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智能汽車電子架構研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)分布式汽車電子電氣架構的設計 思想為硬件定義規(guī)格，硬件架構采用CAN總線網(wǎng)絡和分布式功能單元，單功能單控制器，軟硬件不能解耦，專用傳感，專用控制器，專用算法。傳統(tǒng)汽車電子電氣架構面對汽車“四化”的挑戰(zhàn)和需求難以支撐，汽車行業(yè)主要企業(yè)都給出了自己的解決方案，對未來智能汽車的電子電氣架構進行了思考，提出了新型的汽車電子電氣架構概念。

博世

博世作為整車Tire1供應商的重要代 表，提出了未來智能汽車電子電氣架構的 演進方向（圖 1）。從整個演進過程分為6個階段：分布式功能模塊、功能模塊合并、多域控制器架構、功能域逐漸融合階段、域融合終極階段汽車大腦，最后遠景云端計算階段。

博世汽車電子電器架構的演進概念清晰指明了未來汽車電子電氣架構算力會逐漸集中化，最終會發(fā)展到云端計算。當前架構主流處于功能模塊合并階段，正在朝多域控制器架構方向發(fā)展。

圖1　博世汽車電子電氣架構演進路線圖

聯(lián)合電子

聯(lián)合汽車電子有限公司面向未來智能汽車，設計開發(fā)了擴展型域控制器平臺， 將于2020年實現(xiàn)量產(chǎn)。聯(lián)合電子設想未來汽車電子電氣架構分為三層（如圖2），頂層為云服務平臺，中層為計算與控制，下層標準化的執(zhí)行器和傳感器。中層計算與控制包括五個功能域的主控和以太網(wǎng)主干網(wǎng)、車載無線通訊共七個架構主要構成元素。聯(lián)合電子面向未來智能汽車的架構思路為集中式域控制器架構。

圖2：聯(lián)合電子未來汽車電子電氣架構

安波福

安波福提出了智能汽車架構的概念以適應自動駕駛的需求。針對未來的智能汽車電子電氣架構，安波福提出了“大腦”與“神經(jīng)”結合的方案（如圖3）。其主要由三個部分組成，一是中央計算集群， 二是標準電源和數(shù)據(jù)主干網(wǎng)絡，三是電源數(shù)據(jù)中心。安波福的智能汽車架構關注三大特性，一個是靈活性，二個是生命周期內(nèi)持續(xù)更新性，三是系統(tǒng)架構相對容錯性和健壯性。

圖3　安波福智能汽車架構

豐田

豐田面對智能網(wǎng)聯(lián)的新需求，豐田汽車設計了基于中央+地方（Central & Zone Concept）概念的電子架構（如圖4），主要包括三部分：汽車大腦或中控ECUs負責計算和信息處理；跨區(qū)域通訊網(wǎng)絡以車載以太網(wǎng)為主干網(wǎng)提供高帶寬通訊能力；跨區(qū)域控制器作為某區(qū)域的輸入輸出主控單元，構建汽車中央計算單元的神經(jīng)網(wǎng)絡。

圖4　豐田中央/地方概念的電子架構

特斯拉

特斯拉最大的特點了是實現(xiàn)了“軟件定義汽車”，汽車向移動的智能終端進化。公開消息了解，特斯拉 Model 3的電子電氣架構只有三大域：中央計算模塊（CCM）、左車身控制模塊（BCM LH）和右車身控制模塊（BCM RH）。其中中央計算模塊（CCM） 整合了信息娛樂系統(tǒng)（IVI）、輔助駕駛系統(tǒng) （ADAS/Autopilot）和車內(nèi)外通信三部分。

特斯拉的電子架構通過中央計算模塊 (CCM) 對不同的區(qū)域控制單元及其部件進行統(tǒng)一管理，對傳統(tǒng)汽車電子架構進行了全方位的創(chuàng)新，實現(xiàn)了“軟件定義汽車”，加快了汽車產(chǎn)品迭代速度。該架構的好處顯而易見：算力集中化、服務附加值提升、內(nèi)部拓撲結構簡化。

華為

世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車大會上（2019），華 為輪值董事長徐直軍再次解讀了華為汽車業(yè) 務，也再次解讀了華為面向未來汽車的“計算+通訊”CC 架構（如圖5）。華為提出的CC架構采用分布式網(wǎng)絡＋域控制器的架構，將車輛分為三大部分：駕駛、座艙和整車控制，并推出了三大平臺：MDC智能駕駛平臺、 CDC智能座艙平臺和VDC整車控制平臺。該架構可做到軟件可升級、硬件可更換、傳感器可拓展。

圖5　華為L4級的自動駕駛汽車架構

分析以上6家智能汽車電子電氣架構，可以分類為3種：博世和聯(lián)合電子為基于功能域控制器的集中化架構；豐田和特斯拉為基于區(qū)域控制器和中央計算的架構；安波福和華為基于環(huán)形主干網(wǎng)和多計算中心的架構。

智能汽車電子架構分析

對智能汽車進行需求定義是架構開發(fā)的第一步，為了科學合理的進行架構設計，需從客戶需求、發(fā)展趨勢、目標市場、法規(guī)需求等方面收集并分析。從幾方面分析未來智 能汽車電子架構基本需求包括高計算性能、 高通訊帶寬、高功能安全性、高網(wǎng)絡安全性、 軟件持續(xù)升級更新能力等。站在整車廠角度， 還需具備有效的變形管理，實現(xiàn)相同架構平臺下車型譜系間硬件配置靈活多樣，具有很好的沿用性和平臺公用性。以CAN總線網(wǎng)絡為基礎的架構已支撐汽車電子架構平臺10年的功能需求，汽車網(wǎng)絡為了適應智能汽車的發(fā)展需要正面臨著技術的革新（表1）。

表1 智能汽車電子架構的主要需求匯總表

有效的電子電氣架構開發(fā)評估體系是確保架構開發(fā)更加科學合理的重要手段。對于架構的評估，一般從三個大的層面分析：首 先架構能否滿足用戶使用需求及未來可能的需求變化；其次架構能否實現(xiàn)車型開發(fā)成本最優(yōu)；再次是兼顧用戶需求、開發(fā)成本最優(yōu)的同時，能否滿足汽車本身性能配置。

本文從以下7個方面評估了上述幾種面向智能汽車的電子架構（表2）。

表2　智能汽車電子電氣架構評估表

隨著汽車科技的進步，圍繞“四化”的需求越來越多，智能汽車電子架構將發(fā)生變革。面向未來智能汽車的基于功能域控制器 集中化的架構、基于區(qū)域控制器和中央計算的架構和基于環(huán)形主干網(wǎng)和多域計算架構的方案都是可行方案。滿足L2/L3等級高級駕 駛輔助功能需求的集中化域的電子電氣架構將成為主流解決方案。在面向更高自動駕駛等級時，基于環(huán)形主干網(wǎng)和多計算中心架構方案與其它兩種方案相比，在網(wǎng)絡安全，冗余備份等方面更具優(yōu)勢，在技術上也更具有挑戰(zhàn)性。