未来 E/E 架构的发展情况

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发布于: 2 小时前

在“软件定义汽车”的时代，电子电气架构作为汽车智能化的基底，目前已经成为智能网联车企的研发重点。受益干硬件架构、软件架构、通讯架构的发展与升级，传统汽车所采用的分布式架构将逐渐地被域集中电子电气架构、车辆集中电子电气架构等取代，未来更会以服务为导向，将更多的功能集成到更高性能的计算单元，催生真正的车载计算平台。

一、软硬件及通讯发展影响 E/E 架构走向

汽车 E/E 架构通过整合汽车内各类传感器、处理器、线束连接电子电气分配系统和软硬件生成的总布置方案，实现整车的功能、计算、运功及能量的分配。其架构的发展的关键变化主要体现于硬件架构升级、软件架构升级、通讯架构升级三个方面。

1、硬件架构升级

1)硬件架构可以通过有针对性的增加队列，平衡模块与模块之间的执行速度差异和延时，高效地处理请求。

2)实现高级自动驾驶，不仅需要多传感器共同感知外部环境，还需要实时监测车内各部运行数据

统一判断并协同执行。半导体作为汽车电气系统中关键器件，近些年大量极为高效的功率半导体推出。为车辆的传感器系统数据处理系统车辆执行器系统等领域实现功能提供有效的支持。

2、软件架构升级

AUTOSAR 软件架构的出现摆脱了软硬件高度耦合，提高了系统的整合能力。其分层式架构设计给电子电器架构设计者提供了启发。基于 AUTOSAR 理念，将整车 E/E 架构开发划分为需求定义、功能逻辑架构设计、硬件架构设计、架构评估等四个部分。

3、通讯架构升级

随着智能汽车功能与应用日益复杂化，将出现海量的数据需要实时采集并处理。XML、图像、音频/视频等大量的非结构化数据不再罕见。未来对数据传输要求极高，传统的汽车电子电器架构的 LIN CAN 总线将较难满足高速传输的需求。大带宽高通量、低延迟易于连接 Internet 的车载以太网将成为应用于未来智能汽车主干网络。

二、E/E 架构现在及未来趋势

在传统汽车采用的分布式电子电气架构阶段，车辆各功能受不同且单一的电子控制单元控制。随着配置需求与功能实现方式的增加，导致整车中 ECU 数量激增。面对这种无限制的扩张，分布式 E/E 架构很难高效地分配和承载数据网络电能、控制器等过多的复杂功能，所以其不再是满足现阶段甚至未来智能化汽车所需要的更高算力与更强通讯能力的可拓展性的架构设计。同时，采用的传统 E/E 架构不能实现整车 OTA 在智能化网联化功能软件出现 BUG 时，通过召回的方式才能最终解决难题，极大地影响了客户体验。

随着智能汽车的发展，对 E/E 架构也提出了更高的要求。智能汽车要求 E/E 架构能够满足高计算性能、高通讯带宽、高功能安全性、高网络安全性、软件持续升级能力等多方面的需求。E/E 架构的升级主要体现在 3 个方面分别为硬件架构升级、通信架构升级、以及软件架构的升级。

1、硬件架构的升级

现阶段各主机厂规划的 E/E 架构主要为 3 种，其分别为集中功能域跨域融合、整车集中+区域控制主要区别如下:

1) 集中功能域方案:每个功能域设置一个域控制器，域控制器之间通过以太网和 CANFD 相连。域控制器分为性能型和集中型两类。性能型域控制器:主要指信息娱乐域控制器和自动驾驶域控制器。该域控制器需要处理大量的数据，需要较大的数据处理能力。由于该控制处理数据庞大，域控制器方式相对于分布式架构，实现相同性能下可降低成本。集中式域控制器:主要是指动力总成域、底盘域和车身域的控制，该部分对算力要求较低，主要涉及的还是控制指令计算和通讯资源。

2) 跨域融合方案:为了进一步提升性能满足协同执行又减少成本，跨域融合集中化方案应用而生即将两个或者多个集成型域控制器合并为一个域控制器。比如动力域和底盘域的合并、车身域与信息娱乐域的合并。

3) 整车集中+区域控制方案:车中只有一个中央计算平台，区域控制器受中央计算平台统一管理。区域控制器以物理区域来定义的控制器，可就近布置线束，减少线束成本。分布式控制器集成，可以减少通信接口;能进一步提升算力利用率减少算力设计总需求;同时数据能够更好的融合，统一交互，实现整车功能协同。在中间发展阶段，可能会出现由多个计算平台如(3 个计算平台)向一个中央计算平台过渡的过程。未来云平台会作为中央计算平台的补充，完成部分实时性要求不高的计算。

各家 OEM 整体按照 E/E 架构发展趋势在规划相应的架构，如长城的 3X、4.0 和 5.0 平台架构。

2、通信架构的升级

在传统架构中，ECU 主干网络是 CAN(FD)。在当前架构中，主干网络采用 CANFD 和 Ethernet 双线路。在未来，Ethernet 在车内将得到更加广泛的应用。

3、软件架构升级

架构升级一个十分重要的目的是能支持软件的升级。要求相应的软件架构能够满足:当前架构软件/固件 OTA 升级软件架构的实时性操作系统可移植性。为了满足软件架构升级需求，软件架构引入了 SOA 架构。在云端中央计算平台和区域控制器采用符合 SOA 理念的软件架构，如下图所示。

1) Vehicle ComputationalLayer 整车计算平台层该层具有如下特点:

· 以服务导向

· 功能可迁移性强 OEM 差异化/品牌印象功能主要体现在该层

· 软件可以灵活的升级/更新，更新周期短、更新频率快

2)Vehicle AbstractionLayer 整车抽象层该层具有如下特点:

· 由用于电源和数据分配的区域控制单元组成，分离计算层和嵌入层

· 主要集成了驱动控制软件和简单的应用软件作为嵌入式软件服务的服务代理

3)嵌入层

该层具有如下特点:

· 执行器/传感器特定处理

· 静态/长软件更新周期

为了控制依赖关系并以良好的方式构建软件，应该使用分层架构。如下图所示，将硬件逻辑，例如传感器和执行器逻辑(绿色外设)与应用程序逻辑(蓝色主应用程序)分开，以便能够在中央系统中分配应用程序，同时保持传感器/执行器尽可能具体。

通过对云端、车内集中中央控制器区域控制器、以及传统的嵌入式控制器的软件采用符合 SOA 理念的软件架构理念，按照分层式架构，最终打造车辆的软件生态系统。

为了应对智能化汽车功能和软件复杂度的提升，达到更高级别的安全及反应速度，确保大量的数据及时接收处理、并发出相应指令，需要对汽车电子电气架构进行重构。域集中电子电气架构将会是未来几年的主流。域将整车划归为不同区如动力域、车身域、底盘域娱乐域等。单个控制器相对集中地控制所在域内原本归属各个 ECU 的功能。减少一个功能、一个“盒子”的分布式 E/E 架构复杂的布线，建立更加灵活的体系架构。同时，相对于传统分布式架构，域集中 E/E 架构可实现整车 OTA。