引子:當(dāng)前軟件和電子電器正在驅(qū)動(dòng)汽車朝著電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化和智能化這三個(gè)趨勢(shì)加速發(fā)展,也使得百年歷史的汽車行業(yè)方方面面都正經(jīng)歷一個(gè)前所未有的變革與重塑。深刻認(rèn)識(shí)這些變革背后的本質(zhì)將有助于我們準(zhǔn)確的把握下一個(gè)十年最大的產(chǎn)業(yè)變革機(jī)會(huì)給我們帶來(lái)的機(jī)遇。
1 什么是電子電氣架構(gòu)
所謂汽車電子電氣架構(gòu)(Electrical/Electronic Architecture, EEA)是集合了汽車的電子電氣系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)、中央電器盒設(shè)計(jì)、連接器設(shè)計(jì)、電子電氣分配系統(tǒng)等設(shè)計(jì)為一體的整車電子電氣解決方案的概念,由德?tīng)柛?DELPHI)首先提出。具體就是在功能需求、法規(guī)和設(shè)計(jì)要求等特定約束下,通過(guò)對(duì)功能、性能、成本和裝配等各方面進(jìn)行分析,將動(dòng)力總成、傳動(dòng)系統(tǒng)、信息娛樂(lè)系統(tǒng)等信息轉(zhuǎn)化為實(shí)際的電源分配的物理布局、信號(hào)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、診斷、電源管理等電子電氣解決方案。
EEA這一概念不僅在汽車行業(yè)中存在,也在航空飛行器、工業(yè)自動(dòng)化等其他行業(yè)的控制系統(tǒng)中有廣泛使用。EEA的開(kāi)發(fā)通常包含需求和邏輯功能定義、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)和線束設(shè)計(jì)等層面的開(kāi)發(fā)活動(dòng)。
2 汽車電子電氣架構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)
上世紀(jì)80年代,隨著IT技術(shù)的初步興起,在當(dāng)時(shí)以機(jī)械為主宰的汽車行業(yè)掀起了一場(chǎng)汽車電子電氣化革命?!半娮涌刂茊卧‥lectronic Control Unit,ECU)”迅猛發(fā)展,從防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控自動(dòng)變速器、主動(dòng)懸架系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng),逐漸延伸到了車身安全、網(wǎng)絡(luò)、娛樂(lè)和傳感控制等系統(tǒng),成為了汽車的重要組成部分。
ECU通常用簡(jiǎn)單的MCU芯片來(lái)實(shí)現(xiàn),每個(gè)ECU通常只負(fù)責(zé)控制一個(gè)單一的功能單元,各個(gè)ECU之間通過(guò)CAN(Controller Area Network,控制器域網(wǎng)絡(luò))總線或者LIN(Local Interconnect Network,局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò))總線連接在一起,通過(guò)廠商預(yù)先定義好的通信協(xié)議交換信息。因此這個(gè)時(shí)期的汽車電子電氣架構(gòu)也稱為“分布式EEA”。在今天軟件定義汽車和汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢(shì)下,這種基于ECU的分布式EEA也日益暴露諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。
