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前沿技术
从软件定义汽车的背景下,看电子电气架构的变迁
2022-09-30
Enzo

【聆英观点】

1. 当前软件定义汽车背景下,域控制器的和中央集成式架构的落地正在将汽车行业从面向功能定义的传统硬件集成模式,转向面向消费领域由软件定义下,空间生态和消费生态的第三空间座舱。

2. 从传输速率和带宽的传输能力来看,目前是以CAN总线和LIN总线为主,但随着中央集成架构的进一步落地,对总线传输速率要求进一步提高,会向以太网传输迈进。


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01. 当前面临电子电气架构面临算力束缚,通讯效率低下,以及不受控的线束成本困局。


随着汽车功能的演进以及电气化水平不断提升,ECU的数量进一步增长,从最初仅控制发动机工作,到后期延伸至底盘悬挂、车身电子控制、以及同车辆性能无关的信息娱乐、网络通讯等车载装置,如今每个车载功能对应一个或多个ECU。电子控制器的数量更是进一步增长,目前L2级豪华品牌汽车上ECU数量已经达到100多个。随着汽车不断向智能化、网联化发展,以单片机为核心的传统分布式电子电气架构已经很难满足未来智能汽车产品的开发需求。


02. 同时分布式电子电气架构无法满足智能化、网联化带来的更高车载计算能力需求。


在未来,无论是智能网联还是自动驾驶对整车开发带去的一个巨大考验便是爆炸式的数据处理需求和更高的运算速度。尤其是自动驾驶技术的发展,还将出现复杂的逻辑运算和非结构数据处理场景,现阶段L2级自动驾驶软件计算量已经达10个TOPS(Tera Operations Per Second)量级,预计L4 级需要的算力将超过100 TOPS。分布式架构的缺陷还体现在各控制器之间的算力无法共享。这也意味着处理相似功能逻辑时,算力资源难以实现最优分配,造成大量运算资源浪费。


03. 智能化、网联化带来更高的通讯效率和更大的带宽容量需求驱使EEA架构升级,从CAN总线向以太网方向转变。


当前电子电气架构基于CAN(Controller Area Network)进行信号传输,但随着车内传感器数量增加,智能座舱等对车载网络带宽要求和时延需求的提高,不仅对数据传输总量需求剧增,同时还要求以更高要求速率进行数据间通信、这就要求更高的通讯带宽和传输速度。目前,CAN总线的工作速度 是每秒兆比特,相比之下,新的通讯技术以太网能够允许传感器数据以每秒千兆比特的速度传输。


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04. 线束增多,成本上升促使电子电气架构向轻量化、多拓展方面升级。


为了实现L3级以上高级别自动驾驶,车内将引入更多的硬件传感器,除了ECU数量增多之外,线束布置、 安装也不得不重新设计,而过于复杂的线束布置将带去更高的机械结构的成本,推升整车BOM成本,同时还影响自动化生产效率。出于成本控制考量和车身减重需要,同时应对算力需求升级和信号传输效率提升,都要求车身电子电气架构向集中式、轻量化、可拓展方面演进。


05. 电子电气架构升级路径朝着域集中、跨域融合、中央集中式演进。


汽车零部件厂商对行业趋势的敏感度以及核心技术know how更具前瞻性,最早提出E/E架构的零部件厂商博世已为主机厂的电气化升级探明了路径,总共分为6个时期。首先将经历“模块化” 和“集成化”阶段,继而向“域集中”方向 演进,接着是“区集中”和中央计算,最后实现车云计算。


集成化可以使一个ECU对应多种功能,削减了一定数量的单一功能的控制器,但模块化的封闭架构设计仅 能满足L2以下自动驾驶,无法应对更高级 别自动驾驶的算力和功能安全需求。


域集中式分为前期和后期,前期按硬件模块所处功能域分配,例如动力域、底盘域、车身域、信息娱乐域和 ADAS域五域的划分。每个域配备一个算力强大、控制范围更广的域控制器DCU(Domain Controlller Unit),通常搭载多核处理器。使得ECU数量大幅减少。同时,域内部通信沿用CAN总线车载网络,域之间引入以太网技术。后期跨域融合是将具有相似功能安全等级和信息安全级别的域控制器进一 步融合。由五域控制转变为“车辆控制域”、“智能座舱域”、“智能驾驶域”。


区集中是一个特殊阶段,是接近整车中央计算的过渡阶段。在此阶段电子电气架构布局实际上以线束(整车物理区域)为导向,主机厂根据模块化考虑,在车辆的主体里尽可能把功能分类组合好,把软件配置在中心化的区域核心控制器中。


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END

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标签: 自动驾驶
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