电子电器架构的发展及设计开发

自1886年1月29日,卡尔.本茨的三轮汽车奔驰1号成功注册专利到现在,汽车发展已经有了百年的历史。

当平顺的变速箱加调校和已经无可挑剔的电机传动出现,平顺相应和线性加速已经不值得去追求了;当更加平顺的悬架和调校技术日显成熟,底盘的高级性能已经不是独门绝技的时候。这个时候无可否认软件和电子电器成为汽车的核心,软件和电子电器正在驱动着汽车行业四大突破ACES-自动驾驶,车联网、电气化,智能出行。这些日渐成为汽车的差异因子。所以汽车行业接下来的主战场正是电子电器和软件,而这些背后的核心是基础的电子电气架构。

● EEA(电子电气架构)定义

EEA(Electrical/Electronic Architecture),电子电气架构是首先由德尔福公司提出的,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。

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、能量管理等电子电气解决方案。

● EEA(电子电气架构)发展

博世:未来汽车电子电气架构趋势

在博世的EE架构演进规划中最核心的思想就是ECU从分布到集中。如下对整个过程进行了更详细的说明。

01-分布式:当前的汽车电子电气架构绝大部分都是分布式

第一代分布式为每个ECU都独立控制不交互数据;

第二代为ECU交互通过域,基本上有车身模块、底盘模块、动力传动模块和娱乐系统模块等三个或四个独立的网,其中独立的网络及少数的数据交互通过域。

第三代为ECU交互数据通过网关,网关通过整合让不同网络数据能进行交互,例如CAN、LIN、MOST、FlexRay。汽车网关承担不同总线类型之间的协议转换工作,并参与各网段的网络管理,从而实现不同模块和功能之间的通讯。

02-域的中央式:

域中央式的,其实他的域中需要一个强大的中央处理器,他将其他ECU电子控制单元所有信息进行汇总同时能够再处理和运算,再发回不同的处理器进行执行。

03-整车中央电脑式:

当汽车电子电气架构发展到整车中央电脑式时候,是整个产业的完全变革,那个时候没有多个ECU电子控制单元概念,完全是电脑模式,整个汽车架构里面就是分为中央电脑、传感器、以及执行机构。通过以太主干网概念融合。

● EEA的挑战

汽车内部的快速电子化让传统汽车电子架构不堪重负、对于未来汽车电子架构来说,应是做减法了,垂直融合将取代分布协同成为趋势。同时,软件定义的需求正呼之欲出,汽车亟待一个从机械化到电子化的华丽转身,这些都要求汽车电子架构做出变革。提升效率,降低复杂度(不论是硬件制造的复杂度还是软件开发的复杂度)。

以太网新型总线技术和5G无线技术的引入,已使这一融合变为部分现实。如果网络带宽足够宽,延迟足够低,这一趋势将会更加明显:算力向中央集中,向云端集中,汽车电子架构(EEA)的演进也正朝这个方向前行。

● 特斯拉model3电子电气架构

如果将汽车整个电子系统视为一个主机,那么Model 3的架构与X86的电脑主板如出一辙:中央计算模块(CCM)、左车身控制模块(BCM_LH)和右车身控制模块(BCM_RH)。特斯拉似乎是有意为之,一个再清晰不过的思路展现在众人面前:域控制尽可能集中,仅留下负责外设的ECU分散布置,通过CAN或以太网总线桥接起主要域控制单元;同时在中央计算单元上选用X86架构为后续软硬件扩展打下基础。

连续在电子电气架构和计算架构上做出变革,对标PC的发展路线,特斯拉的野心暴露无遗:更抽象而标准的电子电气设计、更丰富而统一的软件能力。从正在发生的事实来看,这场汽车软硬件架构的变革正在朝特斯拉设定的方向演进,如果Model 3成为爆款,那么特斯拉将成为行业颠覆者。

● EEA开发流程

现阶段,汽车电子电气架构的设计与优化都要遵循国际通用标准,即“V”模式的开发流程。

1、需求及目标定义阶段:

应对全新车型市场定位与客户所提出的特殊需求进行有机结合,对于不同车型数据进行比较。在分析与评估后则需要确定出全新车型的需求。在此基础上对子系统需求进行定义。同时制定验证整车需求是否被实现的测试规范与方法。

2、系统/架构设计阶段:

应充分考虑电子电气系统的实际需求,对系统级别的电子电气架构解决方案予以合理地制定,同时对物理与逻辑架构需求进行准确的定义。同时制定验证系统/架构设计目标是否被实现的测试规范与方法。

3、电子电器件设计阶段:

将物理与逻辑架构的实际需求作为重要基础,对电子电器件解决方案进行合理地制定,对相关硬件与软件需求予以定义。同时制定验证电子电器件设计目标是否被实现的测试规范与方法。

4、电子电器件开发阶段:

充分考虑电子电器件的硬件与软件实际具体需求,对相关器件进行开发。另外,零部件开发商需采用自身所具备的测试规范以及方法开展验证工作。

5、电子电器件设计验证阶段:

将测试规范和方法作为参考标准,对电子电器件设计目标的实现状况进行验证。

6、系统/架构设计验证阶段:

将测试规范和方法作为依据,对其设计效果进行验证。

7、整车需求目标验证阶段:

同样需要遵循相关规范和方法,对整车需求的目标实现状况进行验证。

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