總線的線束長(zhǎng)度與重量問(wèn)題:隨著汽車功能的日益增加,每輛汽車搭載的ECU數(shù)量也逐年增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),近些年生產(chǎn)的汽車中平均每輛車搭載的ECU數(shù)量可達(dá)30個(gè)左右,而一些高端的車型這一數(shù)量甚至?xí)^(guò)100個(gè)。ECU數(shù)量越多,總線的線束長(zhǎng)度必將更長(zhǎng),相應(yīng)地總線的線束重量也必將大大增加。2000年奔馳S級(jí)轎車的電子系統(tǒng)已經(jīng)擁有80個(gè)ECU,1900條總長(zhǎng)度達(dá)4km的通信總線。2007年上市的奧迪Q7和保時(shí)捷卡宴的總線長(zhǎng)度則已經(jīng)突破6km,總重量超過(guò)70kg,基本是位列發(fā)動(dòng)機(jī)之后的全車第二重的部件。
整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜度超過(guò)極限:ECU數(shù)量劇增之后,整車的電子電氣系統(tǒng)硬件復(fù)雜度和響應(yīng)的軟件復(fù)雜度大大超過(guò)極限,從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)缺乏“靈活性(Flexibility)”和“可擴(kuò)展性(Scalability)”。比如,在這樣復(fù)雜的系統(tǒng)中,增加一項(xiàng)新功能往往會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)中好多個(gè)環(huán)節(jié)的軟硬件變更。這極大地制約了汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展速度。
通信帶寬瓶頸:汽車不斷增加的傳感器數(shù)量,也使得車載內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)數(shù)激增。以單個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸量測(cè)算,ADAS系統(tǒng)的雷達(dá)和攝像頭各自產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量都超過(guò)了100Mbyte/s。以一臺(tái)配備有五個(gè)雷達(dá)傳感器和兩個(gè)攝像頭傳感器的汽車為例,在采集和存儲(chǔ)期間,需要管理大約1GByte/s的海量數(shù)據(jù)。因此,傳統(tǒng)的FlexRay、LIN和CAN低速總線等已經(jīng)無(wú)法提供所需的高帶寬通信能力。
軟硬件緊耦合:無(wú)法支撐軟件定義汽車的趨勢(shì)。每個(gè)ECU都與某個(gè)具體功能緊緊綁定在一起,無(wú)法實(shí)現(xiàn)橫跨多個(gè)ECU/傳感器的復(fù)雜功能,也無(wú)法通過(guò)OTA來(lái)持續(xù)更新汽車上的軟件系統(tǒng)。在軟件定義汽車的時(shí)代,持續(xù)的整車在線升級(jí)OTA和模塊之間互相通訊融合變得異常重要,顯然ECU之間的信息孤島問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重制約和阻礙這一趨勢(shì)。
上述這些問(wèn)題和挑戰(zhàn),在汽車三化的發(fā)展背景下是質(zhì)量、成本和時(shí)間的天敵;要解決這一問(wèn)題,最有效的辦法就是將多個(gè)分散的小傳感器集成為功能更強(qiáng)的單個(gè)傳感器,將多個(gè)分散的ECU按照功能域劃分,集成到一個(gè)運(yùn)算能力更強(qiáng)大的域控制器(Domain Control Unit, DCU)中。這一思想直接開(kāi)啟了汽車電子電氣架構(gòu)從“分布式 => (跨)域集中式 => 中央+區(qū)域集中式”的升級(jí)和進(jìn)化序幕。
3 汽車電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)趨勢(shì)
博世(BOSCH)對(duì)未來(lái)汽車電子電氣架構(gòu)演進(jìn)趨勢(shì)的劃分是目前業(yè)界普遍接受的一種劃分方法。如下圖1-1所示:
圖1-1 博世對(duì)未來(lái)汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)的觀點(diǎn)
