1. 概述
电子技术在汽车系统上的应用是保证车辆新功能的硬件基础。电子电气设备的应用为今天的汽车提供了更高的性能，更舒适的驾驶体验，更高的安全水平及更低的尾气排放。随着计算机和网络技术的飞速发展，汽车工业开始了智能网联化发展，这要求汽车电子电气由提供非重要功能演变到辅助驾驶，从感知和驱动等系统执行器件演变为高性能、高负荷的处理模块。
这表明电子电气在汽车系统中扮演着越来越重要的角，开始处理越来越复杂的功能性问题。将各类传感器、线束、控制器、各个系统和软硬件有机的结合起来，构成集成化、功能化、智能化的电子电气系统已经成为必然趋势。随着汽车智能化的发展，汽车上车载电子元器件和电子控制单元的数量增加，汽车功能的越来越多、车载设备间通讯网络越来越复杂，对车载设备的性能要求越来越高。为了适应智能网联汽车的发展，对电子电气架构的发展也提出了新的要求。
2. 电子电气架构发展
汽车电子电气系统架构的发展，由20世纪80年代最初的分布式架构逐渐发展为当前的高度智能和融合化（如图1所示）。
图1 汽车电子电气架构演变示意
发展初期，不同的电子控制单元（ECU）通过等效网络接口通过通信链路连接，实现有效通信。而随着技术的发展，不同电子控制单元（ECU）合并以及硬件系统的集成化设计，使得汽车电子电气架构逐渐过渡到模块化和集成化，促进了不同电子控制单元（ECU）之间的相互通信和融合，这种变化趋势随着车辆智能网联化的需要会得到进一步的发展。而且，大数据和互联网技术的愈发成熟，使得人-车-环境多维度融合交互通信称为可能，使用大数据云处理器控制车辆也逐渐成为可能。
车辆智能网联化发展，带来车辆自身个体复杂程度的增加、车辆各系统之间的交互通信增加、车辆之间的互联通信增加。这对于电子电气的通信能力及架构的延展性提出更高的要求。车载电子电气架构的设计和搭建需要考虑的因素就更多。例如实时性需求、诊断服务请求等以整车功能导向为目标的要求。下面就当前市场应用及研究发展中的车载电子电气架构做详细介绍。
当前，汽车市场在用的车载电子电气架构主要以多域控制器为主，目前，国外主流主机厂一般采用主要采用以多域控制器及中央集中+区域控制器相结合的电子电气架构，将车辆分为不同的子模块即不同的域，比如动力总成域、底盘域、车身域、娱乐媒体域等。
不同的域对域内的电子控制单元（ECU）进行整合，域内的ECU通过共享总线系统进行通
车辆智能网联化发展，带来车辆自身个体复杂程度的增加、车辆各系统之间的交互通信增加、车辆之间的互联通信增加。这对于电子电气的通信能力及架构的延展性提出更高的要求。车载电子电气架构的设计和搭建需要考虑的因素就更多。例如实时性需求、诊断服务请求等以整车功能导向为目标的要求。下面就当前市场应用及研究发展中的车载电子电气架构做详细介绍。
当前，汽车市场在用的车载电子电气架构主要以多域控制器为主，目前，国外主流主机厂一般采用主要采用以多域控制器及中央集中+区域控制器相结合的电子电气架构，将车辆分为不同的子模块即不同的域，比如动力总成域、底盘域、车身域、娱乐媒体域等。
不同的域对域内的电子控制单元（ECU）进行整合，域内的ECU通过共享总线系统进行通
信。中央网管用于连接不同的域，实现不同域之间的信息交互和数据通信。其中，特斯拉 Model 3 的电子电气架构由 CCM（即自动驾驶及娱乐域控制模块融合）、前车身控制器、右车身控制器、左车身控制器所构成（如图2所示）。
图2 特斯拉 Model 3 的电子电气架构组成
按照车辆的位置对车辆系统控制进行了区域划分，这样的控制器布置简化了线束，提高了系统效率。CCM 模块主要作为整车的决策中心，负责处理所有辅助驾驶相关的传感器。同时，对主要核心控制器进行数据处理、决策仲裁。各控制器之间通过共享总线系统进行通信，及时将监测到的车辆信息反馈给 CCM，保证与各控制器及 CCM 模块之间的实时通信。
另外，丰田公司提出了采用中央集中 + 区域控制器相结合的电子电气架构方案。这种方案为每个域集成高性能控制器，即域控制器，提供域内的通信和域外的连接。这种结构由于大部分数据交换发生在域内，减少了 ECU 内部来自中央网关的通信。有助于 ECU 在硬件系统上的集成化，有效降低了控制器成本。通过使用基于 Adaptive AUTOSAR 和 Classic AUTOSAR 的混合架构，实现便捷的固件升级以及功能的可拓展性。同时，该架构在硬件、线束布置上，减少了线束的长度、降低了线束的设计复杂程度，轻量化设计、降低重量。与此同时，在设备安装上，中央集中式电子电气架构逐步减少了控制器、ECU 的数量和线束长度，为后续固件升级预留更多的空间。汽车电气设备
为了解决智能网联汽车在系统、软件升级对汽车内部通信速率、计算能力以及电子电气架
按照车辆的位置对车辆系统控制进行了区域划分，这样的控制器布置简化了线束，提高了系统效率。CCM 模块主要作为整车的决策中心，负责处理所有辅助驾驶相关的传感器。同时，对主要核心控制器进行数据处理、决策仲裁。各控制器之间通过共享总线系统进行通信，及时将监测到的车辆信息反馈给 CCM，保证与各控制器及 CCM 模块之间的实时通信。
另外，丰田公司提出了采用中央集中 + 区域控制器相结合的电子电气架构方案。这种方案为每个域集成高性能控制器，即域控制器，提供域内的通信和域外的连接。这种结构由于大部分数据交换发生在域内，减少了 ECU 内部来自中央网关的通信。有助于 ECU 在硬件系统上的集成化，有效降低了控制器成本。通过使用基于 Adaptive AUTOSAR 和 Classic AUTOSAR 的混合架构，实现便捷的固件升级以及功能的可拓展性。同时，该架构在硬件、线束布置上，减少了线束的长度、降低了线束的设计复杂程度，轻量化设计、降低重量。与此同时，在设备安装上，中央集中式电子电气架构逐步减少了控制器、ECU 的数量和线束长度，为后续固件升级预留更多的空间。汽车电气设备
为了解决智能网联汽车在系统、软件升级对汽车内部通信速率、计算能力以及电子电气架
构的可延展性要求，主流互联网公司和车企设计开发满足智能网联汽车通信需求的新架构[5]。其中，华为提出了一款 C-C 概念架构（如图 3 所示），
图3 华为 C-C 架构模型
即“分布式网络 + 域控制器的架构”，该架构主要是将汽车分为智能座舱域、整车控制域以及智能驾驶域三部分。通过华为计划未来通过域控制器和操作系统打造的 CC 架构可以做到软件在线升级、硬件在线更换升级以及传感器的可拓展性，以达到软件定义汽车的目标。
即“分布式网络 + 域控制器的架构”，该架构主要是将汽车分为智能座舱域、整车控制域以及智能驾驶域三部分。通过华为计划未来通过域控制器和操作系统打造的 CC 架构可以做到软件在线升级、硬件在线更换升级以及传感器的可拓展性，以达到软件定义汽车的目标。
联合汽车电子公司为智能网联汽车设计开发了扩展型域控制器（如图 4 所示）。
发布评论