盘点主流智能汽车电子架构.docx

盘点主流智能汽车电子架构本文对几家主流智能汽车的架构设计概念进行了技术分析，并对 几种智能汽车的架构设计概念进行了评价。1 .智能汽车电子架构研究现状传统分布式汽车电子电气架构的设计思想为硬件定义规格，硬 件架构采用CAN总线网络和分布式功能单元，单功能单控制器，软 硬件不能解耦，专用传感，专用控制器，专用算法。传统汽车电子电 气架构面对汽车“四化”的挑战和需求难以支撑，汽车行业主要企业 都给出了自己的解决方案，对未来智能汽车的电子电气架构进行了思 考，提出了新型的汽车电子电气架构概念。(1)博世博世作为整车Tirel供应商的重要代 表，提出了未来智能汽车电 子电气架构的演进方向(图1)。从整个演进过程分为6个阶段：分 布式功能模块、功能模块合并、多域控制器架构、功能域逐渐融合阶 段、域融合终极阶段汽车大脑，最后远景云端计算阶段。博世汽车电子电器架构的演进概念清晰指明了未来汽车电子电 气架构算力会逐渐集中化，最终会发展到云端计算。当前架构主流处 于功能模块合并阶段，正在朝多域控制器架构方向发展。(R)EvoIution of the E/E ArchitectureVehicle Ctoud ComputingVehicle ComputerFusion Melting of domains,fusion of DCUsCentralizationInCegraiion Merge of ECUsJntegration ot HW&SW into existing ECUsModular Each function has hts own ECU( "One function-one Box" Domain oriented Centraszalion(DCUs) Standardization of basic controllerVISION Fusion of all DCUs in one centralized vehicle computerVISION Transfer of embedded functions into the cbudtime图1博世汽车电子电气架构演进路线图(2)联合电子联合汽车电子有限公司面向未来智能汽车，设计开发了扩展型域 控制器平台，将于2020年实现量产。联合电子设想未来汽车电子电 气架构分为三层(如图2),顶层为云服务平台，中层为计算与控制， 下层标准化的执行器和传感器。中层计算与控制包括五个功能域的主 控和以太网主干网、车载无线通讯共七个架构主要构成元素。联合电 子面向未来智能汽车的架构思路为集中式域控制器架构。信息娱乐远程控制内潴性能理道路状态管眇员辅助导航行攻员数据记录收漏假诊断阵基于V2X的安全IM动态交通智能自缠护系燎自动驾驶出行*务姿蒯SM壁妲圻器 仁£3娃峥图2：联合电子未来汽车电子电气架构（3）安波福安波福提出了智能汽车架构的概念以适应自动驾驶的需求。针对 未来的智能汽车电子电气架构，安波福提出了“大脑与“神经结合的 方案（如图3）。其主要由三个部分组成，一是中央计算集群，二是 标准电源和数据主干网络，三是电源数据中心。安波福的智能汽车架 构关注三大特性，一个是灵活性，二个是生命周期内持续更新性，三 是系统架构相对容错性和健壮性。POWERDATA(POC) A *untverwl dodngCENTRAL COMPUTE CLUSTERUnivefMl compute Ptaffofm wrth Starxtecdmd itcfacos nd Connected图3安波福智能汽车架构(4)丰田丰田面对智能网联的新需求，丰田汽车设计了基于中央+地方 (Central & Zone Concept)概念的电子架构(如图4),主要包括三部 分：汽车大脑或中控ECUS负责计算和信息处理；跨区域通讯网络以 车载以太网为主干网提供高带宽通讯能力；跨区域控制器作为某区域 的输入输出主控单元，构建汽车中央计算单元的神经网络。Cross domain Zone ECUs as zone specific I/O masters which act as an neural network for central ECUsCross Zone CommunicationHigh bandwidth communication with Ethernet backbeVehide ComputerZCentraI ECUs as central calculation units(brains)and information provider图4丰田中央/地方概念的电子架构(5)特斯拉特斯拉最大的特点了是实现了“软件定义汽车，汽车向移动的智 能终端进化。公开消息了解，特斯拉MOdel 3的电子电气架构只有三 大域：中央计算模块(CCM)、左车身控制模块(BCMLH)和右车身控制模块（BCM RH）0其中中央计算模块（CCM）整合了信息娱乐 系统（IVI）辅助驾驶系统（ADAS/AUtOPiIOt）和车内外通信三部分。特斯拉的电子架构通过中央计算模块（CCM）对不同的区域控制单元 及其部件进行统一管理，对传统汽车电子架构进行了全方位的创新, 实现了软件定义汽车，加快了汽车产品迭代速度。该架构的好处显 而易见：算力集中化、服务附加值提升、内部拓扑结构简化。（6）华为世界智能网联汽车大会上（2019）,华为轮值董事长徐直军再次 解读了华为汽车业 务，也再次解读了华为面向未来汽车的计算+通 讯CC架构（如图5）。