今天我們正處于從過(guò)去的分布式EE架構(gòu)邁向域集中式EE架構(gòu)的轉(zhuǎn)變過(guò)程中,預(yù)計(jì)到2025年左右就會(huì)完成這一轉(zhuǎn)變。從2025年以后,將開(kāi)啟跨域的融合時(shí)代,也就是轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸醒?區(qū)域”(Central & Zonal)計(jì)算的EE架構(gòu)時(shí)代。
3.1 分布式EEA
在分布式EEA下,ECU通常都是特定于某個(gè)功能的,因此整車ECU數(shù)量很多。此時(shí),ECU之間的通信能力是非常受限的,一般是根據(jù)需要通過(guò)傳統(tǒng)的CAN或FlexRay等低速總線來(lái)在需要協(xié)同的ECU之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。
此時(shí),域內(nèi)部的各個(gè)ECU之間通過(guò)本域的局部網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行協(xié)同合作。各域之間的網(wǎng)絡(luò)一般是互相獨(dú)立的,也即域和域之間的通信功能非常有限,只是根據(jù)需要通過(guò)傳統(tǒng)的CAN或FlexRay等低速總線進(jìn)行垮域通信。
首先,對(duì)數(shù)量眾多的ECU開(kāi)啟模塊化整合。將功能類似的ECU整合成一個(gè)模塊,這也是“功能域(Function Domain)”的前身。
另外,汽車中央網(wǎng)關(guān)的加入使得功能模塊之間數(shù)據(jù)通信變得更為容易。網(wǎng)關(guān)通過(guò)整合不同總線和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行跨總線數(shù)據(jù)交換,比如:CAN、LIN、FlexRay和MOST等。汽車中央網(wǎng)關(guān)承擔(dān)不同總線類型之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換工作,并參與各網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)管理;根據(jù)實(shí)際需求路由信號(hào)和消息控制路由時(shí)序。從而實(shí)現(xiàn)不同模塊和功能之間通訊。如下圖1-2所示。
隨著ECU模塊化的深入,出現(xiàn)了集成度更高、性能更強(qiáng)的ECU,原本多個(gè)功能單一的ECU進(jìn)而融合成單個(gè)功能更強(qiáng)大的ECU。如圖1-3所示:
3.2 域集中式EEA
隨著模塊化程度和ECU功能集成度的更進(jìn)一步提高,就出現(xiàn)了“功能域(Function Domain)”的概念,功能域的出現(xiàn)是“域集中式EEA(Domain Centralized EEA)”的標(biāo)志。從軟、硬件架構(gòu)上來(lái)看,域集中式EEA最直觀的表現(xiàn)就是有了“域控制器(Domain Control Unit,DCU)”來(lái)作為整個(gè)功能域的核心。所謂域控制器是指域主控硬件、操作系統(tǒng)、算法和應(yīng)用軟件等幾部分組成的整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)稱。
域主控處理器(Domain Host Processor)又是域控制器的大腦核心,通常由一個(gè)集成度更高、性能更強(qiáng)的處理器來(lái)?yè)?dān)任。它一方面也具備網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能,負(fù)責(zé)域局部的不同總線間的協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;另一方面由于它有更強(qiáng)的計(jì)算能力,因此它也會(huì)將本域中的其他ECU或者傳感器所感知的信息都進(jìn)行匯總處理和計(jì)算,再把結(jié)果發(fā)回給不同的執(zhí)行器進(jìn)行執(zhí)行。如下圖1-4所示:
