隨著汽車技術不斷向前發(fā)展，用戶對智能汽車要求也在不斷提高，這就要求制造商向用戶提供更多、更好、更新的服務和功能的智能汽車。然而，增加服務和功能將使得車輛EEA的復雜性急劇增加，例如：自動駕駛系統(tǒng)和輔助駕駛系統(tǒng) (ADAS) 等某些功能的 ECU 需要在車內網絡中的多個 ECU 和傳感器之間以低延遲和嚴苛的服務質量 (QoS) 傳輸大量數據。此外,向車輛添加新的多媒體服務和更快的無線互聯(lián)網服務進一步增加了車內網絡的帶寬需求。為了滿足智能汽車中不斷增長的帶寬需求，赫千科技在2014年成立的早期就提出以時間敏感網絡 (TSN) 和音頻視頻橋接 (AVB)的車載以太網骨干網絡的車載EEA架構，推動著車載EEA架構從傳統(tǒng)的分布式架構向集中式域架構或區(qū)域架構轉變。

然而, 隨著未來的自動駕駛汽車將使用更多的高性能傳感器來提高對周圍目標的檢測能力（千萬級像素攝像頭、高線程激光雷達、4D毫米波雷達）,其帶寬要求將提高到50~100Gbps或更高。赫千科技在產業(yè)化過程中發(fā)現盡管基于以銅為通信媒介車載以太網EEA通信架構能夠提升車內網絡中節(jié)點數據傳輸量，但在超大流量的數據傳輸過程中，基于銅電氣互連顯示出傳輸帶寬、低延時、電磁兼容性的瓶頸限制。因此，為了克服超大流量數據傳輸限制,適配ADAS和未來自動駕駛等需求，赫千科技在智能汽車的車內網絡中采用光纖作為通信介質的集中式區(qū)域EEA架構。如圖1所示，基于光模組搭建EEA光通信架構，采用多個光模組和多個區(qū)域網關進行連接，區(qū)域網關也可以根據實際需要換成其它控制器，如T-box、域控制器等。在硬件設計中，采用BTB連接件將光模組和區(qū)域網關進行連接，以MIPI-CSI、SGMII、I2C/SPI、GPIO接口等進行數據和控制信號傳輸。在車身不同區(qū)域放置光模組和區(qū)域網關，相近的ECU可以連接至相近的光模組或區(qū)域網關，區(qū)域網關如果接收到傳統(tǒng)的CAN信號、LIN信號，可以將CAN信號和LIN信號傳輸發(fā)送給光模組轉成光信號發(fā)送至中央計算平臺進行處理，不同區(qū)域網關可以通過光模組交換數據。光模組主要負責光纖信號的收發(fā)、GMSL2攝像頭信號和光纖以太網攝像頭信號接收、光纖激光雷達信號的接收以及光纖信號的轉發(fā)等?；诠饽＝M搭建EEA光通信架構能夠高速、低延時傳輸大流量數據并具有有益的EMC性能，同時也能夠兼容傳統(tǒng)網絡。

圖1 赫千科技基于光模組搭建EEA光通信架構示意圖

相比于銅，采用光互聯(lián)的車載EE架構能夠具備傳輸超高的帶寬、優(yōu)越電磁兼容性 (EMC) 性能、低延時以及低成本等優(yōu)勢。盡管傳統(tǒng)數據中心內部互聯(lián)的光通信技術發(fā)展較為成熟，但是傳統(tǒng)光通信中的技術仍然不能直接轉移到車內網絡通信。與網絡數據中心內部的光互聯(lián)相比，汽車應用需要更廣泛的工作溫度范圍、卓越的可靠性以及特殊可信和安全功能的實施，如圖2所示，在波長范圍內，在數據中心內部互聯(lián)中，目前采用850nm的波段進行傳輸，能夠具有較低的鏈路損耗，另外的原因在于砷化鎵的光電探測器與850nm的波長能夠很好的兼容。在車內網絡中，選擇970nm~990nm的波段，如選擇980nm的波長在車內進行傳輸，光源采用VCSEL，VCSEL器件的成本較低，研究發(fā)現980nm或更高波長的VCSEL光源在數千小時運行過程中并未見信號的衰退。

圖2 比較光模塊在車內網絡與數據中心內部互聯(lián)中的技術指標

在光纖選擇方面，受制于車內環(huán)境的限制，車內網絡光纖需要滿足彎曲損耗小、抗彎曲性能高、對振動不敏感等要求，而數據中心處于環(huán)境良好的靜態(tài)工作環(huán)境中，而無需嚴格考慮上述性能。鑒于汽車應用的嚴苛要求，選擇性能容易調節(jié)的POF光纖用于車內網絡較為適合。在光路的物理連接方面，車內網絡顯然要求更為嚴格，車輛行駛過程中存在頻率小于300Hz的連續(xù)振動，它會導致對光模塊與光連接器之間的耦合對準產生偏移，從而導致耦合損耗的增加和接收功率變化。另外，路面不平將會造成更大的顛簸會在瞬間產生較大的晃動，從而對光纖連接器提出更高抗振動要求。在工作壽命方面，數據中心光模塊一般3-5年壽命即可，然后在車內環(huán)境要求使用壽命至少需要長達10年。在工作溫度方面，由于汽車是在外部環(huán)境應用并且不同區(qū)域（南方與北方有較大溫差）存在較大溫差，要求光模塊需要在-40 ~125 ℃都能夠正常運行，而數據中心都是室內環(huán)境且大部分都有空調，工作溫度只需在0~70 ℃即可。可見，光模塊要在車內網絡中獲得應用，其性能指標遠比數據中心內部互聯(lián)光模塊要嚴苛較多，從而對車內網絡中光模塊的低成本成熟應用提出較大的挑戰(zhàn)。

隨著車輛技術的不斷向前推進，伴著AI大模型、自動駕駛和無人駕駛技術逐漸的走向成熟，對車內EEA電子電氣架構中關鍵節(jié)點數據高帶寬、低延遲、EMC性能等方面提出更高性能要求。傳統(tǒng)以銅線作為通信媒介網絡架構勢必將難以滿足車內網絡通信不斷發(fā)展的需求，而以光纖作為通信媒介的光通信EEA架構因具備低延遲傳輸超高帶寬、優(yōu)異EMC 性能、可擴展性，能為先進智能汽車車內網絡通信提供新的解決方案。但光通信在汽車應用中需要面臨惡劣環(huán)境，同時還要求低成本、高可靠性，使得車載光互連的成熟應用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。相信未來在赫千科技等優(yōu)秀企業(yè)的推動下對車內光通信技術的不斷改進，基于光互聯(lián)的網絡通信架構將會在車輛廣泛應用，進一步給用戶帶來更良好的體驗。

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