مقدمة المؤلف

مرحبًا بزملائي خبراء التكنولوجيا! في الآونة الأخيرة، كان مشروع شركتنا يتضمن إيثرنت السيارات، وكنت جاهلًا تمامًا في البداية. وبعد أن أمضيت أكثر من نصف شهر في البحث عن المواد ومعدات الاختبار، اكتشفت أخيرًا الحبال. أعتقد أن الإنترنت مليء بالمواهب الخفية، فلا بد أن هناك العديد من الخبراء المهتمين بهذه التقنية، لذا أكتب هذا المنشور لمشاركة تجربتي مع طلب التوجيه منكم جميعًا.

إليك استنتاجي مقدماً: إن إيثرنت السيارات هي تقنية رائعة حقاً، ولكن بها بعض العوائق. إذا كنت تعمل في مجال إلكترونيات السيارات أو مهتمًا بتكنولوجيا السيارات المتصلة، أنصحك بقراءة هذا المنشور بصبر.

لماذا توجد شبكة إيثرنت السيارات؟

لفهم ذلك، علينا أن نبدأ بشبكات السيارات التقليدية. في السابق، كانت السيارات تستخدم بشكل أساسي ناقل CAN وناقل LIN والتقنيات المماثلة، والتي كانت بطيئة بشكل مؤلم:

• ناقل CAN: 1 ميجابت في الثانية كحد أقصى، لا تكفي حتى لكاميرا احتياطية في الوقت الحاضر
• حافلة LIN: أسوأ حتى عند 20 كيلوبت في الثانية، بشكل أساسي فقط للتحكم في وظائف رفع/خفض النافذة
• فليكس راي: على الرغم من قدرتها على 10 ميجابت في الثانية، إلا أنها باهظة الثمن بالنسبة لمعظم المصنعين

أصبحت السيارات الحديثة ذكية بشكل متزايد، مع وجود العديد من الكاميرات والرادارات وأجهزة الاستشعار التي تولد نمواً هائلاً في البيانات. تولد كاميرا واحدة بدقة 1080 بكسل عشرات الميغابايت من البيانات في الثانية، وهو ما لا تستطيع الحافلات التقليدية التعامل معه. ناهيك عن تطبيقات مثل القيادة الذاتية وشاشات العرض داخل السيارة بدقة 8K وتحديثات OTA.لذا برزت شبكة إيثرنت للسيارات كحل - أي إدخال تكنولوجيا الشبكات في السيارات، ولكن مع تعديلات متخصصة.

تحليل التكنولوجيا الأساسية لشبكة إيثرنت السيارات

تقنية الطبقة السوداء للطبقة السوداء الفيزيائية

الجانب الأكثر إثارة للإعجاب في إيثرنت السيارات هو تحقيق 100 ميجابت في الثانية أو حتى 1 جيجابت في الثانية باستخدام زوج واحد من الأسلاك الملتوية! أصبح ذلك ممكناً بفضل تقنية BroadR-Reach من Broadcom. بينما يتطلب الإيثرنت العادي 4 أزواج من الأسلاك، يحتاج إيثرنت السيارات إلى زوج واحد فقط، مما يحقق العديد من الفوائد:

• 30% تخفيض وزن الحزام 30% (وفورات مالية حقيقية لشركات صناعة السيارات)
• خفض التكلفة 80% (المزيد من المدخرات المالية الحقيقية)
• مسافة إرسال تصل إلى 15 متراً (ما يكفي لتغطية الجزء الداخلي للسيارة بالكامل)

دعم البروتوكول: شبكة واحدة للجميع

على عكس ناقل CAN بطبيعته المتخصصة، يمكن لشبكة Ethernet للسيارات تشغيل بروتوكولات متعددة في نفس الوقت:

• دو آي بي: تشخيص المركبات، لتحل محل واجهات OBD التقليدية
• AVB: نقل الصوت/الفيديو مع ضمان وقت استجابة ونطاق ترددي مضمونين
• TCP/IP: تطبيقات المركبات المتصلة، والتكامل السلس مع الإنترنت
• بعض/بروتوكول الإنترنت: اتصالات موجهة نحو الخدمات، واعدة للغاية

هذا يشبه الطريق السريع حيث يمكن لأي نوع من المركبات السفر فيه، وهو أكثر مرونة من الطرق المخصصة.

