摘要：简介：本文围绕汽车通信技术变革，阐述CAN总线发展历程与局限，介绍汽车以太网优势、协议、应用现状及未来趋势，展现其如何在汽车通信领域挑战并有望取代CAN总线。

简介：本文围绕汽车通信技术变革，阐述CAN总线发展历程与局限，介绍汽车以太网优势、协议、应用现状及未来趋势，展现其如何在汽车通信领域挑战并有望取代CAN总线。

汽车通信领域正经历着一场深刻的变革，CAN总线曾经的辉煌正在逐渐黯淡，而汽车以太网正以令人瞩目的态势强势崛起。

CAN总线诞生于20世纪80年代，由德国博世公司专门为汽车行业量身打造。自问世以来，它凭借自身众多突出优势，在汽车通信领域占据了主导地位长达数十年。CAN总线采用双绞线作为传输介质，属于现场总线的一种，构建起分布式控制系统的串行通信网络。其在实际应用中表现出极高的实时性，当信号传输距离达到10km时，依旧能够维持50kbit/s的数据传输速率，这个传输距离和速率在当时的汽车通信环境下完全能够满足大多数需求。同时，它具有卓越的抗电磁干扰能力，能够在复杂的电磁环境中稳定工作，确保通信的可靠性。成本方面，CAN总线相对较低，这使得它在汽车生产中具有很高的性价比，易于大规模应用。在通信方式上，CAN总线采用双线串行通信，这种方式具备强大的检错能力，保证了数据传输的准确性。而且，它还拥有优先权和仲裁功能，多个控制模块可以通过CAN控制器轻松挂接到CAN - bus上，形成多主机局部网络，方便各个模块之间的通信与协作。美国汽车工程学会sae提出的j1939协议，更是让CAN总线成为货车和客车中控制器局域网的通用标准，进一步巩固了它在汽车通信领域的地位。

然而，时代在发展，汽车电子系统迎来了飞速发展的黄金时期。高级驾驶辅助系统（ADAS）、自动驾驶技术以及日益丰富的车载信息娱乐系统如雨后春笋般涌现，这些新兴技术对数据传输速率和带宽提出了前所未有的高要求。CAN总线通常只能提供几百kbps的速度，在面对高清视频、大量图像数据等大数据量的传输任务时，显得力不从心。以自动驾驶场景为例，车辆需要实时处理来自雷达、摄像头等大量传感器的数据，这些数据量巨大且要求快速传输至车辆控制单元进行分析和决策。但CAN总线有限的传输速度，导致数据传输延迟，使得车辆的环境感知和决策响应速度跟不上实际需求，严重影响了自动驾驶的安全性和准确性。在车载信息娱乐系统中，CAN总线也无法满足高清视频流畅播放、在线音乐流媒体稳定传输等需求，用户体验大打折扣。

正是在这样的背景下，汽车以太网应运而生。它是一种专为解决传统车载网络无法满足当下需求而诞生的新兴局域网技术。汽车以太网通过单对非屏蔽双绞线，就能实现高达100Mbit/s甚至1Gbit/s的数据传输速率 ，这个速率相比CAN总线有了质的飞跃。如此高速的数据传输能力，使得汽车以太网能够轻松应对车内大数据量的传输任务，完美契合了汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟及同步实时性的严格要求。在车载信息娱乐系统中，汽车以太网能够让高清视频播放流畅无阻，在线音乐流媒体传输稳定，并且实现与智能手机的快速连接和数据同步，为乘客带来极致的娱乐体验。在ADAS和自动驾驶领域，汽车以太网凭借高速、可靠的数据传输，让车辆能够及时获取并处理来自各种传感器和执行器的信息，大大提高了驾驶的精准度和安全性。

汽车以太网协议是一个结构严谨的4层协议系统，包括应用层、传输层、网络层和数据链路层。其物理层采用博通公司的BroadRReach技术，这项技术有着诸多优势。它支持全双工通信，有效提升了数据传输的效率；成功解决了电磁兼容性（emc）问题，为以太网进入汽车领域并广泛应用扫除了一大障碍。在协议簇方面，AVB协议簇特别适合音视频数据传输，能够保证车内多媒体内容的高质量播放；TCP/IP协议簇则是整个网络结构的核心，承担着数据传输和网络连接的重要任务；应用层还能根据用户的不同需求提供多种协议，以满足多样化的通信场景。目前，汽车以太网的标准化工作正在多个组织的共同推动下有序进行。其应用发展分为局部网络、子网络和多子网络三个阶段。在局部网络阶段，汽车以太网可以在子系统中得到应用，实现子系统内部的高效通信；随着发展进入子网络阶段，能够整合多个子系统，进一步提高系统间的协同工作能力；到了多子网络阶段，汽车以太网则可作为车载骨干网，构建起全面、高效的车内网络架构。

从目前的应用现状来看，汽车以太网已经在部分高端车型中得到了应用。例如特斯拉等汽车制造商，在其车型中采用车载以太网技术，实现了车内各个系统之间的高效通信和数据交互，极大地提升了车辆的整体性能和用户体验。然而，不可忽视的是，目前大部分车内以太网还是点对点的星型网络或树形网络，这种网络结构存在一些明显的缺陷。稳定性方面，一旦某个节点出现故障，可能会影响整个网络的通信；实时性较低，在数据传输过程中容易出现延迟；速率也有待进一步提高，无法充分发挥汽车以太网的全部潜力。不过，行业内并没有停止探索和创新的脚步。为了解决这些问题，人们开始使用tsn技术。tsn技术提供了丰富的流量管理方法，通过对不同类型数据的优先级划分和传输调度，确保关键的数据能够准时、稳定地传输，从而有效提高了网络的实时性和稳定性。另外，通过增加链路来提高节点间的带宽，进而提高节点间的传输速率也是一种有效的解决办法，环形网络就是这种方法的具体实现形式之一。环形网络通过增加节点之间的连接链路，形成一个环形的网络结构，当某个链路出现故障时，数据可以通过其他链路进行传输，大大提高了网络的可靠性和稳定性。

展望未来，随着汽车智能化、电动化、网联化的不断深入发展，汽车以太网的应用前景将变得更加广阔。在实现l4 - l5级别的自动驾驶情况下，车内的网络带宽需求将呈现爆发式增长，汽车以太网无疑将承担起大部分的通信任务。届时，它不仅会在高端车型中得到更广泛的普及，还将逐步向中低端车型渗透，成为汽车通信的主流技术。同时，汽车以太网还将与5G等技术深度融合。5G技术具有高速率、低延迟、大容量的特点，与汽车以太网结合后，能够实现车内车外的无缝连接，进一步提升数据传输效率、网络稳定性和实时性。这将为智能交通系统的建设奠定坚实的基础，让汽车不仅是一个出行工具，更是智能交通网络中的重要节点，实现车辆与车辆、车辆与基础设施、车辆与行人之间的高效通信和协同工作。

尽管汽车以太网的发展道路上仍面临一些挑战，比如成本相对较高，这使得一些汽车制造商在大规模应用时有所顾虑；技术标准也有待进一步统一，不同厂家的产品在兼容性和互操作性方面还存在一定问题。但随着技术的不断进步和产业的逐渐成熟，这些问题都将逐步得到解决。可以预见，在未来的汽车通信领域，汽车以太网凭借其高速率、高带宽、多功能等显著优势，必将彻底改变CAN总线主导的传统格局，成为推动汽车智能化发展的关键力量，引领汽车行业迈向全新的智能网联时代 。

来源：悠闲的治水大禹