汽車總線架構的案例
如何看待下一代汽車總線架構里面的以太網和PCIe
最近Microchip做了一節很有趣的課程，名字叫
《Inter-Processor Connectivity for Future Centralized Vehicle Computer Platforms》，
課程里面給我們比較清晰地展示了下一代的汽車總線架構。
這次去廣州車展，小鵬的工程師講他們已經迭代到EEA3.0了，讓人很詫異，也就是說我之前評估2024-2025年做的架構 ( 小鵬已經做出來了，存疑? )。
不管怎么說，我認為下一代架構主要有這么一些特征：
● 區域控制器配合計算中心的架構
Zonal ECUs with centralized compute platform
● 以太網通信
IP based, Ethernet IVN
● SOA的架構
Software orientated architecture
有意思的是，Microchip做下面這個圖也是圍繞高清晰度的攝像頭來做的，并沒有4D毫米波和激光雷達的位置。
▲圖1.越來越清晰的架構
Part 1 以太網的應用
從演進速度來看，我們可以把非標準的所有接車載以太網的控制器，都稱為是Zonal ECU，這是因為這個控制器在標準化的過程中，可以差異化地集成很多的功能。
▲圖2.Zonal ECU的拓撲
● 毫米波、激光雷達的raw data，前者8T8R的能達到10G+帶寬需求，當前也得3～G，激光雷達稍微小點。
● 攝像頭，高清攝像頭的應用，廣義上的音視頻信息流。
展開 汽車多總線數據采集：挑戰、架構與同步策略全解析
下文將結合行業實踐，系統拆解多總線（CAN/LIN/100BASE-T1等）數據采集方案的核心痛點、架構設計、同步策略與系統搭建，為從事智能汽車數據閉環開發的工程師提供一套可落地的技術參考。
二、關鍵技術挑戰
多總線數據采集常被簡化為硬件連接問題，但在工程化落地時，需系統應對四重挑戰，這直接決定了數據能否真正用于算法迭代。
協議與接口復雜：常用一套硬件同步采集車載以太網、CAN/CAN FD、FlexRay、LIN及多路視頻，并支持靈活擴展以適應不同測試場景。
時間同步要求極高：多傳感器數據融合依賴納秒級時間對齊，且須在系統啟動異常（如時間復位）等邊緣場景下保持同步不中斷。
車規級可靠性嚴苛：系統在-40℃~85℃、持續振動及強電磁干擾環境中穩定運行，并通過冗余設計杜絕數據丟失。
數據需直接賦能算法：采集系統應支持基于工程數據庫的信號級解碼，并輸出與平臺無縫銜接的格式，提升數據可用性。
三、硬件架構設計
為應對上述挑戰，硬件系統需采用模塊化、車規化、高密度的設計思路。以下是一個經過驗證的架構實例：
（1）核心記錄單元：采用強固型工控機，采用寬溫操作與豐富擴展槽，為后續擴展提供地基。
（2）總線采集網絡（關鍵）：
a. 以太網部分：通過 CM 100 HIGH 模塊接入多達12路100BASE-T1車載以太網，這是智駕數據主干。
b. 傳統總線部分：CM CAN COMBO 模塊可靈活配置，單模塊提供6路CAN/CAN FD + 1路FlexRay，通過組合滿足不同車型需求。
（3）網關與交換：Enhanced Ethernet Switch 實現多路數據匯聚，并通過萬兆光口上傳，避免數據瓶頸。
（4）視頻輸入：采用支持UVC協議的工業相機，通過USB3.0接入，由軟件實現多路視頻幀級時間對齊。
展開 汽車LIN總線技術解析
主控制單元