مشاركة تجربة المنتج الحقيقي

بالحديث عن النظريات، دعوني أشارككم بعض التجارب العملية. لقد اختبرت مؤخرًا العديد من منتجات بوابات السيارات، بما في ذلك SV910 5G بوابة السيارة . هذا أيضًا هو المنتج الرئيسي لشركتنا حاليًا - يمكنك البحث عن "بوابة السيارات SV910" إذا كنت مهتمًا:الميزات الرئيسية:

• 3 × واجهات 1000/100BASE-T1 (وهي واجهات إيثرنت للسيارات)
• 2 × واجهات 1000/100BASE-TX تقليدية 1000/100BASE-TX
• دعم 5G، و WiFi 6، و V2X، والعديد من الوظائف الأخرى

عندما استلمته لأول مرة، تساءلت عن سبب تصميم هذا التكوين الهجين. بعد الاستخدام الفعلي، أدركت أننا في فترة انتقالية تكنولوجية حيث تحتوي السيارات على أجهزة جديدة تدعم إيثرنت السيارات وأجهزة CAN/Ethernet التقليدية. إن التكوين الهجين عملي جداً بالفعل.نتائج مثيرة للاهتمام أثناء الاختبار:

1. تبديد الحرارة أمر بالغ الأهمية - يعمل هذا الجهاز في نطاق درجة حرارة -35 درجة مئوية إلى +75 درجة مئوية. وغالباً ما تتجاوز درجات الحرارة في الصيف داخل السيارة 60 درجة مئوية، وهو ما لا تستطيع معدات الشبكة العادية التعامل معه.

2. تصميم مدروس للواجهة - يستخدم موصلات طيران M12، وهي أقوى بكثير من موصلات RJ45 العادية، مع تصنيف حماية IP40. في بيئة السيارة ذات الاهتزازات ودرجات الحرارة المرتفعة، يكون ثبات الواجهة أمرًا بالغ الأهمية حقًا.

3. تكامل وظيفي عالٍ - ليست مجرد بوابة، ولكنها تدمج أيضاً الحوسبة المتطورة واتصالات الجيل الخامس وتحديد المواقع عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ووظائف أخرى. يحل جهاز واحد محل عدة أجهزة، وهو أمر مهم لبيئات المركبات ذات المساحة المحدودة.

التحليل الفني المتعمق

مزامنة الوقت: حرج الحرجة من الحرجة

يستخدم إيثرنت السيارات Ethernet معيار IEEE 802.1AS لمزامنة الوقت بدقة أقل من الثانية. ما مدى أهمية ذلك؟ تخيل سيناريو القيادة الذاتية: تكتشف الكاميرا الأمامية عائقاً بينما يؤكد الرادار المسافة. إذا لم تكن هذه البيانات متزامنة زمنياً، فقد يصدر النظام أحكاماً غير صحيحة. عند القيادة بسرعات عالية، قد يكون الخطأ ولو لبضعة أجزاء من الثانية قاتلاً.

توصيل الصوت/الفيديو بالصوت والصورة AVB

تحل تقنية AVB مشكلة رئيسية: كيفية ضمان نقل البيانات المهمة أثناء ازدحام الشبكة. فمن خلال بروتوكول حجز الدفق، تحتفظ هذه التقنية بنطاق ترددي لبيانات الصوت/الفيديو المهمة، مما يضمن أولوية الإرسال حتى عندما تكون الشبكة مشغولة. وهذا أمر بالغ الأهمية لتطبيقات السيارات - فلا يمكن أن يكون هناك تلعثم في التوجيه الصوتي للملاحة بسبب ازدحام الشبكة.

استهلاك الطاقة والإمداد بالطاقة

يدعم إيثرنت السيارات PoDL (الطاقة عبر خط البيانات) تقنية تتيح إمداد الأجهزة الطرفية بالطاقة من خلال خطوط البيانات. هذا التصميم ذكي - ينقل البيانات والطاقة معًا مع تقليل تعقيد الأسلاك.

