车载网络协议与串扰问题

本文要点

汽车网络协议包括本地互连网络 (LIN)、控制器局域网络 (CAN)、面向媒体的系统传输 (MOST) 和 FlexRay 等。

通过一根非屏蔽双绞线 (UTP)，车载以太网为汽车提供了一种经济高效的轻量化通信解决方案。

车载通信网络中使用了很多成束的电缆，易产生串扰。

自动驾驶汽车是汽车行业的未来。为了实现网络安全连接，汽车行业使用以太网网络。车载以太网是车载信息娱乐、故障诊断和远程传感器连接的必要组成部分。与控制器局域网络 (controller area networks, CAN) 或 FlexRay 等常用的网络协议相比，车载以太网具有更多优势。对于车载以太网而言，网络中的串扰也相对较少。本文将讨论汽车网络协议和影响车载网络的串扰问题。

车载网络的重要性日益凸显

传统燃油汽车正在被自动驾驶汽车所取代。事实上，自动驾驶汽车的市场需求非常强劲，以至于大多数主流车企都开始生产自动驾驶汽车。自动驾驶汽车的运行依赖电子系统，而不是机械或液压系统。它使用的电子控制单元 (ECU) 在尺寸、重量和可靠性方面都优于传统的电子控制单元。

自动驾驶汽车的电子控制单元是模块化的独立单元，可相互通信并与中央系统通信。与现有的驾驶安全解决方案相比，车载网络需要能够以更快的速度和更低的延迟传输数据，还要能够以更大的带宽处理大量数据。目前，车载网络有几种不同的协议。我们将在下一节讨论其中的几种。

车载网络协议

汽车网络协议包括本地互连网络 (LIN)、控制器局域网络 (CAN)、面向媒体的系统传输 (MOST) 和 FlexRay 等。

本地互连网络 (LIN)

LIN 是一种串行网络协议，用于汽车中各种组件之间的通信。这是一种低成本的网络标准，可在汽车中提供低端多路复用通信。LIN 总线采用指令器/应答器方式进行通信，只需使用一根线缆即可实现。

控制器局域网(CAN)

CAN 是一种平衡差分双线串行通信协议，可满足车载网络的高带宽需求。CAN 支持自动驾驶汽车的电子控制单元无缝共享控制数据。这是一种基于优先顺序驱动的通信协议。

面向媒体的系统传输 (Media-Oriented System Transport , MOST)

这是一种用于汽车的高速多媒体网络，可在汽车部件内分发信息。MOST 总线使用光纤链路作为主要通信介质。

FlexRay

FlexRay 是一种串行通信协议，可为汽车安全攸关系统和自适应巡航控制提供可靠的通信。FlexRay 的部分优势包括数据传输速度快、数据传输能力强和时间触发通信。

车载以太网

前文提到的汽车网络协议并不能满足汽车的所有需求。当今的汽车需要实现车对万物 (vehicle-to-everything，V2X) 的连接能力以及更大的带宽。车载以太网协议可满足汽车联网需求，因而被汽车行业广泛采用。车载以太网是一种快速的四线标准通信协议，可为车载系统提供保护。通过一根非屏蔽双绞线 (UTP)，车载以太网为汽车提供了一种经济高效的轻量化通信解决方案。

车载网络中的串扰问题

汽车高速通信总线的设计使其能够在恶劣的电磁环境中工作。车载网络的辐射不应干扰车载或非车载设备。此外，车载网络还不应受到外部噪声的影响。如果车载数据网络容易受到电磁问题的影响，就会降低汽车的安全性和可靠性。

综合考虑所有这些方面，电磁兼容性成为车载网络设计的重中之重。为了确保电磁兼容性，要在汽车电气和电子结构设计中引入电磁干扰限制。

车载网络中的串扰是常见的故障模式之一。串扰是一种不良现象，会影响到车辆的安全。串扰现象会导致汽车通信总线中的一条线路与另一条线路产生不必要的能量耦合，并降低汽车数据网络的信号完整性。

汽车通信网络中使用的电缆线束会产生串扰，表现为以 dB 值表示的外部串音或功率和外部近端串音。数据通信线束中的多对电缆会削弱车载网络的抗串扰能力。而作为最常见的以太网电缆类型，单根的双绞线电缆有助于降低串扰的影响。

对于在自动驾驶汽车中建立通信的网络，串扰会严重影响汽车电气和电子结构的功能。与其他通信协议相比，车载以太网具有更好的性能、信号完整性和抗串扰能力同的电缆长度、屏蔽与非屏蔽的效果对比，老化以及针对车载以太网 100Base-T1 PHY 的合规性检查。