汽車以太網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用POF骨干和攝像鏡頭鏈路
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3 汽車應(yīng)用環(huán)境的獨(dú)特挑戰(zhàn)
汽車網(wǎng)絡(luò)使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物理層必須符合汽車環(huán)境的獨(dú)特挑戰(zhàn)，并且不能大幅度提高成本，系統(tǒng)的最終成本不僅由性能本身決定，也受到汽車環(huán)境條件的影響，而這在大多數(shù)的案例中則會(huì)提高最終成本。
汽車網(wǎng)絡(luò)面對(duì)的挑戰(zhàn)包括：
●震動(dòng)
使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須可以承受汽車在持續(xù)行進(jìn)環(huán)境中既有的震動(dòng)，震動(dòng)會(huì)影響所有的機(jī)構(gòu)配件，特別容易對(duì)電連接器造成傷害，因此對(duì)電纜和連接器帶來(lái)了嚴(yán)格的限制。
●溫度
汽車中不同領(lǐng)域的溫度范圍會(huì)因網(wǎng)絡(luò)位置而有所不同，大多數(shù)汽車領(lǐng)域的最高溫度約為105℃。
●重量
使用作為網(wǎng)絡(luò)媒介物質(zhì)的重量非常重要，因?yàn)樗苯佑绊懙接秃暮统杀?，以及相關(guān)的碳排放。
●成本的可預(yù)測(cè)性
基于銅的物理層因銅價(jià)的不可預(yù)測(cè)性而受到影響，過(guò)去10年銅價(jià)大幅度上揚(yáng)，無(wú)法穩(wěn)定地預(yù)估成本就成為影響基于銅電纜解決方案的負(fù)面因素。
●電磁兼容性(EMC, ElectroMagnetic Compatibility)
電磁幅射和干擾是汽車網(wǎng)絡(luò)面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)，基于電氣的通信，如使用銅作為物理層特別容易受到電磁干擾(EMI, ElectroMagnetic Interference)。
●長(zhǎng)度
汽車網(wǎng)絡(luò)的典型長(zhǎng)度大約為5米，部分網(wǎng)絡(luò)可能延伸到15米，汽車網(wǎng)絡(luò)中使用的任何通信技術(shù)必須能夠在涵蓋這些長(zhǎng)度范圍的同時(shí)提供足夠的信噪比(SNR, Signal-toNoise Ratio)裕度。
3.1 汽車網(wǎng)絡(luò)的POF骨干
POF為汽車網(wǎng)路的理想骨干，作為光學(xué)媒介，POF不會(huì)有基于電氣實(shí)體層如EMI、重量和成本可預(yù)測(cè)性的典型限制，相較于其它采用硬包層光纖，因MOST和FlexRay協(xié)議而著名于汽車市場(chǎng)的POF更加容易處理并且安裝和維護(hù)成本更低，最后，由于KDPOF技術(shù)，由VDE和ETSI制訂，POF可以克服現(xiàn)有的光電限制，達(dá)到嚴(yán)格汽車標(biāo)準(zhǔn)要求的1Gbps性能。
為了滿足汽車環(huán)境的獨(dú)特挑戰(zhàn)，POF提供了相較于銅纜解決方案甚至硬包層光纖更好的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。
●震動(dòng)
由于POF為光學(xué)技術(shù)，不會(huì)使用電氣接點(diǎn)，因此可以避免因震動(dòng)引起的電氣噪聲，而POF的較大核心直徑(1mm)也使它足夠穩(wěn)固，可以不受震動(dòng)產(chǎn)生噪聲的影響。
●溫度
POF是一種相較于銅電纜或硬包層光纖更容易受到溫度影響的聚合物材料，然而，應(yīng)用于最常見汽車環(huán)境高溫范圍的POF解決方案使得POF可以使用于所有目標(biāo)汽車領(lǐng)域中，另外，雖然光收發(fā)器目前的溫度上限為95℃，最新的Avago千兆位級(jí)POF收發(fā)器已經(jīng)把目標(biāo)訂在達(dá)到105℃。
●重量
POF要比銅電纜輕上許多，只有UTP Class 5銅電纜的六分之一，POF較輕的重量擴(kuò)展到汽車中的所有通信連線后，可以帶來(lái)比銅電纜大幅度的重量?jī)?yōu)勢(shì)。
●價(jià)格的可預(yù)測(cè)性
聚合物是一種不會(huì)受到市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)影響的材料，相反的，銅則會(huì)有大幅度的價(jià)格波動(dòng)，過(guò)去10年來(lái)上下浮動(dòng)超過(guò)4倍，2002年銅價(jià)為每磅USD$1.00，2012年則接近每磅USD$4.00。
