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汽車電子電氣架構的發展之路

時間:2020-05-05 07:57:52來源:未知瀏覽次數:

  如何加快軟件的創新與迭代?從傳統的分布式架構,逐漸進化為集中式架構,“域”的概念由此而生。在行業的變遷和技術的發展潮流麵前,永遠都是適者生存,麵對“域”的設計,國內外各大整車廠與供應商猶如八仙過海,各顯神通。單一功能的控製器不再成為主流,整車更多關注的是係統方案和軟件集成控製。隻有掌握集大成於一體的“域”控製理念,才能在即將到來的市場機遇中真正做到屹立不倒,成為最強王者。

  電子電氣架構的發展之路

  1. 模塊化和集成化架構方案

  在傳統的整車電子電氣架構體係中,通常將功能劃分在不同的模塊領域,如動力總成、信息娛樂、底盤、車身等,在每個模塊領域中,控製器的設計通常基於特定的功能,如:座椅控製單元SCU、尾門控製器PLG等。模塊與模塊之間通過CAN總線傳遞信息,而其模塊劃分一般也根據總線數量而定,所以總線就是傳統功能模塊的領航員,這就是香蕉草莓app下载為什麽會稱呼某些特定總線為動力CAN,車身CAN等。

  這樣的架構方案最大的特點是功能劃分明確,模塊與模塊之間嚴格明確界限,一切“越界”行為容易控製,由於模塊間的獨立性較強,模塊開發者不用太過於考慮其他模塊的幹擾問題。

  例如,動力總成不用擔心會被車身CAN上的信號所幹擾,並且也不用擔心因為車身功能不穩定,而導致動力係統的功能受影響。

  然而這樣的架構也存在著非常大的局限性,功能控製器的獨立開發模式,就像封閉的部落式文化,雖然能夠確保自身生態環境內的自給自足,但是由於信息的閉塞,傳輸信號的帶寬局限,導致了資源無法共享,大量運算資源浪費,性能“偏科”現象嚴重。

  舉個簡單的例子,部落中有十個村莊,A村莊有著專業的鐵匠,B、C等其他村莊沒有鐵匠,所以雖然A村莊的武裝力量非常強大,但剩餘9個村莊沒有防衛能力。一旦發生戰爭,90%的村莊很快就會淪陷,即使A村莊可以獨善其身,但整個部落卻遭到了滅頂之災。而這個例子中的“鐵匠”就是車身中的諸多控製算法,例如EMS中的熱管理算法、濾波算法,雖然能力非常強,但是其他控製器,例如車身的胎壓控製、尾門控製、車窗防夾無法借用此算力,並且最多隻能通過CAN信號得到一個數據量有限的結果。最後導致功能效果參差不齊,帶來的用戶體驗也難以完美。

  這樣的例子在低功能安全或L2以下的自動駕駛運用中,可能還可以被接受,然而一旦涉及L4級別或ASIL-D級以上的功能安全,那麽,模塊化封閉的架構設計的缺陷就會被放大,成為功能正向開發最大的障礙。

  而集成化方案僅僅是模塊化方案的一個小規模升級,在架構上減少了功能單一和冗餘的模塊,將複數功能小範圍地融合在一個控製器中,例如BCM集成PEPS,ESP集成TPMS等等。其帶來最大的利益在於成本,卻無法依然彌補跨模塊之間通訊率低下的缺陷。

  2. 中央集中式架構方案

  中央集中式架構方案中,第一次出現了“域”Domain的概念。“域”這張牌和“模塊集成”最大的區別在於,模塊集成是將傳統的模塊集中“打包”,其本質依然是原有的功能劃分,模塊與模塊之間的壁壘仍然沒有被打破,而且有很強的硬件捆綁特性。例如,市麵上有很多BCM集成了PEPS功能,但假設需要將PEPS係統集成到ESP控製器,那麽原有平台將無法兼容,需要花費較大工作量來開發新平台。

  而“域”的概念的核心思想在於靈活,係統與軟件層麵的集成,脫離了硬件捆綁的限製。草莓视频污无线看繼續從剛才村莊鐵匠的例子說起,“域”在剛才的例子中是如何體現的呢?首先,鐵匠還是住在A村莊,他的“工匠手藝”依然是核心機密,B村莊、C村莊依然無緣一睹精良的武器是如何生產的。但是,由於通信的壁壘被具有超大帶寬的“以太網”所打破,B和C雖然沒有鐵匠,但是由於他們村通網了!並且和A村莊在一個“局域網”信號範圍內,他們可以通過打電話、發信息或網上訂購的方式,向A村莊下訂單。而對於A村莊而言,由於消費者和訂單量的增加,鐵匠的社會地位迅速提升,一下子成為了村裏的大地主,他也會有更多的動力來研究高效率打鐵。

