二次锁功能和模块化适用性,适用于多种面板厚度。

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HDSCnet 系列密封连接器

基于 IEEE 100BASE-T1 和 1000BASE-T1 标准,这款坚固耐用的重型热塑性连接器与我们的 MATEnet 互连系统整合,可用于 1 GB/s+ 的汽车以太网应用。MATEnet 互连系统为现代 E/E 架构提供功能,旨在满足当今车辆连接的要求,为未来的增长奠定了基础。MATEnet 专为 IEEE 汽车以太网络开发,为无屏蔽布线设立了标准。它依托汽车级、小型化、可靠耐用和久经考验的互连技术,并已成功通过严格测试和验证。HDSCnet 系列密封连接器可在线对线和线对设备方案中使用,通过使用非屏蔽或屏蔽双绞线电缆实现多个混合接口的灵活性和可扩展性。

Mark Brubaker,数据连接产品经理

Mark Brubaker,数据连接产品经理

在《Markt & Technik》杂志中首次发布