LIN主控制單元連接在CAN數據總線上，監控數據傳輸過程和數據傳輸速率，發送信息標題，決定何時將哪些信息發送到LIN數據總線上多少次，在LIN數據總線系統的LIN控制單元與CAN總線直接起“翻譯”作用，能夠進行LIN主控制單元及與之相連的LIN從屬控制單元的自診斷。
主控制單元的信息結構
LIN主控制單元控制總線導線上的每條信息的開始處都通過LIN總線主控單元發送一個信息標題，它由一個同步相位構成，后面部分是標識符字節，可以傳輸2、4、8個字節的數據。標識符用于確定主控單元是否會將數據傳輸給從屬控制單元。信息段包含發送到從屬控制單元的信息。校驗區可為數據傳輸提供良好的安全性。校驗區由主控制單元通過數據字節構成，位于信息結束部分。LIN總線主控制單元以循環形式傳輸當前信息。
LIN從屬控制單元
在LIN數據總線系統內，LIN從屬控制單元的通信受到LIN主控制單元的完全控制，只有在LIN主控制單元發出命令的情況下，LIN從屬控制單元才能通過LIN總線進行數據傳輸。單個的控制單元、傳感器、執元件都相當于LIN從屬控制單元，傳感器是信號輸入裝置，傳感器內集成有一個電控裝置，它對測量值進行分析，分析后的數值是作為數字信號通過LIN總線進行傳輸的。
展開 MBSE產品模型架構應用：基于模型的系統工程 (MBSE) 在汽車傳動系統子系統架構中的應用
上下文圖/背景圖：
○ 代表系統與外部環境的交互
○ 交互系統被定義為“黑盒”
P-圖：
○ 擴展和細化上下文以獲得更詳細的黑匣子
○ 包括有關輸入信號、控制因素、噪聲因素、輸出和潛在故障模式的詳細信息
MBSE
○ 建模語言（SysML、UML 等）
○ 建模方法
○ 建模工具（Magicdraw、IBM Rational Rhapsody 等）
基于模型的系統工程概念：系統需求
● 需求以技術術語定義客戶和利益相關者的需求
● 在 SysML 中，系統需求陳述被定義為對象
● 每個對象都包含需求文本和唯一標識符
● 需求類型定義了需求可以關聯的特征
● 泛化通過繼承關系管理和分配需求
● 需求必須通過測試用例進行驗證
● 測試用例是檢查點，例如設計評審或物理測試
SysML中的標準類型需求用于在定義系統時提供嚴格性和清晰性
基于模型的系統工程概念：功能和邏輯架構
● 功能定義必須完成或完成哪些動作/活動才能獲得預期結果
● 操作是塊的屬性
● 塊是系統任何部分的抽象表示，如物理硬件或信號
● 功能通過與各個子系統和組件的邏輯關系相互關聯
● 邏輯架構描述了系統將如何實現
● 邏輯架構抽象地定義了基于系統所需的子系統、組件及其關系的技術解決方案
● 邏輯架構只能在明確定義系統的功能和需求后創建
● 邏輯架構沒有定義任何特定的系統實現，而是定義通用指南，以保持解決方案中立
建模方法：功能分解
● 從 P 圖中識別出傳動系統的五個基本操作
● 系統需要
○ 傳遞扭矩
展開 
純電動汽車架構設計(一) ：電動車架構設計核心與前懸架選擇
圖2 大眾MQB平臺未加強前指梁，不利于小偏置碰撞
那什么是車輛架構設計呢？車輛架構是某款車型上所應用的技術組合方式，這些方式可以基于平臺設計，也可以不基于平臺設計。架構設計不同于平臺設計，平臺指的是零件物理上的相同或相似，架構指的是設計理念和思路上的相同或相似。架構設計是汽車頂層設計的一部分，在架構設計層面我們需要權衡技術、市場與消費者期望和物料、研發成本，而引入的技術也可以反哺平臺或服務后續車型。
圖3 架構設計要合理組合汽車所有關鍵部件和人體
因此平臺是穩定、普適的，而架構是靈活、專一的。特定車型的架構設計在大框架上應該存在最優解。例如前橫置前驅+麥弗遜懸架組合，以及機艙縱梁+車身縱梁、門檻梁、中央通道的傳力路徑組合，已經成為傳統燃油車型的標準架構。