حالة التوحيد القياسي وسلسلة الصناعة

تشمل المعايير الحالية المتعلقة بالإيثرنت للسيارات ما يلي:

• IEEE 802.3bw IEEE 802.3bw: معيار الطبقة الفيزيائية 100BASE-T1
• IEEE 802.3bp: معيار الطبقة المادية 1000BASE-T1
• IEEE 802.1AS: معيار مزامنة الوقت
• IEEE 802.1Qav: معيار AVB

فيما يتعلق بسلسلة الصناعة، تتصدر شركة Broadcom في مجال التكنولوجيا، حيث توفر تقنية BroadR-Reach. وعلى الصعيد المحلي، تتخذ شركات تصنيع الاتصالات مثل Huawei وZTE خطوات في هذا المجال. ومن بين شركات صناعة السيارات، تعمل BMW وMercedes-Benz وغيرهما بنشاط على تعزيز اعتمادها.

اتجاهات التنمية والآراء الشخصية

وفقًا لتقارير بحثية مختلفة، يشهد سوق إيثرنت السيارات نموًا سريعًا، حيث من المتوقع أن تصل معدلات الانتشار إلى 801 تيرابايت 3 تيرابايت بحلول عام 2025. أعتقد أن هذا التوقع موثوق للغاية لعدة أسباب:

1. النضج التكنولوجي كافٍ - بعد سنوات من التطوير، أصبحت تقنية Ethernet للسيارات ناضجة تمامًا، حيث دخلت المنتجات مرحلة الإنتاج الضخم.

2. انخفاض سريع في التكاليف - مع زيادة الإنتاج، تنخفض التكاليف بسرعة إلى مستويات مقبولة لشركات صناعة السيارات.

3. سيناريوهات التطبيق المتزايدة - إن تطبيقات مثل القيادة الذاتية والمركبات المتصلة وتحديثات OTA لها متطلبات نطاق ترددي هائلة لا تستطيع الحافلات التقليدية تلبيتها.

ومع ذلك، يجب أن أقدم أيضًا بعض وجهات النظر: لن تحل شبكة إيثرنت السيارات محل الحافلات التقليدية تماماً. لا يزال ناقل CAN يتمتع بمزايا من حيث الأداء والموثوقية في الوقت الحقيقي، خاصة بالنسبة للتطبيقات الحرجة للسلامة مثل الكبح والتوجيه. من المرجح أن يشهد المستقبل وجود شبكات متعددة تتعايش مع بعضها البعض، كل منها يخدم أدواراً محددة.

مشاركة تجربة المزالق

واجهت العديد من المزالق أثناء الاختبار وأود مشاركتها:

1. يجب أن تحاكي بيئة الاختبار ظروف السيارة الحقيقية - بيئات المركبات معقدة مع التداخل الكهرومغناطيسي القوي ودرجات الحرارة العالية والاهتزازات. وغالباً ما تفشل الاختبارات المعملية في الكشف عن المشاكل.

2. اختبار التوافق أمر بالغ الأهمية - قد تواجه أجهزة الشركات المصنعة المختلفة مشاكل في التوافق، خاصة مع تطبيقات بروتوكول الملكية.

3. لا يمكن المساس بجودة الكابل - تتمتع إيثرنت السيارات بمتطلبات جودة كابل عالية. قد تتسبب الكابلات الرخيصة في توهين الإشارة وزيادة معدلات الخطأ.

الخاتمة

إن إيثرنت السيارات هي بالفعل تقنية واعدة للغاية وذات أهمية كبيرة لتطوير ذكاء السيارات. وبصفتنا متخصصين تقنيين، نحتاج إلى:

• ابق على اطلاع دائم بالتطورات التكنولوجية: يتغير هذا المجال بسرعة مع ظهور معايير ومنتجات جديدة باستمرار
• التركيز على التطبيقات العملية: لا يمكن النظر إلى النظرية فقط؛ بل يجب الجمع بينها وبين سيناريوهات تطبيق محددة
• الاهتمام بالنظام البيئي الصناعي: العمل بمفرده لن يجدي نفعًا؛ يتطلب تعاونًا في السلسلة الصناعية

أخيراً، أرحب بالنقاش والتبادل مع جميع الخبراء، خاصة أولئك الذين لديهم خبرة في المشاريع ذات الصلة والذين يمكنهم مشاركة الأفكار العملية. مستواي محدود، لذا لا تترددوا في تصحيح أي أخطاء في هذا المقال!