在基于域控制器的域集中式EEA中,傳感器、ECU與功能特性不再是一對(duì)一的關(guān)系,也就意味著傳感器與數(shù)據(jù)處理被分離開(kāi)來(lái)。這點(diǎn)變化帶來(lái)了諸多好處,包括:1)集中式管理起來(lái)比較容易;2)更高的集成度可以減少ECU的數(shù)量,平臺(tái)的可擴(kuò)展性也會(huì)更好;3)在更強(qiáng)大的域主控處理器上可以運(yùn)行更復(fù)雜的傳感器融合算法,使得實(shí)現(xiàn)跨多個(gè)傳感器的復(fù)雜功能成為可能。
對(duì)于功能域的具體劃分,各汽車主機(jī)廠家會(huì)根據(jù)自身的設(shè)計(jì)理念差異而劃分成幾個(gè)不同的域。比如BOSCH劃分為5個(gè)域:動(dòng)力域(Power Train)、底盤域(Chassis)、車身域(Body/Comfort)、座艙域(Cockpit/Infotainment)、自動(dòng)駕駛域(ADAS)。這也就是最常見(jiàn)的五域集中式EEA。
伴隨著域主控處理器性能的進(jìn)一步增強(qiáng),對(duì)主處理器需求比較類似的多個(gè)不同功能域可以進(jìn)一步融合成一個(gè)功能域,也即融合成“跨域集中式EE架構(gòu)”。大眾MEB平臺(tái)則劃分為三個(gè)域:自動(dòng)駕駛域、智能座艙域和車身控制域。華為對(duì)域的劃分也跟大眾MEB類似。這種三域集中式EEA可以理解為在5域集中式架構(gòu)進(jìn)一步融合的結(jié)果。也就是把原本的動(dòng)力域、底盤域和車身域融合為整車控制域。如下圖1-5所示:
三域集中式EEA涉及的域控制器主要有4類,車控域控制器(VDC,Vehicle Domain Controller)、智能駕駛域控制器(ADC,ADAS/AD Domain Controller)、智能座艙域控制器(CDC,Cockpit Domain Controller)以及若干高性能網(wǎng)關(guān),其中:
VDC:負(fù)責(zé)整車控制,實(shí)時(shí)性安全性要求高;
ADC:負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛相關(guān)感知、規(guī)劃、決策相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn);
CDC:負(fù)責(zé)HMI交互和智能座艙相關(guān)(甚至整合T-Box)功能的實(shí)現(xiàn);
目前業(yè)界實(shí)行三域EE架構(gòu)的有:
大眾的MEB平臺(tái)的E3架構(gòu):即由3個(gè)車輛應(yīng)用服務(wù)器(In-Car Application Server,簡(jiǎn)稱ICAS)組成的域集中式EEA,具體包括:車輛控制服務(wù)器ICAS1、智能駕駛服務(wù)器ICAS2和信息娛樂(lè)服務(wù)器ICAS3?;贓3架構(gòu)的首款量產(chǎn)車型是2021年10月發(fā)布的ID3。如圖1-6所示。
圖1-7 大眾MEB平臺(tái)E3架構(gòu)
華為的“計(jì)算+通信”架構(gòu)(CC架構(gòu)):也是由VDC、ADC、CDC和網(wǎng)關(guān)等部件組成。華為將ADC叫做MDC(大名鼎鼎的“移動(dòng)數(shù)據(jù)中心”,Mobile Data Center)。如下圖1-8所示。
圖1-8 華為的計(jì)算+通信EEA
3.3 中央+區(qū)域EEA
隨著功能域的深度融合后,功能域(Function Domain)的概念將逐漸消失,域主控處理器演變?yōu)楦油ㄓ玫挠?jì)算平臺(tái),這就是車載“中央+區(qū)域(Central & Zonal)EEA”,也稱為“中央集中式EEA(Vehicle Centralized EEA)”,或者“區(qū)域EEA(Zonal EEA)”,如下圖1-9所示。
車載中央計(jì)算機(jī)(Vehicle Central Computer,VCC):多個(gè)VCC組成一個(gè)異構(gòu)服務(wù)器集群,作為一個(gè)通用計(jì)算平臺(tái)(General Computing Platform,GCP),提供整車所需的計(jì)算、存儲(chǔ)、通信和管理能力。因此,車載VCC平臺(tái)可以被看作是一個(gè)縮微版的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集群。
