1. 介紹
隨著全球電動車市場的快速擴展與自動駕駛、智慧連網技術的發展，車內通訊系統面臨前所未有的挑戰，電動車連網的重要性也逐步增加。 傳統的 CAN 與 LIN 總線已無法滿足現代電動車對高速、低延遲以及大數據傳輸的需求。為此，汽車乙太網憑藉其高速數據傳輸、低延遲以及靈活擴展的特點，成為電動車通訊網路的核心技術。
本文將全面探討汽車乙太網在電動車中的重要性，說明其優勢、應用場景、測試挑戰以及未來趨勢，並分享如何利用 Infinipower 的先進測試電源解決方案提升產品性能。了解更多請參閱 EV 與充電測試 與 產品首頁。
2. 電動車架構的演進
過去，車內通訊主要依賴於 CAN 或 LIN 總線。然而，隨著電動車搭載越來越多的感測器和電子控制單元（ECU），這些舊有架構面臨以下挑戰：
- 頻寬不足：
傳統總線的數據傳輸速率有限（CAN 約 1 Mbps，LIN 約 20 kbps），無法支撐大量連續數據傳輸。 - 延遲增加：
多個 ECU 的加入可能導致通信延遲與不穩定，影響即時性要求極高的功能如 ADAS。 - 擴展性差：
傳統架構難以在新增功能或升級時保持系統穩定。
汽車乙太網提供了從 100 Mbps 至 10 Gbps 的高速連接，並具有模組化設計，能夠靈活滿足未來擴充需求，成為電動車通訊網路的新標準。
3. 汽車乙太網在電動車中的優勢
3.1 更高的頻寬與數據效率
汽車乙太網能夠輕鬆處理來自多個攝像頭、感測器與控制模組產生的海量數據。高速連接確保低延遲，對於ADAS和能源管理等即時決策至關重要。此外，其高頻寬使得數據傳輸更穩定，降低因延遲導致的安全風險。
3.2 優異的擴展性與升級彈性
乙太網的模組化設計和分層結構使得新增 ECU 或感測器變得簡單，未來升級時僅需進行局部調整，無需大規模重新布線，從而降低研發和生產成本。這對於持續更新功能的電動車尤其重要。
3.3 減重與成本優化
採用乙太網，尤其是單對乙太網技術，可以顯著減少線束數量，降低車輛重量，並簡化安裝流程。減少重量有助於提升車輛能效，同時降低生產成本，從而在市場競爭中獲得優勢。
4. 汽車乙太網與車對萬物 (V2X) 通訊
隨著車輛不再僅僅是一部交通工具，而是成為智慧出行系統中的一個節點，汽車乙太網能夠實現車對萬物（V2X）通訊。這包括車輛與其他車輛、交通基礎設施、行人以及雲端服務的無縫連接。具體優勢包括：
- 支持 V2X 通訊：
高速乙太網可確保車輛能夠迅速交換來自交通信號燈、路標和其他車輛的實時數據。 - 促進高級自動駕駛：
低延遲與高穩定性使先進自動駕駛功能能夠依賴瞬間數據交換，從而提高安全性。 - 智能城市連接：
汽車乙太網作為智慧城市的通訊骨幹，能夠實現與雲端及城市基礎設施的連接，為未來智慧出行提供支持。
5. 汽車乙太網在電動車中的實際應用
5.1 電池管理系統 (BMS) 與動力模組
電池管理系統負責監控電池狀態、控制充電以及確保電池組在安全範圍內運行。隨著電池組規模和複雜性增加，傳統 CAN 總線無法滿足數據需求，而乙太網高頻寬能夠實時傳輸電壓、溫度和電流數據，從而保證電池性能和安全性，尤其在快充和能量回收過程中發揮關鍵作用。
5.2 先進駕駛輔助系統 (ADAS) 與感測器融合
ADAS 系統依賴大量來自攝像頭、雷達、激光雷達（LiDAR）等的數據。這些數據需要在極短時間內傳輸至中央控制單元以進行融合和處理。乙太網配合 TSN（時間敏感網路）技術，確保數據同步且即時到達，大幅提升環境感知準確性和駕駛安全性。
5.3 車載娛樂資訊系統 (IVI) 與連網功能
現代車輛中，乘客期望享受高清視頻、流媒體、多屏幕顯示以及快速互聯等豐富娛樂體驗。傳統總線無法同時支援大量高品質音視頻流。乙太網能夠同時傳輸多路高清內容，確保車內數位娛樂的流暢體驗，同時促進與智能手機及外部網路的連接，實現遠程監控與數據共享。
