Vorwort des Autors

Hallo, liebe Technikexperten! Kürzlich hat unser Unternehmen ein Projekt durchgeführt, bei dem es um Automotive Ethernet geht, und ich war anfangs völlig ratlos. Nachdem ich über einen halben Monat damit verbracht habe, Materialien und Testgeräte zu recherchieren, habe ich endlich den Dreh raus. Da ich denke, dass das Internet voller verborgener Talente ist, muss es viele Experten geben, die sich für diese Technologie interessieren, also schreibe ich diesen Beitrag, um meine Erfahrungen zu teilen und gleichzeitig von euch allen Ratschläge zu erhalten.

Hier ist meine Schlussfolgerung im Voraus: Automotive Ethernet ist eine wirklich großartige Technologie, aber sie hat auch einige Tücken. Wenn Sie in der Automobilelektronik arbeiten oder sich für die Technologie der vernetzten Fahrzeuge interessieren, empfehle ich Ihnen, diesen Beitrag geduldig zu lesen.

Warum gibt es Automotive Ethernet?

Um dies zu verstehen, müssen wir mit den traditionellen Kfz-Netzwerken beginnen. Früher nutzten Autos hauptsächlich CAN-Bus, LIN-Bus und ähnliche Technologien, die schmerzhaft langsam waren:

• CAN-Bus: Maximal 1Mbps, das reicht heutzutage nicht einmal für eine Rückfahrkamera
• LIN-Bus: Noch schlechter bei 20kbps, im Grunde nur für die Steuerung der Funktionen Fenster auf/ab
• FlexRay: Obwohl es 10 Mbps leisten kann, ist es für die meisten Hersteller unerschwinglich.

Moderne Autos werden immer intelligenter. Verschiedene Kameras, Radargeräte und Sensoren erzeugen ein explosionsartiges Datenwachstum. Eine einzige 1080p-Kamera erzeugt Dutzende MB an Daten pro Sekunde, die herkömmliche Busse einfach nicht verarbeiten können. Ganz zu schweigen von Anwendungen wie autonomes Fahren, 8K-Displays im Fahrzeug und OTA-Updates.So entstand Automotive Ethernet als Lösung, die im Wesentlichen Netzwerktechnologie in Fahrzeuge bringt, allerdings mit speziellen Modifikationen.

Analyse der Kerntechnologie von Automotive Ethernet

Physikalische Schicht Schwarze Technologie

Der beeindruckendste Aspekt von Automotive Ethernet ist das Erreichen von 100Mbps oder sogar 1Gbps mit nur ein Paar verdrillter Drähte! Ermöglicht wird dies durch die BroadR-Reach-Technologie von Broadcom. Während reguläres Ethernet 4 Adernpaare benötigt, benötigt Automotive Ethernet nur 1 Adernpaar, was mehrere Vorteile mit sich bringt:

• 30% reduziert das Gewicht des Gurtzeugs (echte finanzielle Einsparungen für die Automobilhersteller)
• 80% Kostensenkung (mehr Einsparungen in realem Geld)
• Übertragungsreichweite bis zu 15 Meter (genug, um den gesamten Fahrzeuginnenraum abzudecken)

Protokoll-Unterstützung: Ein Netzwerk für alle

Im Gegensatz zum CAN-Bus mit seiner spezialisierten Natur kann Automotive Ethernet mehrere Protokolle gleichzeitig ausführen:

• DoIP: Fahrzeugdiagnose, die die traditionellen OBD-Schnittstellen ersetzt
• AVB: Audio-/Videoübertragung mit garantierter Latenzzeit und Bandbreite
• TCP/IP: Vernetzte Fahrzeuganwendungen, nahtlose Internetintegration
• SOME/IP: Serviceorientierte Kommunikation, vielversprechend

Dies ist wie eine Autobahn, auf der jede Art von Fahrzeug fahren kann, viel flexibler als feste Straßen.

