來源 |  Vehicle

如果說傳統的整車平臺物理架構是保證你四化的基礎，那么電子電氣架構確是決戰四化的前提，他是主機廠靈魂的載體，只有正確的電子電器架構才能承載四化，才能支持軟件定義汽車。

所以本文借用恩智浦的技術培訓PPT，對面向未來的電子電器架構重構的實施路徑進行分享，希望能從以下幾個方面給大家帶來一些見解：

• WHY 為什么電氣架構需要改革
• WHAT 電氣架構改革的趨勢是什么
• HOW 如何對電氣架構進行重構

WHY-為什么電氣架構需要改革

至于為什么要改革，首先是整體的汽車行業發展趨勢，智能化，電動化，以及軟件定義汽車。智能化，電動化的發展極大的觸發了整車的傳感器數量，以及數據量和處理量這是以CAN時代無法進行負載的，以分布式ECU無法高效處理的。軟件定義汽車的要求整車通訊互聯甚至中央控制這些都讓當前電器架構從邏輯上和物理上都無法滿足要求。

再次通過之前CAN時代對電氣架構做加法的方法，顯然從成本，穩健，功能都無法勝任。他需要面對的挑戰有成本，重量，復雜度， 這些都是當前四化的壁壘。而目前四化需要的是安全冗余，可拓展，硬件軟件解耦，當然還需要面對成本的折中方案。

所以當前的電子電器架構亟需改革，從功能溝通的邏輯上到物理連接布置上。

功能溝通邏輯上：

• 分層，對功能邏輯進行分層，策略層，實時控制層，輸入輸出層
  
• 集合，功能進行整合，協調軟件平臺以及操作系統
• 虛擬化，專門的硬件虛擬到云端服務器

物理連接布置上:

• 區塊化，優化線束和連接
• 引入TSN( time sensitive networking)以太網以應對重疊的數據溝通
• 強化，端到端的安全和分布式應用的安全

WHAT-電氣架構改革的趨勢

顯然最原始的電子電器架構如上文講到，是扁平的所有的ECU沒有分層融合大家；而隨著功能的需求，數據量和傳感器的總類增加為了高效的進行整合進行集合域控制，所有數據通過中央網關進行通訊；未來的發展軟件定義汽車需求必須是中央區塊化，中央處理器集中控制，區塊化集合功能。

所以電子電器架構的趨勢是從扁平化到域控制再到中央區塊化。

域控制器 ，根據恩智浦的規劃他們2025年基本完成，其實對于豪車以及部分新勢力或多或少已經完成。根據開發流程以及周期來看要2025年實現那么其實現在所有的還未完成的主機廠應該都在布局或者研發之中。

域控的好處是，可以減少控制模塊數量以及硬件復雜度，可以實現安全和在線升級，可以實現自動駕駛L3。

當然域控的挑戰有，超級復雜的域控，更長更重的線束。

那么更先進的中央區域控制來了，恩智浦覺得到2025年開始到2035年基本會切換成中央區域控制。

中央區塊化控制的好處是，極大提升線束成本重量以及制造，使高效的能耗分布，簡化其他ECU，促進軟件定義汽車的實現。

中央區塊化面對的挑戰會是，安全，以及對于自動駕駛安全控制的成本和復雜。

從域控到中央區塊化進化 ，汽車關系到安全而非消費電子娛樂，汽車的事故關系到車內的以及車外的安全。所以只有技術成熟以及未來風險和成本的可控才行，顯然目前存在不少挑戰。

那么目前一種方案為，域控和中央混合架構。把車輛的車身，動力，運動執行整合進入中央控制器，把影響安全的自動駕駛，和娛樂系統域控化。

但對于汽車行業，每家的情況還不一樣，例如家用車和豪車顯然電子電器復雜程度不一樣，所以每家電子電器架構演化的方式不一樣。大體相同只是大家對于整車以太網等通訊方式選擇不同。

