智能網聯汽車車載以太網診斷方法研究

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）06-0068-04

Research on Diagnosis Methodsfor In-vehicle Ethernetin Intelligent Connected Vehicles

Lv Xu

（Shanxi Vocational University of Engineering and Technology，Jinzhong O3O619，China）

【Abstract】With the rapid development of inteligent connectedvehicle technology，in-vehicleethernet has been widelyusedininteligentconnectedvehiclesduetoitshightransmissionrate.Thisarticlestudiestheworkingprinciple andtopological structureof vehicle-mountedethernet，andconductsan in-depthanalysisof itsfault diagnosis methods toimprovemaintenanceeffciency.Firstly，theapplicationoftheOSIseven-layermodelinvehicleethernetis introduced.Then，thestartopologystructureof ethernetanditsdiferences fromthetraditionalCANbusarediscussed. Next，thecommonfaultsof vehicleethernetareanalyzedandthe corresponding diagnosticmethodsareproposed. Through theanalysis of actual cases，itis expectedtoprovide guidanceforthefault diagnosisofon-boardethermet in intelligent connected vehicles.

【Key words】inteligent connected vehicle；vehicle-mounted；ethernet；topological structure；fault diagnosis

隨著智能網聯汽車技術的快速發展，激光雷達、高分辨率攝像頭等傳感器與自動駕駛計算平臺間數據傳輸量急劇增長；車聯網技術興起，信息娛樂系統、自動駕駛計算平臺和LTE路由器的數據傳輸量也極為龐大。在此情形下，傳統CAN總線、CANFD總線以及FlexRay等總線，因傳輸速率較低，難以滿足智能網聯汽車數據傳輸需求。于是，車載以太網在智能網聯車輛中得以廣泛應用。

車載以太網在工作原理、拓撲結構和故障診斷方法上，與傳統CAN總線存在顯著區別。因此，深入研究其故障診斷方法，對提升維修效率意義重大。

1車載以太網的工作原理

1.1 OSI7層模型

為構建標準化、模塊化且互操作性強的網絡通信框架，推動網絡技術發展并簡化網絡實現與維護，國際標準化組織（ISO）提出OSI7層網絡模型[2]。該模型從底層到頂層，依次為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。各層各司其職，涵蓋從物理信號傳輸到應用服務的全過程，實現網絡通信。

第1層為物理層。物理層主要借助網線、光纖、無線電波等媒介傳輸“0”和“1”信號，是以太網正常運行的根基。常見以太網物理層協議見表1。其中，100BASE-TX和1000BASE-T即民用領域常說的百兆網和千兆網，一般采用5類、6類網線搭配RJ45水晶頭連接設備。在車輛應用中，有時會用車規級接口或航空接口替代RJ45水晶頭。以太網絡100BASE-T1前身為博通公司（Broadcom）與寶馬公司（BMWAG）聯合開發的OABR以太網，后由電氣電子工程師學會（IEEE）標準化。它僅用1對雙絞線，利用回音消除技術就能實現100Mbit/s全雙工通信，在寶馬等高端車型中應用廣泛[3]。

第2層為數據鏈路層。數據鏈路層依據以太網協議，將“0”和“1”組合成數據傳輸基本單位“幀”。每一幀由包頭（Head）和數據（Data）構成。Head包含數據包的發送地址、接收地址、數據類型等說明信息，其中發送和接收地址用MAC地址表示，即網絡設備的唯一地址，通常由12位16進制數表示。某計算機在Windows下的網絡信息如圖1所示，其中物理地址就是MAC地址，全球所有網絡設備的MAC地址均獨一無二。

在車載以太網架構的第3層和第4層，主要采用與傳統互聯網一致的TCP/IP協議棧，完成網絡層和傳輸層的數據定義。

第3層為網絡層。網絡層引入IP地址概念，車載以太網一般基于 IPv4 ， IPv4 地址由32位二進制數組成，通常以4段十進制數表示，范圍是0.0.0.0＼～255.255.255.255。由于車載以太網屬于局域網且設備數量較少，一般使用 192.168.1.x 網段，子網掩碼為255.255.255.0，多采用手動配置IP地址，而非DHCP自動分配。在同一局域網內，各設備IP地址不同，設備間通過IP地址識別通信對象，數據包僅發送至目標IP地址。

