取代 CAN 总线，车载以太网 10BASE-T1S 能行吗?

在汽车智能化、电动化的浪潮下，车辆内部的电子系统变得愈发复杂，这对车载网络通信技术提出了更高要求。CAN 总线，作为目前车载网络中应用最广泛的标准协议，长期以来在车身控制、动力系统管理、底盘控制等诸多领域发挥着关键作用 。然而，随着汽车电子技术的飞速发展，其局限性逐渐显现，车载以太网 10BASE-T1S 技术应运而生，引发了关于其是否能够取代 CAN 总线的广泛讨论。

CAN 总线凭借低成本、可靠性高以及易于实施等显著优势，在过去几十年间成为车载网络的中流砥柱 。它能够以 1Mb/s 的速度在双绞线或光缆上运行，支持多主控制器，采用面向内容的编址方案，使系统具备良好的扩展性，新节点接入时无需对硬件或软件进行大幅改动 。其报文结构简单，通过 11 位标识符定义优先级，保障了数据传输的有序性与准确性，在复杂的汽车电子环境中，展现出强大的检错能力和抗干扰能力，确保了车辆各系统间的实时信息共享 。

但如今，汽车电子产品数量激增，功能不断升级，CAN 总线的弊端逐渐暴露。其半双工通信模式和有限的传输速率，已难以满足现代汽车网络对高速、实时、双向数据传输的迫切需求 。特别是在先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶技术蓬勃发展的当下，这些系统需要处理大量传感器数据并进行实时分析，CAN 总线最高 1Mb/s 的传输速率显得捉襟见肘 。同时，传统总线复杂的拓扑结构和冗余的协议层，使得车辆线束日益庞大，增加了成本与车辆重量，不利于汽车向轻量化、高效化方向发展 。

为应对这些挑战，车载以太网技术崭露头角，其中 10BASE-T1S 作为 IEEE 旗下最新的汽车规范之一，自 2019 年获得批准后，备受行业关注 。10BASE-T1S 中的 “10” 代表其最大传输速度可达 10Mb/s，“BASE” 指基带信令，“T1” 表示采用单双绞线布线，“S” 表示短长度或短范围 。该技术专为汽车和工业环境设计，能够在存在大量噪声和电磁干扰的条件下稳定工作 。

从传输速率来看，10BASE-T1S 相较于 CAN 总线优势明显，其 10Mb/s 的速率是 CAN 总线 1Mb/s 速率的 10 倍，甚至比 CAN FD 的 5Mb/s 还要快 。这使得它在处理 ADAS 等对数据传输速度要求极高的应用时，能够更加从容，确保系统及时响应，提升驾驶安全性 。例如，在 ADAS 的车道保持辅助、自动紧急制动和自适应巡航控制等功能中，大量传感器数据需要快速传输与处理，10BASE-T1S 的高速率可有效保障系统的实时性与准确性 。

在拓扑结构方面，10BASE-T1S 的多点拓扑结构是一大创新 。它允许至少 8 个节点通过单对铜绞线连接，实现通信 。这种结构显著减少了线缆和连接器的使用，降低了布线复杂性与车辆重量 。相比之下，传统以太网在 8 节点局域网中需要 16 个物理层设备(PHY)，而 10BASE-T1S 仅需 8 个，大大简化了网络架构 。以汽车座椅舒适控制到 ADAS 盲点检测等设备连接为例，每个节点只需一个 PHY 即可，无需网关将 CAN 或 CAN-FD 转换为以太网，既减轻了重量，又降低了材料成本 。

为确保在多点拓扑中数据传输无冲突，10BASE-T1S 引入了物理层冲突避免机制(PLCA) 。PLCA 通过协调器节点(节点 0)控制所有其他节点的通信，保证网络中不会发生冲突，且能有效利用网络带宽 。这种机制具有确定性，无论网络中节点数量多少、数据包大小如何，系统都能按确定顺序通信，避免了传统 CSMA/CD 机制中的随机冲突，极大提高了网络效率，减少了通信延时，为 ADAS 等高带宽应用的稳定运行提供了保障 。

10BASE-T1S 的功耗也非常低 。与 CAN 协议通常需要 5V 电源不同，它使用的传输电压为 1VPP，可在 3.3V 电源下工作 。对于电动汽车而言，降低功耗有助于提升续航里程，因此 10BASE-T1S 的低功耗特性使其在电动汽车的电子控制单元(ECU)应用中极具竞争力 。

网络安全也是 10BASE-T1S 的一大亮点 。传统车载网络协议如 CAN 和 FlexRay 缺乏内置安全机制，而 10BASE-T1S 依赖成熟的以太网技术，可直接利用以太网的安全特性 。在自动驾驶和联网汽车时代，网络安全至关重要，10BASE-T1S 为汽车网络安全提供了有力保障 。

从实际应用案例来看，宝马集团将率先在未来的智能座舱氛围照明系统中采用 ADI 的 10BASE-T1S E²B 技术，展示了该技术在汽车内部网络应用的潜力 。安森美利用 10BASE-T1S 实现了对汽车前灯的精确控制，通过 ECU-Light 架构实现区域控制，每个灯光功能可通过图形用户界面(GUI)控制，为汽车制造商设计个性化、多样化前灯系统提供了支持 。这些应用表明，10BASE-T1S 能够有效满足汽车不同系统的通信需求，提升汽车的智能化水平 。

尽管 10BASE-T1S 优势众多，但要完全取代 CAN 总线并非一蹴而就 。CAN 总线在汽车行业经过长期应用，已形成了成熟的生态系统，从设计、生产到维护，整个产业链对 CAN 总线非常熟悉 。替换为 10BASE-T1S 意味着需要对现有设计流程、生产设备以及售后维修体系进行全面升级，这将带来巨大的成本与时间投入 。而且在一些对数据传输速率要求不高、成本敏感的简单应用场景中，CAN 总线的低成本优势依然明显，例如车门、天窗、座椅控制等使用 LIN 总线辅助 CAN 总线的场景，短期内全面替换为 10BASE-T1S 并不经济 。

车载以太网 10BASE-T1S 在传输速率、拓扑结构、功耗、网络安全等方面展现出超越 CAN 总线的优势，为汽车网络通信的发展提供了新方向，在许多场景下具备取代 CAN 总线的潜力 。但由于 CAN 总线深厚的应用基础和特定场景下的成本优势，10BASE-T1S 全面取代 CAN 总线将是一个渐进的过程 。在未来一段时间内，两者可能会共存互补，随着技术发展与成本降低，10BASE-T1S 有望在车载网络中占据更重要地位 。