區(qū)域控制器平臺(tái)(Zonal Control Unit,ZCU):每個(gè)區(qū)域又會(huì)有一個(gè)區(qū)域計(jì)算機(jī)Zonal Control Unit (ZCU), 注意:這里的區(qū)域是指地理上的區(qū)域概念。ZCU是整車計(jì)算系統(tǒng)中某個(gè)局部的感知、數(shù)據(jù)處理、控制與執(zhí)行單元。它負(fù)責(zé)連接“整車中地理意義上某一個(gè)區(qū)域內(nèi)”的傳感器、執(zhí)行器以及ECU等,并負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)的傳感器數(shù)據(jù)的初步計(jì)算和處理,它本身也具有網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能(因此也稱為Zonal Gateway),負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換。注意:這里的中央計(jì)算平臺(tái)和區(qū)域計(jì)算平臺(tái)都是功能域無(wú)關(guān)(Function Domain Independent)的通用計(jì)算平臺(tái),因此區(qū)域計(jì)算平臺(tái)通常會(huì)支持各種常見(jiàn)的連接接口類型。
兩級(jí)通信網(wǎng)絡(luò):TSN以太網(wǎng)作為整車通信的主干網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,要具備高帶寬和實(shí)時(shí)通信,同時(shí)保證可靠性和fail-operational特性;而在區(qū)域內(nèi),ZCU與ECU之間、ZCU與傳感器之間的通信仍然采用CAN/CANFD/FlexRay/LIN/10BaseT1s等中低速網(wǎng)絡(luò)。
分級(jí)供電網(wǎng)絡(luò):一級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)(也就是骨干供電網(wǎng)絡(luò))有雙電源保證供電冗余,它將電源輸送到區(qū)域控制器ZCU節(jié)點(diǎn)。二級(jí)配電網(wǎng)絡(luò),由區(qū)域控制器負(fù)責(zé)將電力繼續(xù)向下輸送到底層控制器,因此區(qū)域控制器需要具備power distribution功能,以及eFuse(電子熔絲)等功能;
總而言之,分布式EEA是“計(jì)算的分布式,供電的集中式”;而中央+區(qū)域EEA就是“供電的分布式,計(jì)算的集中式”,正好反過(guò)來(lái)。Zonal EEA不僅能將計(jì)算資源集中,便于軟硬件分離;也給整車各個(gè)控制器的電源管理帶來(lái)很多想象力。而ZCU作為分級(jí)通信和分級(jí)供電的區(qū)域節(jié)點(diǎn)都在整個(gè)體系中扮演了非常關(guān)鍵的角色。
汽車整體而言是個(gè)封閉保守的行業(yè),大部分傳統(tǒng)主機(jī)廠和Tier 1供應(yīng)商對(duì)新技術(shù)的采納和接受都比較緩慢。業(yè)界普遍認(rèn)為從現(xiàn)在到2025年之前,大部分傳統(tǒng)汽車主機(jī)廠都將處于域集中式EEA的持續(xù)演變過(guò)程中。2025年之后,“中央+區(qū)域 EEA”將有望成為汽車的終極電子電氣架構(gòu)。特斯拉是在全球汽車行業(yè)中率先采用Zonal EEA的,其它整車主機(jī)廠以及Tier 1 OEM廠商也都紛紛跟進(jìn),開(kāi)始定義自己下一代的Zonal EEA。因此2025年之后,Zonal EEA有望成為整個(gè)汽車行業(yè)的主流EE架構(gòu)。
3.3.1 特斯拉Zonal EEA
但是像特斯拉這樣新興電動(dòng)車廠商因?yàn)闆](méi)有任何歷史包袱,因此特斯拉在定義Model Y車型(2020年上市)的EE架構(gòu)時(shí),一步到位,跳過(guò)“域集中式EE架構(gòu)”,直接進(jìn)化到“中央+區(qū)域EEA”。特斯拉Model Y的EE架構(gòu)只有三大部分:
中央計(jì)算模塊(Central Computing Module, CCM)
左車身控制模塊(BCM LH: Body Control Module, Left Half)
右車身控制模塊(BCM RH: Body Control Module, Right Half)