第4層為傳輸層。傳輸層是TCP/UDP協議運行的層面，二者可獨立或同時使用。TCP建立連接需“3次握手”，斷開連接需“4次握手”，連接可靠性高，應用廣泛；UDP是無連接協議，雖不保證連接可靠性，但效率更高。在車載以太網中，因設備少，UDP一般也能保證連接質量且效率優勢明顯，所以應用也較為廣泛。

第5＼～7層為在OSI中對應會話層、表示層和應用層，在TCP/IP協議中統稱應用層。除常見的ICMP測試網絡連通性協議（Ping命令）、ARP地址映射協議（IP-MAC地址映射）、DHCP自動分配IP地址協議外，車載以太網常用的還有DOIP基于IP的診斷服務、AVB/TSN基于以太網的時間同步協議等[4]。

1.2 以太網拓撲結構

傳統車輛使用的CAN總線、LIN總線多采用線性拓撲結構，所有控制單元并聯在一條或兩條總線上，如圖2所示。總線上任一控制單元發出的幀數據，其他控制單元都會接收。若任一控制單元發生短路故障，易導致總線整體癱瘓[5]。

車載以太網通常采用星形拓撲結構，如圖3所示。在該結構中，所有控制單元都與以太網交換機相連。通信時，各控制單元借助ARP協議將目的地IP地址轉換為MAC地址，再通過MAC地址進行通信。

當車載以太網需與互聯網或其他網段設備通信時，網絡中還需增設路由器或網關。車輛控制單元與互聯網通信時，數據經路由器轉發，如圖4所示。

2車載以太網常見故障

以某智能網聯測試車上鐳神智能C32/C16系列激光雷達與自動駕駛計算平臺間通信的以太網為例，分析常見車載以太網故障原因。該車型車載以太網拓撲圖如圖5所示，所有設備通過CAT5E線束和RJ45水晶頭組成的網線連接。設備包括3個激光雷達、1個自動駕駛域控制器（Autonomous DrivingControlUnit，ADCU）、1個可通過4G網絡連接互聯網的LTE路由器，以及1個拓展路由器RJ45接口的交換機。

2.1 物理層故障

常見物理層故障包括網線損壞、網絡設備接口故障、網絡設備內部故障等，其中網線損壞最為常見。網線故障又有RJ45水晶頭壓接不良、線序錯誤或網線斷路等情況。

網線RJ45水晶頭壓線時，一般遵循EIA/TIA-568B直連互連法線序，即8根線按橙白、橙、綠白、藍、藍白、綠、棕白、棕順序壓入RJ45水晶頭。線序錯誤會致使相關設備無法通信。壓接不良、線序錯誤、網線短路等故障，可用萬用表電阻擋依次測量，也可用網線測試儀檢測，如圖6所示。將網線兩端分別插入網絡測試儀的2個RJ45端口，開啟測試，測試儀兩端1＼～8指示燈會依次亮起。若亮起次序不同，表明接線次序錯誤；若一端部分數字不亮，則說明網線內部斷線或RJ45水晶頭接線不良。此類故障可通過重新壓接RJ45水晶頭或更換網線解決。

協議在局域網內發送請求，查找與目標IP匹配的MAC地址，后續向該IP發送數據時，便會發送至對應MAC地址的設備。以32線中央激光雷達首次發送數據包前的ARP通信過程為例，它會發送ARP數據包，內容為“Whohas192.168.1.102？ Tell192.168.1.200\"，即詢問哪個設備的IP地址是192.168.1.102，請告知設備192.168.1.200其MAC地址。ADCU接收到該ARP消息后會進行回應，激光雷達便可記錄該MAC地址，從而正確發送數據包。使用Wireshark軟件可截取到該ARP包，如圖7所示。

若以太網中有2個設備配置了相同IP地址，先回應ARP消息的設備能收到消息，而另一個IP相同的設備則無法接收。例如，若右側16線補盲激光雷達的IP地址誤配置為與ADCU相同的“192.168.1.102”，可能導致ADCU無法收到32線中央激光雷達的數據包，致使自動駕駛功能失效。

