标签:下一代 架构 导向 电气 电子 ECU 车辆
我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。
老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师:
所有人的看法和评价都是暂时的,只有自己的经历是伴随一生的,几乎所有的担忧和畏惧,都是来源于自己的想象,只有你真的去做了,才会发现有多快乐。人就应该满脑子都是前途,不再在意别人的看法不再害怕别人讨厌自己,不再畏手畏脚忧心忡忡也不会在睡前反回忆白天的行为,是否让对方产生误解用你那精神内耗的态度去搞学习搞事业搞钱,然后用躺平和摆烂的态度对待人际关系,烦恼能消失一大半。
无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。
时间不知不觉中,快要来到深秋。国庆假期结束,又开始新的忙碌。成年人的我也不知道去哪里渡自己的灵魂,独自敲击一些文字算是对这段时间做一个记录。
本文主要分享下一代以区域为导向的电子/电气架构。
一、下一代以区域为导向电子/电气架构的兴起
1、下一代以区域为导向的电子/电气架构的需求
下一代电子/电气架构(E/E架构)的核心在于其广泛的集成能力,它要求在一个通用的体系结构中跨越多个不同的子系统。这种架构不仅提高了车辆的灵活性和可扩展性,还确保了硬件组件之间的兼容性和可升级性,同时满足了关键的技术和安全性要求。这种架构的引入,是软件定义车辆体系结构(SDV)的一个重要组成部分,使得车辆能够根据软件的变化而灵活调整,从而适应不断变化的市场需求和技术进步。
2、汽车行业的转变与ECU的挑战
随着汽车制造商竞相开发互联和自动驾驶解决方案,汽车行业正在经历一场深刻的变革。然而,这一变革也带来了一系列挑战。现代化车辆通常包含100多个电子控制单元(ECU),这些ECU之间的互操作性、集成和简化成为了制造商面临的主要问题。此外,随着车辆功能的不断增加,如何在引擎盖下腾出更多的空间来容纳这些新的ECU和功能也成为了制造商需要解决的重要问题。
3、以区域为导向的E/E架构的紧迫性
面对上述挑战,汽车制造商迫切需要一种新的解决方案来优化车辆的成本、配电、安全性、灵活性和配重。这就是下一代以区域为导向的电子/电气架构。这种架构的核心在于整合车辆的计算能力,通过将车辆划分为不同的区域,每个区域都有自己的计算和通信中心,从而实现更高效的资源利用和更低的成本。
4、新的E/E架构的特点
新的电子电气架构采用了以数据为中心的软件框架,这种框架能够高效地管理车辆系统的复杂性。同时,它还集成了新的不断演进的技术,如人工智能、机器学习、物联网等,从而支持未来自动驾驶汽车所需的各种功能。这种架构的引入,不仅提高了车辆的性能和安全性,还为汽车制造商提供了更多的创新空间,使他们能够开发出更加智能、更加安全的自动驾驶汽车。
二、以区域整合释放潜力
定义和实施现代架构对于释放下一代车辆的潜力至关重要。当然,这不会在一夜之间发生,而是要经过渐进的演变。这个演变开始于实现若干区域的整合,例如高级驾驶员辅助系统(ADAS)、车身、驾驶舱或远程信息处理,最终实现下一代电子/电气的中央和区域网关。
当前的障碍是什么?传统的电子/电子体系结构非常复杂,因为在资源受限的环境中执行器、传感器和处理能力呈指数增长。事实上,采用基于CAN或以太网的传统电子/电气架构可能很快变得成本高昂同时对主体架构造成限制。自动驾驶汽车所需的功能增加了对传感器和线束的需求,这反过来又增加了对智能网络和配电的需求。此外,主机厂(OEM)面临着创建灵活、可扩展且可靠电子/电气架构的压力,以满足汽车行业的新需求。
1、定义与实施现代架构的重要性
为了充分释放下一代车辆的潜力,定义和实施现代电子/电气架构(E/E架构)是至关重要的。这一过程并非一蹴而就,而是需要经过一个渐进的演变过程。这个演变始于对若干关键区域的整合,如高级驾驶员辅助系统(ADAS)、车身控制、驾驶舱信息娱乐系统或远程信息处理系统。这些区域的整合是迈向下一代E/E架构中中央和区域网关的重要步骤,它们将作为车辆内部数据通信和处理的枢纽。
2、当前的障碍与挑战
尽管现代E/E架构的潜力巨大,但当前仍面临一系列障碍和挑战:
-> 传统E/E架构的复杂性:传统的E/E架构在资源受限的环境中面临着执行器、传感器和处理能力呈指数增长的挑战。这种复杂性不仅增加了系统的维护和升级难度,还可能导致系统性能下降和成本上升。
-> 高昂的成本和架构限制:采用基于CAN或以太网的传统E/E架构可能很快变得成本高昂,并对主体架构造成限制。随着自动驾驶汽车所需功能的不断增加,传感器和线束的需求也随之增加,这进一步加剧了成本和架构上的压力。
-> 智能网络和配电的需求:自动驾驶汽车的发展对智能网络和配电系统提出了更高的要求。传统的网络和配电系统可能无法满足这种需求,因此需要开发更加智能和高效的解决方案。
-> 主机厂的压力:主机厂(OEM)面临着创建灵活、可扩展且可靠的E/E架构的压力。他们需要满足汽车行业不断变化的新需求,同时保持竞争力和市场地位。这要求他们不仅要关注技术的创新,还要关注如何将这些技术有效地整合到车辆中。