●電磁兼容性(EMC)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師較為喜歡如POF等不受電氣噪聲影響的光學(xué)解決方案，這就轉(zhuǎn)化成為更好的噪聲裕度和更為簡(jiǎn)單的系統(tǒng)方案，系統(tǒng)測(cè)試可以通過(guò)更低的開發(fā)成本和更短的上市時(shí)程而簡(jiǎn)化。
●長(zhǎng)度
千兆位POF技術(shù)可以延伸典型的汽車15米目標(biāo)長(zhǎng)度達(dá)到40米，加上所有線上的連接器，因此可以為巴士和卡車提供新的應(yīng)用，并在同時(shí)符合較短車輛目標(biāo)的嚴(yán)格噪聲裕度。
3.2 低速鏈路用POF
雖然POF技術(shù)可以達(dá)到1Gbps的帶寬，但也可以應(yīng)用在現(xiàn)有的100Mbps系統(tǒng)上，這代表了POF不僅可以符合未來(lái)汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要千兆位骨干的需求，也適合現(xiàn)有車內(nèi)較低速度的通信總線應(yīng)用。
POF應(yīng)用于較低速應(yīng)用的兩個(gè)關(guān)鍵范例包括混合動(dòng)力或電動(dòng)火車以及巴士和卡車，對(duì)于EMC有非常高的抗擾度要求，混合動(dòng)力或電動(dòng)火車為如POF等可抵抗電氣噪聲解決方案的理想環(huán)境，由于在這些環(huán)境中使用了相當(dāng)大的電池，因此重量就成為重要的關(guān)鍵，POF較輕的重量提供相較于其他技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)。
對(duì)于較大規(guī)模的巴士和卡車，基于POF的較低速解決方案可以將網(wǎng)絡(luò)延伸到超過(guò)40米，甚至超過(guò)100米，為巴士和卡車提供新的應(yīng)用可能。
4 以太網(wǎng)攝像鏡頭應(yīng)用
汽車市場(chǎng)目前的趨勢(shì)是在車上裝載更多的攝像鏡頭，因?yàn)榘踩嚓P(guān)的影像應(yīng)用已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)今汽車的標(biāo)準(zhǔn)，依諮詢公司TSR預(yù)估，集成CMOS傳感器汽車攝像鏡頭的車輛比例已經(jīng)由2008年的20%大幅度提高到2013超過(guò)70%。
車載電子視覺(jué)系統(tǒng)的開發(fā)對(duì)于汽車市場(chǎng)是一個(gè)逐漸發(fā)展的領(lǐng)域，特別是對(duì)駕駛和其它道路使用者，包括弱勢(shì)道路使用者如行人安全要求的提升上，汽車攝像系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上可以顯示汽車周圍區(qū)域，通常會(huì)涵蓋汽車的盲點(diǎn)。
主要汽車市場(chǎng)如歐洲、日本和北美目前已經(jīng)開始進(jìn)入立法以協(xié)助避免對(duì)弱勢(shì)道路使用者的傷害，并特別強(qiáng)調(diào)視覺(jué)系統(tǒng)的使用，這個(gè)趨勢(shì)目前也快速推動(dòng)ADAS系統(tǒng)的采用，先前只在高端車輛中使用，這些新的安全系統(tǒng)會(huì)在生產(chǎn)成本大幅度降低后快速被加入較低端汽車上。
產(chǎn)業(yè)預(yù)估，2017年車輛不僅可以在沒(méi)有ADAS下達(dá)到目標(biāo)五星級(jí)新車評(píng)價(jià)規(guī)程(NCAP, New Car Assessment Program)，因此，領(lǐng)先汽車制造商必須在其時(shí)加入至少一個(gè)ADAS系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)配備，隨著ADAS系統(tǒng)的大幅度成長(zhǎng)，將創(chuàng)造能夠連接車內(nèi)所有攝像鏡頭、電子控制單元(ECU, Electronic Control Unit)和人機(jī)界面(HMI, Human Machine Interface)高效率技術(shù)的市場(chǎng)需求。
作為例子，汽車通常最少會(huì)有5個(gè)盲區(qū)需要數(shù)個(gè)視覺(jué)攝像鏡頭提供區(qū)域安全掃描，如圖，包括左方駕駛座的5個(gè)盲區(qū)可由圖中看出，盲區(qū)的大小則由車輛的設(shè)計(jì)和鏡子的視角決定。
圖：大多數(shù)汽車的5個(gè)典型盲區(qū)。
(來(lái)源：ISVCS 2008 July 22 - 24, 2008，愛爾蘭都柏林)
評(píng)論