2.3IP地址配置錯誤故障

為保證激光雷達正常工作，需正確配置激光雷達和ADCU的IP地址。根據鐳神智能官方手冊，推薦的IP配置如表2所示。

2.2 IP地址沖突故障

家庭和辦公網絡中，電腦IP地址一般通過DHCP協議自動分配。而車載以太網中，通常需手動配置IP地址。在自動駕駛常用的Ubuntu系統中，可在可視化界面設置IP地址，確保其在車載以太網中的唯一性。

以太網通信時，發送數據幀的設備先通過ARP

因此，必須將ADCU的IP地址正確配置為192.168.1.102且確保不重復，才能正確接收激光雷達數據包。否則，激光雷達數據包可能無法找到接收設備或發送到錯誤設備，導致激光雷達與ADCU通信異常，激光雷達失效，自動駕駛功能無法啟動。

檢查ADCU的IP地址配置是否正確，可在ADCU的Linux系統中，使用“ifconfig”命令或“ipa”命令查看當前IP地址，如圖8、圖9所示。檢測當前設備與目標IP地址能否通信，可使用“ping”命令。若返回值類似“64 bytes from 192.168.1.200：icmp_seq=42ttl=128time=0.359ms^′ ，time項后有時間，表明ADCU能與目標IP設備正常通信；若返回值顯示“Destination HostUnreachable”，則表示與目標設備無法正常通信，如圖10所示，IP地址“192.168.1.201”無法正常通信，可能是右側16線激光雷達IP配置錯誤所致。

2.4激光雷達目標IP及端口號配置錯誤故障

該車的3個激光雷達均需正確配置自身和ADCU的IP地址。配置時，需用Windows平臺的筆記本電腦直接連接激光雷達RJ45網口，將筆記本電腦IP地址配置為192.168.1.102，再使用鐳神公司專用配置軟件設置激光雷達參數，其配置界面如圖11所示，ADCU的IP地址應填在“電腦IP”一欄。

以太網通信時，每個設備IP固定，但一個設備通常運行多個軟件執行多種功能。為區分數據包去向，會給每個軟件或功能分配端口號，對應功能的數據包流向相應端口。對于激光雷達，工作時需兩組數據包，一組是實際測量信息，一組是設備配置信息，默認分別使用端口2368和2369。配置時，激光雷達和ADCU兩側需進行相同配置，確保IP和端口號正確。

像該車使用多個激光雷達的情況，需為3個激光雷達配置不同端口號，如表3所示。同時，要在ADCU軟件中為3個激光雷達配置正確端口號

3總結

本文全面剖析了智能網聯汽車車載以太網的工作原理、拓撲結構及故障診斷方法。通過深入探究OSI7層模型和以太網星形拓撲結構，揭示了車載以太網與傳統CAN總線在數據傳輸和故障診斷方面的差異。針對物理層故障、IP地址沖突及配置錯誤等常見故障展開分析，提出了切實有效的診斷策略，并通過實際案例驗證了策略的可行性。這些研究成果對提升智能網聯汽車車載以太網的維修效率與可靠性具有一定價值。

注：本文為山西工程科技職業大學校級科研課題“智能網聯汽車車載攝像頭內外參標定教學臺架研制”（KJ202313）的研究成果。

參考文獻

[1]袁豪杰，唐剛.智能網聯汽車網絡架構分析及安全檢測[J]信息安全與通信保密，2024（1）：60-69.

[2]彭，劉志雄，劉曉莉，等.TCP/IP網絡體系結構分層研究[J].中國電力教育，2014（15）：38-39，64.

[3]呂旭，周遠芳.車載以太網的原理及故障檢修[J].汽車實用技術，2020（12）：225-227.

[4]楊子.車載以太網關鍵技術的研究[J].自動化應用，2024，65（12）：256-258.

[5]毛宏巖，林昊昊，韓蒙蒙.汽車CAN總線常見故障類型及診斷方法[J].汽車維修，2024（2）：20-24.

（編輯凌波）