3 現階段電動車的平臺架構設計的追求
中國的純電動車行業，細節設計如NVH、強度分析、臺架試驗等能力已經逐漸形成，但是對平臺架構和整體設計研究依然進展寥寥，隨著汽車電動化浪潮的推進，頂層設計能力薄弱的問題愈發凸顯。
合理的電動車平臺規劃有利于充分利用電動車的零部件特點和整車總體優勢，例如成員艙空間、車身碰撞性能、更好的整車尺寸等，此外對于零部件選型和設計也有很強指導意義。
展開 汽車總線瞬時崩潰原因及車輛功能影響分析
摘要：隨著整車智能化及集成化程度的提高，汽車總線可能出現瞬時崩潰的情況，隨即會自動恢復，此時出現少數模塊暫時掉線并彈出警示標識，整車功能可正常使用。通過對實車進行問題復現，并用Vehicle SPY3錄取分析總線數據，發現總線所有模塊幾乎都掉線20ms，通過對外接設備進行相應的插接操作，出現總線瞬時崩潰的現象。總線瞬時崩潰的情況在有外接設備時偶發出現，但是在不外接設備后就不再出現，故鎖定根本原因為插拔外接設備時導致總線短路而造成瞬時崩潰。為了保證車輛功能安全，文章也分析了總線瞬時崩潰對車輛功能的影響，并深入評估車輛功能的恢復和正常使用的情況。
汽車總線的穩定性在汽車功能穩定性中至關重要。隨著整車智能化及集成化程度的提高，總線數據也日趨復雜，當大量的數據出現問題或者丟失時，汽車總線可能出現崩潰的情況。如果汽車出現總線長時間掉線問題，一般會造成汽車部分功能故障。汽車通常會出現瞬時掉線，持續時間為20~200ms之間，當出現這種情況的掉線時，可能會導致部分車輛模塊瞬間功能異常并彈出警示，但實際功能卻不受影響?；谝陨蠁栴}，文章通過汽車總線仿真測試軟件（VehicleSpy3）錄取并分析實車總線數據，確定總線瞬時崩潰的原因，同時分析總線瞬時崩潰對車輛功能的影響，并深入評估車輛功能的恢復和正常使用的情況。
展開 新能源汽車講解丨CAN總線介紹
【免責聲明】文章為作者個人觀點
基于CAN 總線的汽車空調控制系統開發
摘 要:本文首先對汽車空調控制系統的網絡化進行了研究,參照SAE J1939 協議制定了系統的整套通信協議,并
結合CAN 總線技術要求,設計出了基于CAN 控制器SJA1000 和CAN 收發器PCA82C250 的分布式的汽車空調
控制系統。
1 引 言
隨著汽車工業的高速發展,傳統的手動機械式空調難以滿足乘坐舒適性的需求和提升整車技術含量的要求。本文首先對汽車空調控制系統的網絡化進行研究,結合CAN 總線技術,采用CAN 控制器SJA1000 和收發器PCA82C250 設計了汽車空調系統的各節點,并參照汽車領域中廣泛應用的SAEJ 1939 協議制定了系統通訊協議,在此基礎上完成了基于CAN 總線的汽車空調控制系統的構建。
2 系統總體設計
2.1 汽車空調控制系統網絡化
傳統的汽車空調控制方法是直接控制:簡單功能通過控制開關直接實現,復雜功能由控制器完成。實現汽車空調控制系統的網絡化,就是從根本上改變控制對象和被控信號間的直接控制關系。模塊之間通過總線網絡建立連接并交互數據。在總線網絡
系統中,負責控制信號采集的模塊把采集到的控制信號發送到網絡上;負責執行控制功能的模塊則偵聽總線消息并接收與本模塊相關的數據,最后完成對相關器件的控制功能[1 ] 。
2.1 空調控制系統網絡
圖1 是汽車空調的混合式配氣系統的風道結構，圖[2 ] ,其工作過程如下:車外新鮮空氣+ 車內循環空氣→進入鼓風機→空氣進入蒸發器冷卻→由風門調節部分空氣進入加熱器加熱→進入各風口。