6. 汽車乙太網測試的挑戰與解決方案
雖然汽車乙太網具有諸多優勢，但要在電動車的嚴苛環境中確保其穩定運作，仍面臨不少挑戰。主要挑戰包括：
- 高頻數據可靠性：
高數據速率易受震動、布線質量和電磁干擾（EMI）的影響。測試時需使用高精度示波器和信號分析儀，確保信號傳輸穩定。 - 網路同步與低延遲：
TSN 技術要求各個 ECU 間必須精確同步，專用 TSN 測試工具用於檢測延遲和時序一致性，確保數據按時到達。 - 跨模組通信安全：
由於以太網屬於開放式網路，潛在安全風險較高，必須通過模擬攻擊和滲透測試來驗證加密和身份認證機制的有效性。
7. 汽車乙太網測試的技術方法
為確保汽車乙太網在 EV 中的強健性與安全性，製造商常採用以下測試方法：
- 物理層測試儀 (PHY)：
用於檢查高速傳輸下的信號完整性、時序和噪音水平，及時發現線路或連接器問題。 - 數據包分析儀：
捕獲並分析數據包，檢測丟包或重複數據，驗證協議是否正確執行。 - TSN 測試工具：
驗證數據實時傳輸、時間同步與優先權管理，在各種負載情況下測試數據到達的時效性。 - 安全測試工具：
模擬各種網絡攻擊，檢查加密和身份認證，確保網路安全。
製造商通常結合硬體與軟體測試方案，全面覆蓋從物理層到應用層的各個方面。
8. 常見問題 (FAQ)
Q1：為何傳統 CAN 與 LIN 總線無法滿足現代 EV 的需求？
A1：隨著 EV 中傳感器、ECU 數量激增，傳統總線的帶寬、延遲與擴展性都無法滿足大數據量與實時通信要求。
Q2：汽車乙太網如何支持高級自動駕駛系統？
A2：汽車乙太網結合 TSN 技術，能實現高頻寬、低延遲的數據傳輸，確保來自多個傳感器的數據準確同步，為 ADAS 和自動駕駛提供穩定支撐。
Q3：在嚴苛環境下，如何確保以太網的穩定運作？
A3：需要依靠高精度測試設備進行信號完整性、同步性及安全性的全面測試，並採用防震、防 EMI 的布線技術。
9. 未來發展與趨勢
隨著電動車和智能交通系統的快速發展，汽車乙太網技術也在不斷演進，未來主要趨勢包括：
- 更高速連接：
未來 EV 可能採用 2.5Gbps、5Gbps 甚至 10Gbps 的連接速率，以應對更大量數據需求。 - 更完善的 TSN 標準：
隨著 TSN 測試技術的成熟，車內數據同步和即時性將進一步提升。 - 跨模組安全性加強：
未來的安全測試將更加側重於網路防護，確保車輛核心系統不受外部攻擊。 - 與智慧城市的深度融合：
汽車將成為智慧交通與城市互聯網的一部分，以太網作為其基礎通訊技術將連接車輛、基礎設施與雲端服務。
10. 案例研究與實際應用
案例 1：電動車充電基礎設施推廣
某大型充電站製造商全面引入 ISO 15118 與汽車乙太網技術，利用 RPS-5000 再生網模擬器 進行測試，成功驗證了跨品牌互通性與 Plug & Charge 功能，大幅提升了充電安全與效率。
案例 2：電池管理系統升級
針對大型電池組的 BMS 系統，製造商採用乙太網傳輸數據，確保電池狀態數據能在毫秒級內傳輸，從而有效避免延遲引發的安全隱患，並實現快速充放電控制。
案例 3：先進駕駛輔助系統整合
一家領先的電動車廠商將乙太網與 TSN 技術應用於 ADAS 系統中，實現多個傳感器數據的實時融合，從而提高了自動駕駛系統的反應速度和準確性。
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11. 結論
汽車乙太網已成為推動電動車通訊進步的核心技術。其高速、低延遲和強大擴展性的特點，不僅解決了傳統總線的局限，更為自動駕駛、V2X 及智慧出行提供了堅實基礎。透過嚴格的測試與驗證，未來的電動車將更加安全、高效且智能。製造商應持續投資於先進測試技術，並結合 Infinipower 提供的可靠解決方案，提升產品性能與市場競爭力。