其中,中央計(jì)算模塊直接整合了駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和座艙信息娛樂(lè)(Cockpit and IVI)兩大域,以及外部連接和車內(nèi)通信系統(tǒng)域功能(中央網(wǎng)關(guān)和防火墻等)。左右車身控制模塊分別負(fù)責(zé)剩下的“車身與舒適系統(tǒng)(Body and Comfort)”、“底盤與安全(Chassis and Safety)系統(tǒng)”和“汽車動(dòng)力系統(tǒng)(Vehicle Dynamics)”的三大功能;當(dāng)然本身也作為一個(gè)通信的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
圖1-10 Tesla Model Y的Zonal EEA
特斯拉在全球范圍內(nèi)率先開(kāi)啟了汽車OTA應(yīng)用的浪潮。特斯拉不僅可以透過(guò)OTA將軟件升級(jí)包發(fā)送車載通訊單元,更新車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)內(nèi)的地圖和應(yīng)用程序以及其他軟件,還可以直接將軟件補(bǔ)丁程序傳送到相應(yīng)的電子控制單元(ECU),實(shí)現(xiàn)對(duì)控制操作層面的軟件升級(jí)。這是很多傳統(tǒng)主機(jī)廠和Tier 1廠商因?yàn)槠淅吓f的汽車EE架構(gòu)而無(wú)法媲美的(他們通常只能實(shí)現(xiàn)車載娛樂(lè)信息系統(tǒng)的在線更新和升級(jí))。
3.3.2 豐田的Zonal EEA
豐田也正在積極推進(jìn)從其當(dāng)前基于域的EE架構(gòu)演變?yōu)橄乱淮爸醒?區(qū)域”的EE架構(gòu)。在豐田看來(lái),Zonal EEA有這樣一些有點(diǎn):1)可以通過(guò)ECU集成來(lái)減少ECU數(shù)量,從而降低BOM成本;2)通過(guò)區(qū)域控制器ZCU來(lái)降低通信網(wǎng)絡(luò)線束和供電網(wǎng)絡(luò)線束的長(zhǎng)度與重量,降低線束設(shè)計(jì)復(fù)雜度,提高產(chǎn)線自動(dòng)化程度;3)減少了ECU數(shù)量和線束長(zhǎng)度,也可以騰出更多空間,為后續(xù)迭代預(yù)留空間;4)軟件上,使用基于Adaptive AUTOSAR和Classic AUTOSAR的SOA架構(gòu),實(shí)現(xiàn)便捷的軟件迭代和功能的可擴(kuò)展性。
3.3.3 沃爾沃的Zonal EEA
沃爾沃的Zonal EEA包括Core System和Mechatronic Rim,如下圖1-12所示。不過(guò)沃爾沃將ZCU劃入了Core System中了,它稱為VIU(Vehicle Integration Unit),每個(gè)VIU對(duì)應(yīng)一個(gè)整車區(qū)域的感知、控制與執(zhí)行。VCU(Vehicle Computation Unit)對(duì)應(yīng)車載中央計(jì)算機(jī),提供整車智能化所需的算力與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
圖1-12 沃爾沃的Zonal EEA
3.3.4 安波福的Zonal EEA概念
安波福(Aptiv)的智能汽車架構(gòu)SVA定義了一個(gè)統(tǒng)一的供電和高速通信骨干網(wǎng)絡(luò),這是整車架構(gòu)最基礎(chǔ)的基礎(chǔ)設(shè)施。連接到這一骨干網(wǎng)絡(luò)的SAV組件有:
安全連接網(wǎng)關(guān)(Secure Connected Gateway):SCG是從外部對(duì)SVA架構(gòu)進(jìn)行控制的主控網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。它實(shí)現(xiàn)像包括從外部對(duì)汽車進(jìn)行喚醒這樣的功能,以及通過(guò)無(wú)線或者5G跟云端或者路側(cè)的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接的功能。