圖1 空調系統結構圖
根據系統結構圖抽象出基于CAN 總線的分布式網絡模型,在此基礎上添加主控節點、顯示節點和溫度采集節點。圖2 為抽象出來的分布式總線網絡模型。
展開 談談純電動汽車高壓電氣架構
3 結論
本文首先通過分析純電動汽車高壓架構功能要求，對比目前典型純電動汽車高壓電氣架構。通過高壓架構方案設計和高壓架構系統安全設計兩方面，提出了一種全新高壓架構設計方案，通過集成化的設計方案和最優的拓撲設計結構，實現成本最優并滿足系統安全要求。研究表明，此方案滿足系統功能和安全要求，空間布置簡單且質量降低，系統成本低，可實現平臺化推廣。
汽車芯片需要怎樣的處理器架構？
例如，在未來的汽車應用安全性方面，雷達發揮著至關重要的作用。L1 級自主雷達系統必須展示出對環境詳細狀況的識別能力，包括兩側車流，以便根據情況作出反應。而具有更高自主性的L2+、L3等的自動駕駛功能需要擁有完整的周圍視圖，因此除了前后雷達傳感器之外，還需要多個角雷達和側雷達。
以上這些雷達在工作過程中產生了大量的數據，需要SoC進行提取和處理。傳統上，這些較大SoC中的汽車MCU是基于RISC的架構。然而，為了滿足性能要求，系統需要一種具有最先進的安全功能的處理器架構，這種架構是一種平衡了性能、功耗、面積、安全等多個因素的組合。這種組合將為未來汽車行業內的先進安全設計以及未來其他生死攸關的安全應用奠定基礎（圖2）。
圖2.
展開 汽車SOA架構技術要點及挑戰
以往的汽車雖然已經具備互聯網更新的能力，但是每次更新還需要完整重新刷一遍軟件，也做不到動態部署，所以有人在思考能不能把Linux這樣的操作系統引入進來，運行在更高性能的例如A53, A57這樣的核心上，去代替過往好多個ecu才能具備的完整功能，并且以Linux作為基礎，能夠實現App的動態更新與部署呢？
而由于引入高性能計算芯片之后，能處理的功能非常多，還能夠做傳統域的域融合，減少ECU的數量。
再往后，就是車內可以只擁有一個中心計算單元，連接幾個區域控制器，區域控制器連接執行機，整個電子電氣架構比當前的要優化許多。
同時，不用于以往的軟硬件結合（即使用了autosar），當OEM基于POSIX系統完成了汽車OS，就能實現真正的軟硬分離，汽車廠商（+Tier1）做操作系統，App開發人員專注應用開發。
汽車SOA架構以及技術要點
SOA的核心是服務，一切皆服務。比如開發知乎這個平臺，既有PC網頁版，也有Android或者IOS版，想必你也知道，獲取熱榜列表，你肯定不會為這三個平臺分別寫三種Api，最終的解決方案肯定是以服務的形式，用同樣一個接口為三個平臺提供同樣的內容，至于以什么樣的UI展示，才是各自平臺要考慮的事情。
S2S：
SOA服務都是基于以太網的，但是為了和其他使用CAN、LIN總線的MCU通信，仍舊需要收發很多基于信號的消息，如何做到信號轉服務、服務轉信號，必須要考慮，實現上不是問題，重點在于如何降低對芯片資源的消耗。
核間通
信：
最早的HPC架構，由于芯片沒有提供專門為核間通信的硬件通道或者驅動，需要自己分別在MCU端和MPU端寫虛擬以太網驅動，利用共享內存來實現。不過現在新出的芯片基本都自帶解決方案，會方便很多。
展開 
蔚來汽車的電子電氣架構
●演進的長期
在開發層面，實現跨域融合優化，提升算力、存儲，盡可能導入Zone區域式I/O控制分布架構，通過電氣新的設計實現冗余控制，在軟件上配合SOA架構, 實現軟件和硬件分離, 運算與IO分離。
其實我的理解，蔚來在這個領域并不激進，一步步在走。
Part 2
傳統勢力的追擊
