最新發佈的一個IEEE標準將有助於連網汽車(connected car)的實現——它能為所有汽車功能提供強壯的內部資料網路,並提供足夠快的資料速度與雲端,並最終與物聯網(IoT)等外部世界交流。這個標準就是IEEE 802.3bw-2015 100BAST-T1,它支援單根平衡雙絞線,以提供100Mb/s的乙太網路運作,因此不僅會影響功能型汽車設計,而且支持汽車電氣化、車載應用以及與車外世界即時連接應用中的全新電子設計環境。

隨著這種新標準的施行,先進駕駛輔助系統(ADAS)應用將越來越成熟和實用,資訊娛樂應用也一樣。也許更令人興奮的是無數的車聯網應用,它們將充分利用汽車與環境之間的資料連結——從相對於道路上其他汽車的位置,到與智慧交通(smart transportation)、智慧家庭(smart home),以及智慧城市(smart city)網路和應用的聯繫。

車聯網汽車可望最快於2020年上路,隨著汽車行業即將實現下一個技術飛躍,IEEE802.3bw-2015的發佈為電子設計人員和其他人員提供了大膽創新的基礎。因此,簡要描述這個新標準的推動力、標準的開發及無數可能的應用將能為設計人員提供在這個新興市場中如何發揮智慧的明確思路。

傳統挑戰

首先讓我們瞭解一些傳統的汽車電子產品,然後思考在新標準下的可能性。

在1950年代,汽車中的唯一電子元件是調幅收音機。巡航定速系統 (Cruise control)和電子燃油噴射是幾十年後才出現在汽車上。到1980年代,汽車行業開始為越來越多的電子系統整合控制器區域網路(CAN)1Mbps資料匯流排。到21世紀,電子產品開始支援更多的駕駛輔助和資訊娛樂功能,更不用說為數眾多的汽車功能了。

20160905NT01P1
連網汽車可提升行車安全並與其他車外網路進一步連結。(圖片來源:香港矽谷)



直到新的IEEE標準發佈之前,車載網路架構仍有些區隔。各種電子系統和網路經常是在需要時就加進來,一個子系統中的資料不可以用於其他子系統。

因此,只有將汽車與任何其他網路一樣對待,並提供統一的網路架構和平台才有意義。這樣的平台可以聯繫汽車現有的電子和資料功能,並將基於電子產品的創新功能很快整合進汽車環境中。

車內連接

當然,軟體和電子功能都依賴於硬體。一個多世紀以來,汽車產業都利用銅線滿足汽車內的電子需求。隨著時間的推移,由眾多銅線組成的汽車線束已經變成第三個最昂貴的零件,也是最重的一個。因此,長久以來降低成本和汽車總重量的壓力已經列入汽車行業的需求。

單根平衡雙絞線銅纜的優點有很多。它能以乙太網路的速度承載電子訊號;其使用最少數量的導線,因此可能具有最輕的重量;它可以實質性地減少電磁干擾(EMI),並能很好地抵抗外部電磁干擾(大多數由發動機和點火系統引起)。另外,汽車必須能夠承受廣範圍的溫度變化、強烈的振動、灰塵、腐蝕性液體和其他危險因素。由單根平衡雙絞線組成的簡化線束更輕、更便宜、可抗電磁干擾,因此適合高速率資料應用。

由於主流汽車製造商非常關注越來越複雜的車載應用,如ADAS和資訊娛樂,汽車操作的電氣化趨勢也在持續,因此車廠迫切需要高性價比、高頻寬的連接以及統一的網路架構來實現車載資料通訊。

標準開發

2011年,汽車行業協會OPEN Alliance開發出了在單根雙絞線上實現100Mb/s資料通訊的規範,縮寫為 OABR(OPEN Alliance 100-Mbit/s BroadR-Reach)。OPEN Alliance發現,與OABR相容的IEEE全球標準將會獲得汽車產業最廣泛的接受和採納。因此,乙太網路系列標準範圍內的IEEE P802.3bw 100BASE-T1便從2014年年初開始相關工作,且IEEE802.3bw在2015年10月得到了批准。

採用基於乙太網路的單根雙絞線電纜可以帶來多方面的好處。通過減少材料清單和物理上整合線束所需的勞動力,它可以降低成本,同時還能減輕整輛汽車的車重,從而改善汽車的效率、汽油里程數和排放。也許更重要的是,這個新標準回答了這些物理需求,同時又能支援ADAS、更先進的資訊娛樂和迄今尚不可能實現的未來連網汽車應用。

當然,全球性標準可以提高互通性,以及由此引起的規模經濟,進而降低成本。IEEE 802.3bw的發佈將實現所有利益相關者(包括消費者)的共贏。

美好新世界:雲端和物聯網

今天,汽車製造商們都在忙於根據新標準設計ADAS、資訊娛樂和汽車電氣化應用,這些應用將使汽車的電子設備更簡單、有效和高效能。新車內部網路可以與雲端互通資訊,實現諸如遠端通訊、診斷、資訊娛樂、維修諮詢,甚至是汽車的位置和周圍環境方面的應用。最後,隨著其他外部網路的成熟,汽車可以從基於雲端的物聯網向駕駛員提供資料或做出預測,而這樣的物聯網又連接著智慧交通、智慧家庭和智慧城市中的網路。

另外,基於標準的改進即將來臨。IEEE P802.3bp 1000BASE-T1千兆(Gigabit)乙太網路任務小組將可望很快完成這項工作,這將把乙太網路的車載資料速度提高到IEEE 802.3bw的10倍。另外,IEEEP802.3bu單對資料線供電(1-PairPower over Data Lines,PoDL)標準所能提供的功率將比IEEE 802.3bw和IEEE P802.3bp使用的單根雙絞線供電還高,從而為線束提供最大的效率,因為它能在相同的雙絞線上同時承載電力和資料。IEEE 802.1時間敏感網路(Time Sensitive Networks,TSN)/音視訊橋接(Audio/Video Bridging,AVB)系列標準將能確保車載網路可區分急迫性較低的安全感測器和命令的優先順序。