  這個升級版的例子裏麵的幾個關鍵字,“ABC村莊”對應ECU控製器,而“村莊間的局域網”對應車載以太網、FlexRay或CAN-FD,“網絡訂單”則對應靈活的互聯網協議(可能聰明的你已經發現了,TCP/IP、SOME-IP協議中的消費者和提供方就是這個概念)。而例子中的靈魂人物鐵匠,則是草莓视频下载熟悉的域控製器Domain Controller,他是大而全的功能提供方,具備獨家絕學的核心算法,如果說“互聯網關”是域架構中負責協調調度的“村長”,那麽“域控製器”就是給村民帶來福利的鄉紳。在大部分域架構設計中,域控製器可以集成給其他小控製器、小執行器提供什麽樣的算法、功能,決定了域的範圍有多大。

  舉個實際點的例子,“車身域控製器BDU”,是集成了所有車身電子的基礎驅動、鑰匙功能、燈、門、車窗等等的大控製器。由於車身域控製器可以提供“車身打鐵” 技術,例如車窗防夾算法、電壓補償、備份驅動等功能。所以,小型的控製器可以不再關注複雜算法,而是更多地關注硬件和驅動。不但冗餘軟件的開發量可以大幅度縮減,並且非常多的控製器可以被精簡優化,例如傳統的電動尾門控製器、車窗防夾控製器、門控製器等等。小村民不再考慮如何造武器,更多地開始考慮如何修煉武功。這樣一個幹練的精兵團體,組成了數量少、成本低卻又具有著強大功能的車身域。這樣一個標準化的共享軟件資源的架構設計理念,不但在車身,而是在整車各個領域都得到了充分的運用,成為了草莓100在在线视频免费耳熟能詳的動力域、底盤域、車身域、信息娛樂域和ADAS域等等。這就是基於不同“域Domain”的集中式電子電氣架構。

  3. Zone區域架構方案

  如上文提及,“域”的概念其實對於許多OEM和Tier1並不陌生,你可能也已經想到,在互聯網、航天、船舶等領域,域早已不是一個新鮮詞,既然集中式方案的域架構理念如此完美,那麽“域Domain”為什麽近幾年來在中低端車型上沒有得到大範圍的運用呢?

  這個問題的答案其實很簡單,關鍵字就在於“成本”。前沿的設計理念帶來了現實的矛盾。隨著近年來汽車電子爆發,ECU數量,ECU的運算能力需求都呈現爆發式增長,在ADAS時代和即將到來的自動駕駛時代更加明顯,同時對運算帶寬的需求也開始爆發。這造成汽車電子係統成本大增,除了ECU係統數量的增加之外,為了配合基於模塊劃分的“功能域”的概念,線束、布置、安裝、支架,不得不重新洗牌設計,並且帶來非常驚人的機械結構的成本。

  繼續拿“車身域”舉例,為了建成這個以功能為導向的電子電氣架構,OEM不得不將後刹車燈、後位置燈、尾門鎖、甚至雙撐杆的連接線束拉長,跨過80%的白車身,連接到置於車身前方的域控製器中。電子架構是舒服了,機械布置的同事們卻崩潰了。同樣的例子,在ADAS的前後雷達、空調係統的前後製冷、底盤係統的前後輪轉向控製均有類似的問題。一輛低端車的線束係統成本隻要大約300美元,重量大約30公斤,長度大約1500米,線束大約600根,1200個接點;而目前一輛豪華車的線束係統成本大約550-650美元,重量大約60公斤,線束大約1500根,長度大約5000米,3000個接點。如果沿用目前的電子架構體係,自動駕駛時代的線束成本將不會低於1000美元,重量可高達100公斤。這些令人詫異的數字,成為了大多數車型望“域”止步的原因。

  言歸正傳,為了解決高昂的成本,且不丟失“域”的軟件集中的核心概念。電動車的領跑者TESLA特斯拉在Model 3上重新劃分了“域”。在新的概念中,不再存在傳統的車身域、動力域等,取而代之的是物理空間上的劃分“區域Zone”,比如中域、左域和右域。

  淺談汽車電子電氣域架構你可能會說,新的域按照布置方案來劃分,這一刀是不是切得有點太“土”了?然而這卻是區域的核心理念。汽車電子在經曆了這麽多的變遷後,終於開始走向一條由繁至簡的路。而新的域,也就是今天提到的,未來可能會實現的基於位置分布的“域Zone”,通過不同域之間的交互融合,用接近原則這一簡單的招式,完美規避了上述問題,但是卻也給軟件開發帶來了史詩級的挑戰。例如,車身控製器工程師可能需要開始研習雷達的驅動和算法;功能安全ASIL-C和D級別的軟件開發逐漸變成標配。域的控製開發要求將不再僅限於功能,軟硬件開發將打破傳統的功能劃分壁壘,更多地需要從整車角度思考去設計。

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