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智能網聯汽車電子電氣架構的發展趨勢解讀

發布時間:2021-10-09    點擊次數:691

來源:國汽智聯 

 

隨著汽車新四化的推進,汽車電子電氣架構進入了全面革新階段。智能汽車的電子電氣架構由分布式走向集中式:垂直融合將取代分布協同,軟件定義汽車的需求將推動汽車從機械化向電子化華麗轉身。本文將重點解讀未來汽車電子電氣架構的構成與特點,分析重塑未來架構的重點因素,并對電子電氣架構的未來趨勢進行總結。


一、電子電氣架構的革新背景與動力


隨著汽車新四化的推進,汽車技術正在從控制模式、能源形式、使用場景和商業應用等方面實現全面的革新,智能汽車的電子電氣架構正從分布式走向集中式。為了提高汽車智能化、舒適度以及車輛安全性,更多的傳感器、控制器、執行器等電子模塊被引入車內,這也使得車內網絡架構愈發復雜,對通信連接技術的要求越來越高,原有的電子電氣架構也趨于飽和,已經不能滿足新四化發展的要求。

對于未來汽車電子架構來說,垂直融合將取代分布協同成為趨勢。同時,軟件定義的需求正呼之欲出,汽車亟待從機械化到電子化的華麗轉身,這些都要求汽車電子電氣架構做出變革:提升效率,降低復雜度—不論是硬件制造的復雜度,還是軟件開發的復雜度。

新型車載高速網絡技術和5G無線技術的引入,已使這一融合變為部分現實。如果網絡帶寬足夠寬,延遲足夠低,這一趨勢將會更加明顯:算力向中央集中、向云端集中,汽車電子電氣架構的演進也正朝著這個方向進行。

在域控制器的體系架構之下,各個功能部件均成為獨立的域,在每個域之下有相應的控制功能集合。域與域之間可以做到安全隔離,也可以根據需求進行通信和互操作,形成類似以太網總線上的計算機局域網,變成了松散耦合的架構。

 

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圖1 域控制器體系架構

 

二、未來電子電氣架構的構成與特點


新一代汽車電子電氣系統的設計與開發主要是圍繞近年來汽車技術智能化、網聯化發展趨勢下所帶來的任務復雜化和系統復雜化而展開的,目的是為了滿足汽車電子越來越復雜的系統和功能要求,主要包括以下方面:

實現高速數據傳輸與處理:目前常用車載以太網速率為100Mpbs和1000Mbps,未來10Gbps等更高的速率將應用于更高級別的自動駕駛汽車中;

打造標準化軟硬件平臺:要求平臺具備良好的可移植性和可擴展性,能夠靈活地增添或刪除功能,可以滿足產品線上各類產品對功能與成本的不同要求;

系統軟硬件分離:從整車的層面上實現系統軟硬件的分離設計,從而使軟件不依賴于硬件存在,實現軟件對于硬件的解耦,方便于不同的硬件平臺之間可以靈活地進行程序的開發和移植;

具備可重構性:重構的意義在于能夠使開發者根據不同的設計需求靈活調整相應功能,同時基礎平臺可以被反復利用,縮短研發周期,節省研發成本;

支持外部環境互聯特性:汽車不再作為一個相對封閉的系統,而是具備與外部環境進行互通互聯的能力,有效支持車輛智能化、網聯化發展需求;

更高級別的安全策略:汽車智能化程度提高,智能駕駛、車聯網的普及使車內中央處理單元承擔越來越要的角色,面對車外通信的復雜環境和未知情況,車內處理單元的安全策略要求越來越高,必須提高安全策略級別以應對復雜多變的外部環境。

三、重塑未來電子電氣架構的主要因素


1、異構軟件平臺的系統集成

構建以CP+AP AUTOSAR為基礎的混合軟件架構。對有高可靠性、高實時性要求的域采用具有更高功能安全等級的CP架構,對于需要進行海量數據并行處理的智駕域和娛樂域,則采用AP架構。

2、由基于信號向面向服務(SOA)的通訊方式轉變

基于SOA的電子電氣架構開發依托傳統“V”流程開發方法,結合敏捷開發思想、分層架構模型、模塊化服務設計,形成一套以服務設計為核心的強內聚、松耦合、可復用的面向服務的架構。

3、汽車電子電氣架構安全體系

從一開始就在汽車架構的設計中充分考慮安全保障。根據新一代電子電氣架構的正向開發方式,利用用戶思維、軟件思維和硬件思維從整車、系統和零件的角度開展從上到下的架構設計,將安全體系融入其中,并在汽車的整個生命周期內對安全保障進行維護。

四、未來電子電氣架構的趨勢


在未來,隨著汽車電子及軟件功能的大幅增長,最終可能向基于中央計算機的車輛集中式電子電氣架構,甚至車-云協同控制發展。

 

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圖2 車-云一體化電子電氣架構

目前,國家智能網聯汽車創新中心基于電子電氣架構領域的人才、豐富的項目開發經驗,開發基于服務的(SOA)滿足功能安全、預期功能安全和信息安全的車云一體化電子電氣信息架構,并已形成CAN/LIN/CAN-FD/Ethernet等各種車載網絡的開發、仿真及測試能力。

此外,創新中心作為中國智能網聯汽車產業創新聯盟“電子電氣信息架構與網絡工作組”、 電動汽車產業技術創新戰略聯盟“汽車電子電氣架構工作組”這兩個工作組的牽頭單位,將組織相同班底,共同研究適應車輛電動化、智能化和網聯化的新型電子電氣架構,有效地聚集行業資源,推動共性技術和標準化發展,達成產業共識,與行業伙伴共同推動下一代電子電氣架構技術的發展。


本文作者:國家智能網聯汽車創新中心 電子電氣架構開發團隊 

 

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