Echte Produkterfahrung teilen

Da wir gerade von der Theorie sprechen, möchte ich Ihnen einige praktische Erfahrungen mitteilen. Ich habe kürzlich mehrere Kfz-Gateway-Produkte getestet, darunter das SV910 5G Fahrzeug-Gateway . Dies ist derzeit auch das Hauptprodukt unseres Unternehmens - Sie können bei Interesse nach "SV910 automotive gateway" suchen:Wesentliche Merkmale:

• 3 x 1000/100BASE-T1-Schnittstellen (dies sind Automotive-Ethernet-Schnittstellen)
• 2 x herkömmliche 1000/100BASE-TX-Schnittstellen
• Unterstützung für 5G, WiFi 6, V2X und viele andere Funktionen

Als ich es zum ersten Mal erhielt, fragte ich mich, warum sie diese Hybridkonfiguration entwickelt haben. Nach der tatsächlichen Nutzung wurde mir klar, dass wir uns in einer technologischen Übergangsphase befinden, in der Fahrzeuge sowohl neue Geräte haben, die Automotive Ethernet unterstützen, als auch traditionelle CAN/Ethernet-Geräte. Die Hybridkonfiguration ist in der Tat sehr praktisch.Interessante Ergebnisse bei den Tests:

1. Wärmeableitung ist entscheidend - Dieses Gerät arbeitet in einem Temperaturbereich von -35°C bis +75°C. Im Sommer herrschen im Fahrzeug oft Temperaturen von über 60°C, die normale Netzwerkgeräte nicht bewältigen können.

2. Durchdachtes Interface-Design - Verwendet M12-Luftfahrtsteckverbinder, die viel robuster sind als normale RJ45-Steckverbinder und die Schutzart IP40 aufweisen. In der Vibrations- und Hochtemperaturumgebung des Fahrzeugs ist die Stabilität der Schnittstelle wirklich entscheidend.

3. Hohe funktionale Integration - Es ist nicht nur ein Gateway, sondern integriert auch Edge Computing, 5G-Kommunikation, GPS-Ortung und andere Funktionen. Ein Gerät ersetzt mehrere, was für Fahrzeugumgebungen mit begrenztem Platzangebot von Vorteil ist.

Eingehende technische Analyse

Zeitsynchronisation: Das Kritische am Kritischen

Automotive Ethernet verwendet den IEEE 802.1AS-Standard für die Zeitsynchronisation mit einer Genauigkeit im Submikrosekundenbereich. Wie wichtig ist das? Stellen Sie sich ein Szenario für autonomes Fahren vor: Die Frontkamera erkennt ein Hindernis, während das Radar die Entfernung bestätigt. Wenn diese Daten nicht zeitsynchronisiert sind, könnte das System falsche Einschätzungen treffen. Bei hohen Geschwindigkeiten können schon wenige Mikrosekunden Fehler tödlich sein.

AVB Audio/Video-Überbrückung

Die AVB-Technologie löst ein zentrales Problem: die Sicherstellung der Übertragung wichtiger Daten bei Netzwerküberlastung. Durch das Stream-Reservierungsprotokoll wird die Bandbreite für wichtige Audio-/Videodaten reserviert, so dass eine vorrangige Übertragung gewährleistet ist, selbst wenn das Netzwerk überlastet ist. Dies ist für Anwendungen im Automobilbereich von entscheidender Bedeutung - die Sprachführung der Navigation darf nicht aufgrund von Netzwerküberlastungen stottern.

Stromverbrauch und Versorgung

Automotive Ethernet unterstützt PoDL (Strom über Datenleitung) Technologie, die die Stromversorgung von Endgeräten über Datenleitungen ermöglicht. Dieses Design ist clever - es überträgt sowohl Daten als auch Strom und reduziert gleichzeitig den Verdrahtungsaufwand.

