汽車電子架構(gòu)設(shè)計的研究與分析

翟皓蓉

（奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司 241002 ）

1 汽車電子架構(gòu)

隨著時代的進步，人們對汽車電子功能的需求越來越多。這些需求涵蓋了安全性、娛樂性、舒適性和智能等各方面。汽車電子部件的堆砌帶來汽車質(zhì)量變重、成本增加，能耗也在增加。大概在2008年初，國內(nèi)車企首次接觸到電子架構(gòu)設(shè)計的概念。這項概念從客戶需求出發(fā)，以需求為導(dǎo)向，以功能實現(xiàn)方式為主導(dǎo)，對功能邏輯、信號交互、功能分配、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行定義設(shè)計，故而稱之為電子架構(gòu)設(shè)計。

2 電子架構(gòu)平臺設(shè)計帶來的變化

2.1 從廣義方面來看

2.1.1 推動正向設(shè)計思路的落地

V 型正向開發(fā)設(shè)計的思路一直在提，但由于受到的制約因素較多（包括零部件沿用、成本制約等），一直都未真正的實施。通常的做法就是打補丁，在現(xiàn)有框架的基礎(chǔ)上更改優(yōu)化。這樣不僅會帶來一些重復(fù)開發(fā)的工作，造成管理成本增加，且由于零部件工程師無法完整評估需要更改哪些關(guān)聯(lián)部件，以及是否會產(chǎn)生影響，因而存在風(fēng)。全新平臺的架構(gòu)設(shè)計則更利于實施正向開發(fā)思路。

2.1.2 平臺化設(shè)計提高零部件的通用性，降低成本

平臺化的開發(fā)支持零部件的通用性，同平臺各車型產(chǎn)量的疊加，直接促使零部件成本的下降，產(chǎn)品質(zhì)量也更加穩(wěn)定。大眾集團在這方面尤為明顯，不僅僅是外觀上的套娃，其內(nèi)在的電子架構(gòu)也是平臺化的產(chǎn)物。大眾這一開發(fā)理念引領(lǐng)了行業(yè)風(fēng)潮，相比之前的單打獨斗，實現(xiàn)平臺化在管理檢測和成本控制上的優(yōu)勢非常明顯。

2.1.3 產(chǎn)品迭代快，提升競爭力

相同平臺的車型，由于開發(fā)是同時啟動的，且零部件的通用化程度很高，因而當(dāng)首款車型上市后，后續(xù)車型的迭代會非常快，通常只需要5 ～8個月的時間。以吉利的領(lǐng)克品牌舉例，領(lǐng)克01 上市時間為2017年11月28日，領(lǐng)克02 上市時間為2018年6月29日，領(lǐng)克03 上市時間為2018年10月19日。領(lǐng)克系列能夠迅速上市并占領(lǐng)市場，就是得益于其CMA 架構(gòu)平臺的開發(fā)。

2.2 從狹義方面來看

2.2.1 推動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的升級

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建是電子架構(gòu)設(shè)計的核心部分，電子功能增多，信號交互增多，功能響應(yīng)速度快，如果還基于早期的硬線連接通信方式，遠遠滿足不了功能需求的變化，同時還會帶來整車重量的增加。因此，有了總線通信的需求，目前較普遍的是CAN 通信，后期隨著智能化的需求，CANFDETHERNET 都是未來主流的通信方式，更多是幾種通信方式集成的情況，隨著成本的降低和技術(shù)的提升，不排除全車使用局域網(wǎng)的可能性。

網(wǎng)段的劃分也基于功能實現(xiàn)方案，通常我們會把信號交互多的幾個控制器放在同一網(wǎng)段，這樣可以減少信號路由（通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)），實時性好，出現(xiàn)故障的幾率低。評判網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)除了信號路由的數(shù)量以外，還有可擴展性的要求，一個好的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以支撐電子架構(gòu)平臺未來5 ～7年的功能需求[1]。

