智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)電子電氣架構的發(fā)展趨勢解讀

來(lái)源：國汽智聯(lián) 

隨著(zhù)汽車(chē)新四化的推進(jìn)，汽車(chē)電子電氣架構進(jìn)入了全面革新階段。智能汽車(chē)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(xié)同，軟件定義汽車(chē)的需求將推動(dòng)汽車(chē)從機械化向電子化華麗轉身。本文將重點(diǎn)解讀未來(lái)汽車(chē)電子電氣架構的構成與特點(diǎn)，分析重塑未來(lái)架構的重點(diǎn)因素，并對電子電氣架構的未來(lái)趨勢進(jìn)行總結。

一、電子電氣架構的革新背景與動(dòng)力

隨著(zhù)汽車(chē)新四化的推進(jìn)，汽車(chē)技術(shù)正在從控制模式、能源形式、使用場(chǎng)景和商業(yè)應用等方面實(shí)現全面的革新，智能汽車(chē)的電子電氣架構正從分布式走向集中式。為了提高汽車(chē)智能化、舒適度以及車(chē)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(chē)內，這也使得車(chē)內網(wǎng)絡(luò )架構愈發(fā)復雜，對通信連接技術(shù)的要求越來(lái)越高，原有的電子電氣架構也趨于飽和，已經(jīng)不能滿(mǎn)足新四化發(fā)展的要求。

對于未來(lái)汽車(chē)電子架構來(lái)說(shuō)，垂直融合將取代分布協(xié)同成為趨勢。同時(shí)，軟件定義的需求正呼之欲出，汽車(chē)亟待從機械化到電子化的華麗轉身，這些都要求汽車(chē)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(kāi)發(fā)的復雜度。

新型車(chē)載高速網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和5G無(wú)線(xiàn)技術(shù)的引入，已使這一融合變?yōu)椴糠脂F實(shí)。如果網(wǎng)絡(luò )帶寬足夠寬，延遲足夠低，這一趨勢將會(huì )更加明顯：算力向中央集中、向云端集中，汽車(chē)電子電氣架構的演進(jìn)也正朝著(zhù)這個(gè)方向進(jìn)行。

在域控制器的體系架構之下，各個(gè)功能部件均成為獨立的域，在每個(gè)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(jìn)行通信和互操作，形成類(lèi)似以太網(wǎng)總線(xiàn)上的計算機局域網(wǎng)，變成了松散耦合的架構。

圖1 域控制器體系架構

二、未來(lái)電子電氣架構的構成與特點(diǎn)

新一代汽車(chē)電子電氣系統的設計與開(kāi)發(fā)主要是圍繞近年來(lái)汽車(chē)技術(shù)智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展趨勢下所帶來(lái)的任務(wù)復雜化和系統復雜化而展開(kāi)的，目的是為了滿(mǎn)足汽車(chē)電子越來(lái)越復雜的系統和功能要求，主要包括以下方面：

實(shí)現高速數據傳輸與處理：目前常用車(chē)載以太網(wǎng)速率為100Mpbs和1000Mbps，未來(lái)10Gbps等更高的速率將應用于更高級別的自動(dòng)駕駛汽車(chē)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(mǎn)足產(chǎn)品線(xiàn)上各類(lèi)產(chǎn)品對功能與成本的不同要求；

系統軟硬件分離：從整車(chē)的層面上實(shí)現系統軟硬件的分離設計，從而使軟件不依賴(lài)于硬件存在，實(shí)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(jìn)行程序的開(kāi)發(fā)和移植；

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

支持外部環(huán)境互聯(lián)特性：汽車(chē)不再作為一個(gè)相對封閉的系統，而是具備與外部環(huán)境進(jìn)行互通互聯(lián)的能力，有效支持車(chē)輛智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展需求；

更高級別的安全策略：汽車(chē)智能化程度提高，智能駕駛、車(chē)聯(lián)網(wǎng)的普及使車(chē)內中央處理單元承擔越來(lái)越要的角色，面對車(chē)外通信的復雜環(huán)境和未知情況，車(chē)內處理單元的安全策略要求越來(lái)越高，必須提高安全策略級別以應對復雜多變的外部環(huán)境。

三、重塑未來(lái)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(shí)時(shí)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(jìn)行海量數據并行處理的智駕域和娛樂(lè )域，則采用AP架構。

2、由基于信號向面向服務(wù)（SOA）的通訊方式轉變

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

3、汽車(chē)電子電氣架構安全體系

從一開(kāi)始就在汽車(chē)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(kāi)發(fā)方式，利用用戶(hù)思維、軟件思維和硬件思維從整車(chē)、系統和零件的角度開(kāi)展從上到下的架構設計，將安全體系融入其中，并在汽車(chē)的整個(gè)生命周期內對安全保障進(jìn)行維護。

四、未來(lái)電子電氣架構的趨勢

在未來(lái)，隨著(zhù)汽車(chē)電子及軟件功能的大幅增長(cháng)，最終可能向基于中央計算機的車(chē)輛集中式電子電氣架構，甚至車(chē)-云協(xié)同控制發(fā)展。

圖2 車(chē)-云一體化電子電氣架構

目前，國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)創(chuàng )新中心基于電子電氣架構領(lǐng)域的人才、豐富的項目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)基于服務(wù)的（SOA）滿(mǎn)足功能安全、預期功能安全和信息安全的車(chē)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(chē)載網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)發(fā)、仿真及測試能力。

此外，創(chuàng )新中心作為中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新聯(lián)盟“電子電氣信息架構與網(wǎng)絡(luò )工作組”、 電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新戰略聯(lián)盟“汽車(chē)電子電氣架構工作組”這兩個(gè)工作組的牽頭單位，將組織相同班底，共同研究適應車(chē)輛電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的新型電子電氣架構，有效地聚集行業(yè)資源，推動(dòng)共性技術(shù)和標準化發(fā)展，達成產(chǎn)業(yè)共識，與行業(yè)伙伴共同推動(dòng)下一代電子電氣架構技術(shù)的發(fā)展。

本文作者：國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)創(chuàng )新中心 電子電氣架構開(kāi)發(fā)團隊