通訊以太網高速化是未來趨勢，CAN FD可能依然保持對于執行架構的通訊。

總體趨勢總結：

電子電器架構從扁平化到域控再到中央區塊化，但其中域控到中央區塊化進化會存在混合架構的過渡。

電子電器架構的通訊，對于各個域控或者區塊通訊高速化，高速以太網是趨勢，執行架構通訊CAN依然保留。

HOW-電氣架構重構的四步驟

至于如何進行電子電器架構改革，重構是恩智浦給出的方案，其中給出四個步驟：

• 分配功能
  
• 定義骨干網絡
  
• 定義區域模塊
  
• 定義終端連接

分配功能， 傳統的電子電器架構其某一個功能包含功能策略以及功能輸入與輸出執行兩個部分；到了域控，其實域控提供的是功能的協調，對于單個功能策略和執行沒有本質變化；分布式系統，把策略控制和執行分開，當然還有部分分布式，也就是特殊的功能依然保有策略。

分配功能的時候，對于功能之間的信息溝通，恩智浦給出了兩個選擇：

1. 區塊化線束，保持邏輯不變-引入以太網做為信息溝通骨干網，他的好處是重新布置線束保留傳統ECU無須變化，但挑戰是未來跨功能應用。
2. 區塊化線束，分布和中央化功能-邏輯上把功能策略層和執行層區分，物理上引入以太網和把功能地址IP化。
   他的好處是建立靈活的分布式系統，挑戰是需要大面積重寫應用代碼和重構溝通。

區域化的溝通變革是從信號的傳輸變成服務。

為軟件定義汽車打下基礎。

那么這個時候區域溝通的骨干網定義就上場了，定義骨干網有兩個步驟：

1. 定義拓撲，和帶寬-拓撲需要考慮冗余和成本的均衡，帶寬要考慮區域化的域控例如車身模塊100Mb足夠，但所有的域控10Gb以上。所以這個步驟里面需要特別注意的是L3級別以上的自動駕駛，他的帶寬和安全等級，所以目前很多OEM選擇的是不把自動駕駛并入骨干網。
2. 考慮通訊工程，安全-當把關于功能安全和非功能安全的通訊混合時候需要考慮延遲以及丟包問題，所以一般考慮網絡工程和同步TSN 交換，當然安全需要考慮成本以及系統的分布和中央化的均衡。

接著就是定義區域模塊，定義區域模塊時候需要考慮四個因素，互聯性，網絡控制，實時控制，應用和服務管理。

每個區域要根據自身情況應用選擇。

對于區塊化模塊，根據當前的情況可以分為，集合，控制，處理三種。

集合相對簡單就是通訊或者網關，交換以及信號的輸入與輸出；控制就是在集合的基礎上增加網關功能；處理，除了輸入與輸出具有網關，交換機和應用處理。

例如上圖，車身控制器分布到車身其他的區域為區域集合；幾何集合中區域控制和區域結合在整車控制器的結合下運行；區域和自動駕駛中自動駕駛傳感器集合進入區域控制，其他和幾何集合類似；最后區域加域處理，直接域處理發送到區域集合進行執行。

最后就是定義終端連接，終端連接就是末端執行機構的連接，目前終端連接通過CAN，Lin，Audio多種形式，未來發展以太網和CAN的連接，但其中會存在多種的過度，但趨勢是以太網。

終端的連接未來有兩種形式走向以太網：

1. 軟硬件不強烈變化下，傳統CAN通過以太網交換機分配IP 通訊。
   
2. 標準化的終端，直接以太網通訊。

總結

電子電器架構的趨勢是明顯的，路徑也是明晰的，但道路確是曲折的，汽車是一個長周期，重資產投資的產品，一般車型4-5年的開發上市期，特別是傳統汽車主機廠一般考慮投資盈利基本上都會兼顧過去，同時考慮未來，當然新勢力也不例外畢竟也是延續大部分當前的汽車產業鏈。

所以一般都有以下挑戰：混合通訊CAN和以太網；延遲和負載；時效性冗余；從傳統信號傳遞到軟件定義和終端IP；根據安全需求的隔離；時效性和電源管理；軟件的遷移；可持續性的拓展升級需求。

主要參考文章

1. 識別朝著正確的未來電器架構的路徑 - 恩智浦

2. 恩智浦的功能安全和車輛以太網觀點 - 恩智浦

3. 網關以及車輛網絡處理的升起和改革 - 恩智浦