Stand der Normung und Industriekette

Zu den aktuellen Ethernet-Normen für den Automobilbereich gehören:

• IEEE 802.3bw: 100BASE-T1 Standard der physikalischen Schicht
• IEEE 802.3bp: 1000BASE-T1 Standard für die physikalische Schicht
• IEEE 802.1AS: Zeitsynchronisationsstandard
• IEEE 802.1Qav: AVB-Norm

Was die Industriekette betrifft, so ist Broadcom mit seiner BroadR-Reach-Technologie technologisch führend. Im Inland sind auch Kommunikationshersteller wie Huawei und ZTE auf dem Vormarsch. Bei den Automobilherstellern treiben BMW, Mercedes-Benz und andere die Einführung aktiv voran.

Entwicklungstrends und persönliche Ansichten

Verschiedenen Forschungsberichten zufolge wächst der Automobil-Ethernet-Markt rasant, und es wird erwartet, dass die Durchdringungsrate bis 2025 80% erreichen wird. Ich halte diese Vorhersage aus mehreren Gründen für recht zuverlässig:

1. Technologischer Reifegrad ist ausreichend - Nach jahrelanger Entwicklung ist die Ethernet-Technologie für Kraftfahrzeuge inzwischen recht ausgereift, und die Produkte gehen in die Massenproduktion.

2. Rasch sinkende Kosten - Mit der Ausweitung der Produktion sinken die Kosten schnell auf ein für die Automobilhersteller akzeptables Niveau.

3. Zunehmende Anwendungsszenarien - Anwendungen wie autonomes Fahren, vernetzte Fahrzeuge und OTA-Updates haben explodierende Bandbreitenanforderungen, die herkömmliche Busse einfach nicht erfüllen können.

Ich muss aber auch eine Perspektive bieten: Automotive Ethernet wird traditionelle Busse nicht vollständig ersetzen. Der CAN-Bus hat nach wie vor Vorteile bei der Echtzeitleistung und Zuverlässigkeit, insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen wie Bremsen und Lenkung. In der Zukunft werden wahrscheinlich mehrere Netze nebeneinander existieren, die jeweils ihre spezifischen Aufgaben erfüllen.

Fallstrick Erfahrungsaustausch

Bei den Tests bin ich auf einige Fallstricke gestoßen, die ich Ihnen gerne mitteilen möchte:

1. Die Testumgebung muss die realen Fahrzeugbedingungen simulieren - Fahrzeugumgebungen sind komplex und weisen starke elektromagnetische Störungen, hohe Temperaturen und Vibrationen auf. Bei Labortests lassen sich oft keine Probleme feststellen.

2. Kompatibilitätstests sind entscheidend - Bei den Geräten verschiedener Hersteller kann es zu Kompatibilitätsproblemen kommen, insbesondere bei proprietären Protokollimplementierungen.

3. Die Kabelqualität darf nicht beeinträchtigt werden - Automotive Ethernet stellt hohe Anforderungen an die Kabelqualität. Billige Kabel können zu Signaldämpfungen und erhöhten Fehlerraten führen.

Schlussfolgerung

Automotive Ethernet ist in der Tat eine sehr vielversprechende Technologie mit großer Bedeutung für die Entwicklung der automobilen Intelligenz. Als technische Experten müssen wir das:

• Bleiben Sie mit den technologischen Entwicklungen auf dem Laufenden: Dieser Bereich unterliegt einem raschen Wandel, da ständig neue Normen und Produkte entstehen.
• Schwerpunkt auf praktischen Anwendungen: Man kann sich nicht nur mit der Theorie befassen, sondern muss sie mit konkreten Anwendungsszenarien kombinieren
• Achten Sie auf das industrielle Ökosystem: Alleingänge funktionieren nicht; Zusammenarbeit mit der Industriekette erforderlich

Schließlich begrüße ich die Diskussion und den Austausch mit allen Experten, insbesondere mit denen, die über einschlägige Projekterfahrung verfügen und praktische Erkenntnisse weitergeben können. Mein Kenntnisstand ist begrenzt, daher bitte ich Sie, etwaige Fehler in diesem Artikel zu korrigieren!