2.2.2 功能分配

前期的邏輯定義、信號交互都還停留在設(shè)計概念階段，到功能分配時涉及到落地的可行性，需要和供應(yīng)商共同討論。這個階段也會受到很多外在條件的制約，零部件廠商的能力，主機廠的能力在這個階段會被徹底的挑戰(zhàn)。但不論博弈的過程如何，筆者認為高集成度控制器的前景都不會改變。高集成度控制器帶來的信號交互的減少、成本的降低是顯而易見的。也只有這樣才符合電子架構(gòu)發(fā)展的目標(biāo)：以平臺車型的需求為基礎(chǔ)，兼顧成本，質(zhì)量、性能等因素，綜合平衡、優(yōu)化的結(jié)果。

3 汽車電子架構(gòu)的演變

圖1 第4 代電子架構(gòu)示意圖

上文已經(jīng)提及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在電子架構(gòu)設(shè)計中的核心地位，電子架構(gòu)的演變之一就是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演變。最早的電子架構(gòu)就是硬線連接的線束原理圖，傳感器、控制器、執(zhí)行器之間的信號交互、電源、驅(qū)動全部硬線實現(xiàn)。功能多導(dǎo)致線束多，增重、裝配困難等問題接踵而至。

到第2 代的電子架構(gòu)采用總線通信時，這種狀況才得以緩解，大部分的信號可以通過CAN/LIN 總線傳遞，大大減少了線束的數(shù)量。但由于網(wǎng)絡(luò)負載率的限制，也導(dǎo)致這種單網(wǎng)段的通信無法擴展更多的功能，于是有了第3 代電子架構(gòu)的產(chǎn)生，多網(wǎng)段CAN 總線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這一代架構(gòu)基本可覆蓋之前10年里所有功能的通信需求。

早在2000年初，筆者剛剛接觸到CAN 總線通信時，大眾、奧迪等外資企業(yè)就已經(jīng)在使用多網(wǎng)段總線架構(gòu)，那時候國內(nèi)還沒有電子架構(gòu)設(shè)計的概念。未來，隨著對自動駕駛，數(shù)字化駕駛艙、V2X 等概念的提出，現(xiàn)在的第三代電子架構(gòu)平臺已無法滿足傳遞數(shù)據(jù)量及傳遞速率的要求，早先提出的MOST/FLEXRAY 總線技術(shù)也被以太網(wǎng)所取代，CAN 的升級版CANFD 也處于試用期，究竟能否替代CAN，還需要時間的檢驗。

目前，比較主流的做法是在對通信速率及帶寬要求較高的Infortainment 功能域以及ADAS 功能域采用以太網(wǎng)通信，其他網(wǎng)段仍然采用CAN 總線通信。比如大眾最新的MEB 平臺就采用了類似這種方案，可稱之為第3.5 代電子架構(gòu)。

4 汽車電子架構(gòu)的發(fā)展趨勢

未來的第4 代電子架構(gòu)涉及到了域控制器的概念，也就是上文提及的高集成度控制器的一種發(fā)展趨勢（圖1）。在域控制器的加持下采用以太網(wǎng)為主干網(wǎng)，域控制器下屬的子網(wǎng)段則采用CAN 通信，主要的控制策略和算法均在域控制器里，下屬的子網(wǎng)段里控制器則更多的承擔(dān)了信號的采集、簡單處理以及執(zhí)行驅(qū)動的功能，這樣的控制器多放置于離傳感器或執(zhí)行器很近的地方，或者直接和傳感器、執(zhí)行器集成，最大程度減少線束的長度[2]。由于架構(gòu)方案涉及到所有的電子部件，所以其發(fā)展方向也影響到零部件產(chǎn)品的發(fā)展方向。這是相輔相成的關(guān)系，零部件廠商的平臺規(guī)劃同時也影響到整車電子架構(gòu)的發(fā)展趨勢。沒有好壞之分，架構(gòu)設(shè)計需要平衡。

5 結(jié)束語

汽車電子架構(gòu)的設(shè)計就好像房地產(chǎn)開發(fā)商蓋房子，房子蓋多大，地基打多深，總共蓋幾層，每戶有幾個房間，每個房間的功能是什么，每個房間有幾個插座，幾個開關(guān)，下水在哪里等等。在這個框架下，業(yè)主拿到房子后才能各顯神通進行風(fēng)格各異的裝修。汽車電子架構(gòu)設(shè)計也是如此，在約束各系統(tǒng)零部件開發(fā)的同時也要給予極大的自由度，這樣才能適應(yīng)平臺下各車型的需求。