開(kāi)放服務(wù)器平臺(tái)(Open Server Platform):也即對(duì)應(yīng)著Zonal EEA中的VCC服務(wù)器集群平臺(tái)。在開(kāi)放服務(wù)器平臺(tái)中,我們會(huì)運(yùn)行各種軟件應(yīng)用,比如:自動(dòng)駕駛軟件和算法,智能座艙應(yīng)用等。開(kāi)放服務(wù)器平臺(tái),可以對(duì)應(yīng)用按需分配計(jì)算資源,并提供必要的冗余以保證應(yīng)用的可靠性。
Power Data Center(PDC):PDC也就是Zonal EEA中的區(qū)域控制器ZCU。它作為一個(gè)通用的“Docking Station”,有兩個(gè)作用:1)區(qū)域的通信與控制主節(jié)點(diǎn),連接區(qū)域內(nèi)的傳感器和外設(shè)等,充當(dāng)區(qū)域內(nèi)低速網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)絡(luò)之間的通信網(wǎng)關(guān);2)作為分級(jí)供電的節(jié)點(diǎn),將供電主干網(wǎng)的電力分配給區(qū)域內(nèi)的傳感器和外設(shè)等。PDC的數(shù)量可以從兩個(gè)到六個(gè)之間變化,根據(jù)不同的車型來(lái)選擇不同的配置。
SVA架構(gòu)將可以有效地降低汽車全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的成本,包括:開(kāi)發(fā)、制造和售后維護(hù)等。并且能很好支撐汽車制造商通過(guò)OTA來(lái)持續(xù)對(duì)汽車上的軟件進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)。
圖1-13 安波福的Zonal EEA — SVA架構(gòu)
3.3.5 偉世通的Zonal EEA概念
偉世通的區(qū)域EEA概念與其它廠家類似。整個(gè)系統(tǒng)可以被看作是“服務(wù)器集群+邊緣計(jì)算區(qū)域網(wǎng)絡(luò)”組成的分布式計(jì)算與通信環(huán)境。
采用汽車以太網(wǎng)TSN作為通信主干網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,保證通信的高帶寬、通信的實(shí)時(shí)確定性和可靠性。
Super Core就是車載中央計(jì)算平臺(tái),甚至可能是刀片服務(wù)器,服務(wù)器集群是可伸縮的。
傳感器和執(zhí)行器都連接到區(qū)域網(wǎng)關(guān)(也就是ZCU)。根據(jù)車型區(qū)域網(wǎng)關(guān)的數(shù)量可以從2個(gè)到6個(gè)之間變化。
整車的供電網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)分級(jí)的供電體系。主干供電網(wǎng)絡(luò)采用雙電池冗余備份策略,ZCU作為從主干網(wǎng)到區(qū)域網(wǎng)的電源分配節(jié)點(diǎn),負(fù)責(zé)將電力繼續(xù)向下輸送到區(qū)域內(nèi)的ECU、傳感器和控制器等。因此區(qū)域控制器也需要具備高級(jí)power distribution功能,以及eFuse(電子熔絲)等功能;基于這一套供電體系,可以實(shí)現(xiàn)更加智能的電源管理,比如:根據(jù)各區(qū)域的負(fù)載不同來(lái)優(yōu)化節(jié)電策略。
圖1-14 偉世通的Zonal EEA概念
4 小結(jié)
總結(jié)一下Zonal EEA相對(duì)于分布式EEA和域集中式EEA有這樣一些硬件上的優(yōu)點(diǎn):
減少線束用量:Zonal EEA可以大大簡(jiǎn)化線束拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)復(fù)雜度,減少線束使用的長(zhǎng)度和重量。博世曾經(jīng)建立過(guò)理論模型,對(duì)不設(shè)置區(qū)域控制器和設(shè)置了區(qū)域控制器的線束長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果顯示,所有外圍ECU、傳感器和執(zhí)行器直連到車載中央計(jì)算機(jī),線束只多不少,線束拓?fù)浞浅2缓侠?;只有設(shè)置了相應(yīng)的區(qū)控制器,線束拓?fù)洳诺靡院?jiǎn)化,線束密度也大大降低。因此,Zonal EEA說(shuō)能夠降低線束長(zhǎng)度,減少線束質(zhì)量,是有理論支撐的。使用了Zonal EEA的Model Y車型號(hào)稱可以將線束使用量降低到100米以內(nèi)。
