一文浅析智能汽车EEA发展

admin 2022年6月22日22:35:57云安全评论7 views2951字阅读9分50秒阅读模式
什么是整车电子电气架构?
一文浅析智能汽车EEA发展
早先,汽车上控制单元的作用主要是实现对发动机的控制,每个电器都需要一个控制器进行独立控制,也就是分布式架构。
随着车载电器越来越多,对应的ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)越来越多,首先从硬件的配置上来说,复杂而沉重。
ECU来源不同,程序编译方法和语言不同;各个ECU都有自己独立的通信,线束复杂;物理位置各不相同,总装复杂度大;资源浪费,运算能力不能物尽其用,成本上涨。
因此,需要一个全新的整车电子电气架构来解决分布式架构带来的问题,尤其是汽车正在从一个传统的交通工具传向智能终端转变之时。
“功能域”与“域控制器”
德尔福率先在汽车行业引入了“功能域”的概念,来统一整车电子电气架构的搭建。功能域就是按照功能来进行划分,比如车身系统、娱乐系统、底盘系统、安全系统、动力系统以及辅助驾驶系统等。
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每个域中,DCU(Domain Control Unit,域控制器)来协调域下的各个ECU,担任域内主要的运算责任,从而降低各个ECU的负担,并有利于域内的集中控制,而非各自为政。
整车电子电气架构成型
德尔福也基于此,提出了EEA(Electrical/Electronic Architecture,电子电气架构),集合汽车的电子电气系统原理设计、中央电器盒的设计、连接器的设计、电子电气分配系统等设计为一体的整车电子电气解决方案的概念。
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通过EEA的设计,可将动力总成、驱动信息、娱乐信息等车身信息转化为实际的电源分配的物理布局、信号网络、数据网络、诊断、容错、能量管理等的电子电气解决方案。
新问题和“超级终端”
功能域的特点是以相似和同类功能区分的,而执行功能的零部件遍布整车四周,需要通过大量的线束往返其间。线束设计成本、难度、重量大大增加,而且各个域控制器的运算能力,无法最大化使用和共享。

区域(Zone)的概念

特斯拉汽车推出了“区域zone”的概念,根据控制整车的区域,分别为左域、中域、右域,来取代车身系统、娱乐系统、底盘系统、安全系统、动力系统以及辅助驾驶系统等功能域的概念。例如Model 3中域整合了驾驶辅助和信息娱乐两大功能,而左域和右域则分别整合了余下的功能。
虽然,这对架构工程师的能力提出更高的要求,需要跳脱出功能划分的思维,通过学习多个功能域的电子电气原理,完成最合理的架构设计和规划。可是,基本上避免了线束往返跨越车身的情况,同时进一步集中了不同功能电器于某个区域内,由单个区域控制器来解决运算、最大化共享算力。
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中央超算
而将各个区域控制器通过千兆以太网等主干网和兼容多种通讯协议,连接到的是中央超算,中央超算可以配备高性能的芯片,以更高的车辆数据传输速度为基础,来支持高阶自动辅助驾驶、智能座舱和OTA等。比如小鹏最新的X-EEA 3.0。
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超级终端
基于中央超算+区域控制高融合的硬件架构,结合分层式软件设计(系统软件平台、基础软件平台、智能应用平台),不仅仅最大化满足智能汽车发展的软硬件需求,还可以满足基于用户对不同类型软件使用需求的差异性。而日益发达的无线通信技术(4G/5G以上),可以与后台云端高速通信,汽车将真正的融入万物互联之中,成为“超级终端”。
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智能汽车加速整车电子电气架构发展
另一个“超级终端”
也许消费者不知道具体需要什么,可伴随着移动互联网全方位的渗透,互联网已经是生产力和生产资料,购物、娱乐、工作、教育、互动等都已离不开互联网,从而促进了智能设备的大发展,智能手机、平板电脑、智能手表、智能笔等等,而智能汽车是另外一个“超级终端”。
人类对智能汽车的需求,既是互联网渗透的结果,也将是生活和生产的必然,即四个轮子上的物联网,例如汽车“新四化”,从辅助驾驶到无人驾驶、智能网联、V2X、智能座舱乃至智慧城市。如此海量的功能需求,其复杂性,通信速度,通信安全,都对EEA的硬件提出中心化乃至中央超算的要求,以满足软硬件解耦,软件定义汽车功能,云端交互,高速升级等等。
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成本和重量最优的EEA
下图来自博世的介绍,按照博世工程的介绍,从域控制转向区域控制之后,线速减少10%的成本和重量,整车其他成本还可以降低10%,最多减少20%嵌入式控制器。
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现在:域控制
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近期:区域控制
新功能必定对应新的软硬件成本,一辆极其昂贵的智能汽车,即使功能、性能再强大,也没办法普及,使更多消费者获得幸福感。EEA不断迭代发展,从分布式到域控制器,再到区域控制和中央超算,长期来看在整体成本和重量上是最优化的。

整车布置和功耗

做过车身的朋友,都知道线束和模块是最恼火的,传统的汽车设计,经常要为特殊模块寻找安装空间,线束走线极其复杂且难以预测。而功能和性能如此发达的智能汽车,按照分布式的布置思路,其网络拓扑的复杂度会成倍的增加,如何能找到其安生之处!
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此外,除了前面讲到的重量和成本,大量模块和线束带来的功耗和生产线的复杂度,就受不了,不符合自动化生产、精简设计链条、提高质量的要求。因此,整车电子电器架构,将向集中化和精简化进化。

个性化与平台化并不矛盾

再翻看通用如何与T型车霸主时代的福特竞争的故事时,通用汽车传奇式领袖阿尔弗雷德·斯隆提出了多品牌共享平台的概念,进一步享受到规模化生产的好处,并减少研发费用,大大缩小与T型车的成本差异。先进技术的创新,应用到先进的系统和部件上,与新车型尽早投放到市场,并制定了标准的开发流程。
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现在整车电子电气架构,在平台的层面上将更加重要,尤其在没有传统动力总成的电动车平台上。显然斯隆的策略,告诉我们消费者对产品需求的个性化、差异化与平台化,并不矛盾,反而促进整车电子电气平台的先进性、模块化、规模化,这将成为未来车企的核心竞争力。
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