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专访博世首席技术专家穆特·亚瑟:助力未来车载网络,CANXL将大有可为

发布时间:2023年11月21日 08:00 来源:盖世汽车 编辑:谷小金   阅读量:5868   
导读:“未来,车载通信网络的两大主导力量将是CAN和以太网。”博世半导体集成电路与IP高级专家穆特·亚瑟日前在接受盖世汽车的独家专访中说道。 的确,在过去数十年车载网络标准之争中,CAN总线凭借实时、稳定、可靠和低成本等特点从LIN、M...

“未来,车载通信网络的两大主导力量将是CAN和以太网。”博世半导体集成电路与 IP 高级专家穆特·亚瑟日前在接受盖世汽车的独家专访中说道。

的确,在过去数十年车载网络标准之争中,CAN总线凭借实时、稳定、可靠和低成本等特点从LIN、MOST、FlexRay、K-line等竞争者中脱颖而出,占据车载网络的半壁江山。而在穆特博士的预测中,随着CAN协议不断进行更新换代和升级,未来CAN仍将在车载网络中扮演重要力量。

填补CAN FD与以太网间的空白,CAN家族迎来第三代成员CAN XL

根据穆特博士的介绍,自1986年博世集团开发出面向汽车的CAN 通信协议后,CAN主要经历了三代演进:从CAN CC到CAN FD再到最新的CAN XL。第一代CAN CC已运行了30余年,至今仍在使用;第二代协议CAN FD于2012年发布,2015年完成ISO标准化,穆特博士透露,今天道路上的大多数车均搭载着CAN FD,一辆车中大约有30至200个CAN通信节点。

既然如此,为何博世又要如此快地着手推出第三代协议CAN XL?对此,穆特博士解释称,最初这一需求是由一家德国汽车制造商提出,但博世对CAN XL的研发和推动并不仅仅因为个别企业的产品市场战略,而在于近些年来汽车电子的迅猛发展和技术需求激增。

一方面,新一代智能网联汽车通常搭载ADAS辅助驾驶、自动驾驶、车载娱乐和车身监控等功能,促使车企需要在车内部署众多数量的ECU实现复杂的功能,而大量ECU的使用需要高速、高带宽以及低延迟的车载网络通信,但传统CAN总线难以满足高速、高带宽以及低延迟的需求。另一方面,智能网联汽车新的功能需求以及车联网技术的变革,使得传统的电子电气架构已经无法满足需求,也在逐步向域控架构乃至中央集成式电子电气架构发展,这也需要更强大的CAN 通信协议,不仅需要高传输速率,最好还能在同一总线上同时运行多个网络协议。

当前,常用车载总线既包括低速率总线,覆盖了5MBit/s及以下的应用,也包含高速率的总线,即车载以太网(100/1000BASE-T1)。但是,超过90%的汽车通信需要低于100Mbit/s的数据速率,若都用100Mbit/s网络来满足这些通信需求,无论在成本还是效率方面都是低效的。

因此,从目前的车载网络标准速率分布图来看,在“绿皮车”到“复兴号”(100Mbit/s)之间有一个明显的缺口,需要有相关技术能够来填补,并在成本、性能和速率之间取得平衡,顺应新的应用场景需求。在此背景下,CAN XL应运而生。

助力CAN与以太网“平分天下”,CAN XL底气何在?

穆特博士之所以认为未来车载网络中CAN总线仍将与以太网同时发挥主导力量,CAN XL在其中扮演着非常重要的作用。穆特博士认为,目前来看,CAN XL有几大优势非常突出。

首先,CAN XL的产品优势非常清晰。其通信速率高达20 Mbit/s,有效负载大小增至2048字节,能提供更大的数据吞吐量;通过添加一个名为SDT的字段,能够在同一总线上运行多个CAN网络,这一“兼容性”是其最明显的优势之一,一方面,CAN XL是从CAN FD衍生,继承了CAN FD的特性,能很好的衔接以CAN为主的车内通信,兼容多种收发器(CAN、FD、SIC、SIC XL);另一方面,CAN XL对其协议做了很大的扩展,允许在CAN XL上运行TCP/IP,有望做到对以太网上层协议的良好兼容(特别是面向服务的通信方式)。可以说,早期的CAN XL的需求更多的是解决速率瓶颈,但随着不断的演进升级,兼容性、“包容性”成了非常关键的要素。

成本方面,CAN XL保持了非常强的性价比,在结合CAN和以太网功能的同时,保持了CAN的低价格。同时,CAN XL具有广泛的可用性,可以在绝大多数下一代汽车中提供。上述显而易见的优势,使得CAN XL具有非常广阔的应用前景,尤其适用于3大类应用:需要更高带宽的应用、支持SOA的应用以及安全应用。