华为提出的CC架构采用分布式网络+域控制 器的架构，将车辆分为三大部分：驾驶、座舱和整车控制，并推出了 三大平台：MDC智能驾驶平台、CDC智能座舱平台和VDC整车控制 平台。该架构可做到软件可升级、硬件可更换、传感器可拓展。图5华为L4级的自动驾驶汽车架构分析以上6家智能汽车电子电气架构，可以分类为3种：博世和 联合电子为基于功能域控制器的集中化架构；丰田和特斯拉为基于区 域控制器和中央计算的架构；安波福和华为基于环形主干网和多计算 中心的架构。2 .智能汽车电子架构分析对智能汽车进行需求定义是架构开发的第一步，为了科学合理的 进行架构设计，需从客户需求、发展趋势、目标市场、法规需求等方 面收集并分析。从几方面分析未来智能汽车电子架构基本需求包括 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 续升级更新能力等。站在整车厂角度，还需具备有效的变形管理， 实现相同架构平台下车型谱系间硬件配置灵活多样，具有很好的沿用 性和平台公用性。以CAN总线网络为基础的架构已支撑汽车电子架 构平台10年的功能需求，汽车网络为了适应智能汽车的发展需要正 面临着技术的革新（表1）。序号架构需求备注说明1展趋势智能汽车必然会朝自动驾驶方向发震，自动驾驶钠有5个等级，买现不同等级的 架构屿有差异。2高计算性卷智能汽车需要处理更多的数据，执行更复制算法，需要特殊的硬件加速器，如图 像识别，深度学习，图形显示等。3高通讯带宽传感哪据增多，尤其是视频，激光雷达哥传感器引军电子.架构需要更高的 传输速率，更低的传输延时。4功蹑全性智能帝需要更高的功隹安全性能，架构需要支持关艇部件功能冗余备份。5网络安全性智能柞对整车网络安全、信息安全有更高的要求，要求数据传输路径冗余，信息 报文支持加密传输。6跨域功能协谓域控够之间需要更多的处同，如自动懒博与翊运动相关域的协同，架均需要 保证雌协同的实时性。7软件持健新升级为了第t服务,噌强客尸粘性.架枸需支持域控棚SOTA切能,支持车辆软件持续 升级更新。8有效峻形靡架构越有很好的扩展性，灵活性，可维护性，适应不同传感配置的车型港系，整 车架碘减配置灵活方便。表1：智能汽车电子架构的主要需求汇总表有效的电子电气架构开发评估体系是确保架构开发更加科学合 理的重要手段。对于架构的评估，一般从三个大的层面分析：首先 架构能否满足用户使用需求及未来可能的需求变化；其次架构能否实 现车型开发成本最优；再次是兼顾用户需求、开发成本最优的同时, 能否满足汽车本身性能配置。本文从以下7个方面评估了上述几种面向智能汽车的电子架构 （表 2）。表2智能汽车电子电气架构评估表博世联合电子丰田特斯拉安波福华为基于功能域控制器集中化的架构基于区域控制器和中央计算的架构基于环形主干网和多计算中心架构1、是否满足用户辅求及未来可M辅求变不满足网络传输多路径，关犍硬件冗 余圜颁需求,本文认为只能满足自 动螭JL3以下等级架构需求。基于区域控制和中央计算的架构，不满足网 络传输多路径,关键硬件备份成本高，本文 认为满足自动球驶L3等级以下架构需求。基于环形隧+中央计算的架构，满足 网络慢输多路径，关健硬件冗余的需 ,并且传感器、执行器和计算单元 可以扩展确减，能培满足不同等级 自动修驶需求。2、是否买施便件成本优化,降低开发时雕汽车ECU越来越多，算力集中 化，有利于降此ECU数R 螭会 降低硬件成本，相比传统封闭ECU系 统，降氏开发成本。算力更加集中到几个主要计算单元，传统 ECU能标准化方向演进，硬件成本会随标准 化程度变高而变或，开发成本将更多是软件 本。传统ECU朝弧准化方向演进，硬件成 本会随标魅化程度变高而变氏。算力 臾中到几个主要计算单元，随单元内 软件逐步标准化，软件开发成本将 会降低。3、平台是否具有良好的沿用性以及平合公用性SK架构支持高级幽期啊能需求,能 蝮持未来几年用户需求,同时传 统成般件大部分可以沿用，具有较 强的技术先进性，架构也可以沿用 茨长时间；架构支持个性变形，公 雕酶。架构支持高级痛助驾驶切能需求.境堤支持 未来汽车用户需求,具有较强的技术先进 性，架构可以沿用较长时间，袒对传统CAN 总线为基册的架构改飒大，对传统部件的 沿用性差；平台开发成理，支持功能扩展， 车型港系间公用性较费。架构满足高等级自动驾驶的需求，满 足汽车用户需求，具有超前的的技 术先迸性，一日成熟平台公用性非常 强；但对传统汽车架构是TP重新， 对传统部件的沿用性差；4、电子电解构可制弼此架陶相关技术已翎潮，包括网络 技术和殿控制器技术。面对L3级以下计算需求时，单鼠计算需求适 中，当前技术水平能除现，可以找到性价 理的方案。架构超前，相关网络技术不成熟，底 层执行骐喷感器并未标准化，架 构支持运彝力灵活配苣,但亦无成 熟器件。5、电子电气架构是否具有可维护性和可罪牲?架构设计工具成熟，架构设计维护方 便，架构物理逻簿清晰，查找判断取 覆便捷。架构相关测试设缶成熟，可 以快证实际架构系统的可靠性,6架 构结构决定了臬些单点故障可能引起 系统功能安全故障。蟒考虑了车辆 应用层软件持续升级更新。无成熟此架构的设计工鼠架构设t+维护相 酿赧娥）相河岷设备F施，旃系 统的可靠性解决方案需要研究。架构考虑了 车辆应用层软件持续升级更新。无期架构设计工具，架构设计维护 堆。架构相关测试设备不完善，实际 系统的可界性解决方案需要研究O 架构考虑了网络和硬件的冗余设计. 车辆应用层软件持融 级更新。6、电子电气貂变召其靛活性物浪用传感器、执行器和运算单元可以灵活 配置，可以适应不嗨置的整车，塔 减车辆配置灵活方便。偿感88、执行器和运算单元可以灵活配， 可以适应不问配置的整车，增减车辆