应对策略与未来展望
为了克服这些障碍和挑战,主机厂和供应商需要采取一系列策略:
-> 推动技术创新:通过研发新的传感器、处理器和通信技术,提高系统的性能和可靠性。
-> 优化架构设计:采用模块化、可扩展和可配置的架构设计,以适应不同车型和市场需求的变化。
-> 加强合作与协同:主机厂与供应商之间需要加强合作与协同,共同推动E/E架构的发展和创新。
-> 注重安全与合规:在推动技术创新的同时,要注重系统的安全性和合规性,确保车辆能够满足相关法规和标准的要求。
三、实现ECU整合和计算集中化
下一代电子/电气以区域为导向架构,支持期望将ECU和域整合到区域中的制造商。这些区域已经引发了对高性能网络的需求,进一步强调了集中化和向TSN等新技术过渡的需求。通过端到端通信和以数据为中心的软件组件,可以将计算能力集中到一部高性能计算机中:
-> 产品组件为每个车辆分区赋予特定功能:ECU、中央网关和分区网关;
产品组件为每个车辆分区赋予特定功能,这是现代汽车电子/电气架构(E/E架构)的核心。关键组件包括电子控制单元(ECU)、中央网关和分区网关。ECU负责执行特定的控制任务,如发动机管理、车身控制等;中央网关作为车辆内部通信的中心节点,负责数据的集中处理和转发;分区网关则负责特定区域内的数据通信和处理。
-> 通过TSN支持简化整体线束(目前高组件成本排名第三);
通过时间敏感网络(TSN)的支持,可以显著简化整体线束。线束是汽车内部复杂的电气连接系统,其成本在车辆制造中占据重要地位。TSN通过精确的时间同步和优先级管理,提高了数据通信的效率和可靠性,从而减少了线束的复杂性和成本。
->通信库支持最高级别ISO 26262 ASIL D功能安全认证的系统需求;
现代汽车电子系统对功能安全的要求越来越高,尤其是自动驾驶汽车。通信库支持最高级别的ISO 26262 ASIL D功能安全认证,确保了系统在设计、开发和生产过程中的安全性。这对于提高车辆的可靠性和安全性至关重要。
->提供唯一经过验证的自动驾驶汽车互连标准,已用于ROS 2、AUTOSAR Classic/OSEK和AUTOSAR Adaptive;
提供唯一经过验证的自动驾驶汽车互连标准,是确保不同系统和组件之间无缝协作的关键。这些标准已广泛应用于ROS 2、AUTOSAR Classic/OSEK和AUTOSAR Adaptive等框架中,为自动驾驶汽车的开发提供了坚实的基础。
-> 具备降低组件和劳动力成本的能力,使制造商能够通过以数据为中心的方法优先考虑总体可扩展性;
现代E/E架构具备降低组件和劳动力成本的能力,这得益于其模块化和可扩展的设计。制造商可以通过以数据为中心的方法,优先考虑总体可扩展性,从而更加灵活地应对市场变化和技术进步。
-> 提供构建下一代车内体系结构的能力以应对未知需求,诸如硬件、自主能力和部署中的动态更新;
现代E/E架构不仅满足了当前的需求,还具备构建下一代车内体系结构的能力。它能够应对未知需求,如硬件升级、自主能力的增强以及动态更新等。这种灵活性确保了车辆能够持续适应未来的技术发展和市场需求。
-> 能够从经典汽车产品演变为包括ADAS和远程信息处理应用的新型架构,使其能够在新市场上与专用产品相竞争。
随着技术的不断进步,经典汽车产品正在向包括高级驾驶员辅助系统(ADAS)和远程信息处理应用的新型架构演变。这种演变使得汽车制造商能够在新市场上与专用产品相竞争,从而开辟新的业务增长点。
随着智能车载系统的发展,部件之间的通信变得更加复杂且关键。激光雷达、雷达等先进传感器的采用,以及支持更复杂数据模型和应用算法的需要,给下一代电子/电气架构带来了巨大挑战。此外,功能安全(FuSa)和网络安全的要求从第一天起就必须慎重考量。
随着智能车载系统的快速发展,车辆内部部件之间的通信变得越来越复杂且至关重要。这种复杂性主要体现在以下几个方面:
1、先进传感器的采用:激光雷达(LiDAR)、雷达等高精度传感器的引入,使得车辆能够实时感知周围环境,为自动驾驶和高级驾驶员辅助系统(ADAS)提供了关键数据。然而,这些传感器产生的数据量巨大,且对实时性和准确性要求极高,给电子/电气架构(E/E架构)带来了巨大挑战。
2、复杂数据模型和应用算法的需求:为了处理和分析这些传感器数据,需要更加复杂的数据模型和应用算法。这些算法不仅要求高性能的计算能力,还需要与传感器和执行器进行高效、可靠的通信,以确保车辆的安全性和性能。
3、功能安全(FuSa)的要求:功能安全是确保汽车电子系统在设计、开发和生产过程中能够安全、可靠地执行其预定功能的关键。随着车辆功能的不断增加和复杂性的提高,功能安全的要求也变得越来越严格。从第一天起,制造商就必须将功能安全纳入考虑范围,以确保车辆在各种极端条件下的安全性和可靠性。
4、网络安全的要求:随着车辆与互联网的连接越来越紧密,网络安全问题也日益突出。黑客攻击、数据泄露等风险不断增加,对车辆的网络安全构成了严重威胁。因此,制造商必须采取有效的网络安全措施,保护车辆免受恶意攻击和数据泄露的侵害。
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