穆特博士还透露,在技术上趋向成熟的CAN XL,在标准化成型方面也取得了重大进展。目前,ISO标准化工作已经开始将CAN XL纳入ISO标准ISO 11898-1和ISO 11898-2(OSI第一层,CAN XL收发器),博世也在积极参加这些ISO工作组的工作。CiA610-1和CiA610-3(OSI第一层,CAN XL收发器)的规范也已经发布,此外,CAN XL还取得了AUTOSAR的支持,这一点对汽车制造商来说非常重要。

提及汽车OEM,穆特在采访中表示,博世在CAN XL的开发方面与汽车制造商保持着紧密的合作。“例如,博世最近帮助戴姆勒卡车实施了一项概念验证,即在车内用CAN XL网络取代FD网络,目的是获得关于CAN XL的鲁棒性和潜力的实验数据。最后结果非常顺利。”

不止戴姆勒卡车等汽车制造商在积极推进CAN XL,一些头部半导体厂商和工具供应商也早在CAN XL上有所布局。英飞凌、恩智浦、意法半导体、瑞萨等知名厂商已推出基于CAN XL的MCU产品,目前大多处于SAMPLE阶段;是德科技早在去年就推出了业界首款适用于CAN XL协议的示波器。作为业界知名的Tier 1厂商,博世不仅有功率器件、传感器等半导体产品,也提供IP产品,针对CAN XL,博世推出的IP产品X_CAN也已经准备就绪。

至于国内的客户,穆特博士说道:“虽然国内客户的节奏比国外客户稍微慢了一点,但我们接触下来发现他们也都很感兴趣。”随着工具、软件的不断丰富以及头部半导体厂商的积极参与,CAN XL的生态已日趋完善,接下来,CAN XL在汽车上的广泛应用也将变得更加顺畅。

CAN XL未来大有可为,中国OEM或率先采用

随着电子电气技术和软件定义汽车的发展,车上需要的ECU越来越多。例如,一款宝马汽车上安装了100多个ECU,其中30%的ECU有多个网络接口;车辆采用了7个不同的通信技术,使用了超过1公里长的通信线缆来连接。这意味着新一代汽车对更高带宽、更安全和更兼容的车载网络发展的需求越来越强。在部分情况下,甚至需要将 CAN 和车载以太网结合起来一起使用。

但是对于许多传统的汽车网络用例来说,CAN 仍然更具成本效益。行业分析人士表示,未来较长一段时间内,车载以太网与CAN都将是相互依存的,这一点与穆特博士的观点不谋而合。穆特认为:“未来以太网将支持高比特率,主要用于信息主干网的实现;而小于20 Mbit/s以下的中低速率场景将由CAN FD/FD Light和XL等来实现。”二者各司其职,各有自己的用武之地。

具体到CAN XL,由于其既保留了前两代CAN本身的优势和特点,又能对以太网进行衔接和兼容,有很大的发展潜力。虽然CAN XL目前尚未正式发布,但穆特博士非常看好其未来的应用前景:“鉴于西方主要的一些MCU制造商将在其产品中广泛支持CAN XL,许多中国MCU制造商也将很快支持CAN XL,越来越多的收发器产品中也将采用CAN XL,CAN XL广泛的可用性已经得到保证。”

万事俱备,只欠东风。穆特博士指出,目前CAN XL已经准备好在车上使用,只差最后一个步骤:大规模的量产上车。谈及谁会率先在车上使用CAN XL网络时,穆特认为,尽管CAN XL的需求最初是由一家德国汽车制造商提出,但中国OEM很可能成为第一个“吃螃蟹的人”,“因为中国汽车制造商虽然起步较晚,对最新的CAN XL网络了解可能也不多,但不可否认,中国OEM在新技术的采用上非常积极和迅速。”

那么,何时能在车上看到CAN XL的大规模应用?穆特表示:“CAN XL在车上的具体应用时间将取决于汽车制造商的速度。现在是OEM决定将CAN XL设计到E/E架构中的时候了。”穆特同时强调称,“博世正在与一些汽车制造商密切合作,讨论潜在机会。”其中就包括中国的汽车制造商。据悉,博世已经与一些中国电动汽车新势力进行了接洽,后者对CAN XL十分感兴趣。

车载通信作为智能网联功能的血液,对于智能驾驶的性能提升、智能座舱的服务多样化等都非常重要。CAN XL的推出和采用,结合以太网等其他车载总线通信技术,将为智能网联电动汽车如火如荼的形态升级和业态演进更添一把火。

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