制造與裝配:線束復(fù)雜度和長(zhǎng)度減少了,裝配就簡(jiǎn)化了,也能大大提高產(chǎn)線的自動(dòng)化水平,提高制造能力。
安裝空間:節(jié)省了汽車內(nèi)部的安裝空間。
系統(tǒng)更具彈性:Zonal EEA使得整車更具有靈活性和伸縮性。當(dāng)增加新的用戶功能特性時(shí),不需要額外增加傳感器和執(zhí)行器,也不會(huì)需要增加新的配電需求。
Zonal EEA也非常有利于對(duì)整車的硬件系統(tǒng)做統(tǒng)一的抽象。有了一致統(tǒng)一的硬件抽象層后,才能將硬件和軟件解耦分離,這一點(diǎn)在IT行業(yè)和手機(jī)行業(yè)是非常自然的一個(gè)思想,也正因此才造就這兩個(gè)行業(yè)今天各種先進(jìn)的軟硬件技術(shù)。我們完全可以相信很多IT行業(yè)已經(jīng)發(fā)展多年的成熟軟件技術(shù)一定會(huì)被借鑒到汽車行業(yè)中來(lái),比如:互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器端的面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)軟件設(shè)計(jì)思想。
持續(xù)的OTA軟件升級(jí):賦能主機(jī)廠更好的實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車,徹底改變傳統(tǒng)汽車商業(yè)模式。傳統(tǒng)上當(dāng)用戶購(gòu)買一輛汽車后,對(duì)于主機(jī)廠而言,它與這位用戶的商務(wù)關(guān)系已經(jīng)結(jié)束了,而現(xiàn)在恰恰相反,這對(duì)主機(jī)廠和用戶之間僅僅只是一個(gè)起始點(diǎn)。主機(jī)廠可以容易、便捷的為已經(jīng)銷售出去的汽車增加新的功能特性,汽車質(zhì)量問(wèn)題的召回維修可能就僅僅只需要推送一次軟件升級(jí)就可以了。
更優(yōu)的傳感器數(shù)據(jù)融合:在Zonal EE架構(gòu)下,由于ECU/傳感器等不再與某個(gè)具體的功能特性緊密關(guān)聯(lián)和綁定,因此我們可以在中央計(jì)算平臺(tái)上設(shè)計(jì)和運(yùn)行更復(fù)雜更優(yōu)化的傳感器數(shù)據(jù)融合算法,這點(diǎn)對(duì)更高的自動(dòng)駕駛等級(jí)而言是至關(guān)重要的。
更復(fù)雜的功能特性:應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯可以集中到車載中央計(jì)算平臺(tái)上來(lái)實(shí)現(xiàn),這樣更容易實(shí)現(xiàn)跨多個(gè)傳感器/執(zhí)行器的復(fù)雜功能特性。
傳統(tǒng)的分布式EEA,車輛本質(zhì)上是一臺(tái)機(jī)電一體化的機(jī)械載具,要想汽車變成一臺(tái)四個(gè)輪子上的手機(jī)那樣真正的智能設(shè)備,首先需要實(shí)現(xiàn)中央集中式EEA,然后基于統(tǒng)一的硬件抽象模型,實(shí)現(xiàn)軟件的SOA架構(gòu)和基于服務(wù)的通信,才能達(dá)到終極目標(biāo)。汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)展以及相應(yīng)的軟件架構(gòu)變化將是一個(gè)長(zhǎng)期的、漸進(jìn)式的演進(jìn)過(guò)程。它將對(duì)整個(gè)汽車行業(yè)的芯片、軟硬件技術(shù)、生產(chǎn)制造和售后維護(hù)等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,因此也必將重塑整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈格局。
審核編輯:劉清
評(píng)論