昨天英偉達公布了公司最新的汽車自動駕駛技術平臺“Drive Hyperion 9”，還官宣了Lucid Motors和比亞迪等電動車制造商將采用Hyperion的平臺架構，新的Drive Hyperion 9平臺將于2026年投入使用。目前英偉達在汽車圈客戶大致可以分為三類：
●造車新勢力
這些企業比較迅速包括蔚來（ET5、ET7）、小鵬（P5、P7、G9）、理想（X01）、威馬（M7）、FF、Lucid Group等。
●傳統車企
包括上汽智己、飛凡汽車，比亞迪、奔馳、捷豹路虎、沃爾沃、現代、奧迪、路特斯等。
●自動駕駛公司
包括通用Cruise、亞馬遜 Zoox、滴滴、沃爾沃商用車、Kodiak、圖森未來、智加科技、AutoX、小馬智行、文遠知行、元戎啟行等。
也就是說，我們能看到分布演進的模式，新勢力和傳統企業沒有差異，都在進行只是更快一些。
▲圖4.比亞迪的加入，進一步加速了智能汽車的競爭
它的架構總共包括汽車一連串的傳感器：車輛外部的14個攝像頭、9個雷達、3個激光雷達傳感器和20個超聲波傳感器，以及車輛內部的3個攝像頭和一個雷達。
展開 汽車芯片需要怎樣的處理器架構？
例如，在未來的汽車應用安全性方面，雷達發揮著至關重要的作用。L1 級自主雷達系統必須展示出對環境詳細狀況的識別能力，包括兩側車流，以便根據情況作出反應。而具有更高自主性的L2+、L3等的自動駕駛功能需要擁有完整的周圍視圖，因此除了前后雷達傳感器之外，還需要多個角雷達和側雷達。
以上這些雷達在工作過程中產生了大量的數據，需要SoC進行提取和處理。傳統上，這些較大SoC中的汽車MCU是基于RISC的架構。然而，為了滿足性能要求，系統需要一種具有最先進的安全功能的處理器架構，這種架構是一種平衡了性能、功耗、面積、安全等多個因素的組合。這種組合將為未來汽車行業內的先進安全設計以及未來其他生死攸關的安全應用奠定基礎（圖2）。
圖2.
展開 現代推出全新電動汽車架構IMA
蓋世汽車訊 據外媒報道，現代汽車公司（Hyundai Motor Company）宣布將在2025 年推出全新專用電動汽車架構：集成式模塊化架構（Integrated Modular Architecture，IMA）。據悉，該架構由電動全球模塊化平臺（E-GMP）演變而來，而E-GMP目前一直用于現代汽車集團（包括現代、起亞和Genesis）的新BEV。
該IMA是一種更通用的解決方案，或可用于各種乘用電動汽車以及專用車輛（PBV）。現代表示，IMA不僅將標準化底盤，還將標準化電池系統和電機。整個車輛陣容將配備9個標準化電池組（采用電池到電池組的方法）和5個標準化電動機。
與現有BEV開發系統不同，即不同車型采用不同類型的電池組，IMA可以配備標準化的電池組，所有車型都可以靈活安裝，從而提高成本效率。通過電芯到電池組（cell-to-pack）系統，該新的架構可以確保充分能量密度并縮短充電時間。
根據型號需要，IMA上還將安裝標準化的五種電機。而這種模塊化電機系統可在成本和重量以及電機效率方面保持優勢。
如下圖所示，現代開發出五臺具有200mm核心（和可變長度）的電動機。逆變器和變速器將集成到一個驅動單元中。
其中四個驅動單元（用于乘用車的eM系列）將為800 V電池系統電壓做好準備，而第五eS驅動單元（用于專用車輛）則可用于400 V系統電壓。新驅動單元的效率將會提高。成本和重量預計將分別下降35%和30%（2030至2021年間）。
現代汽車還將努力開發軟件架構，為客戶提供非凡擁有體驗。
展開 汽車電子架構和CAN網絡基礎
https://zhidao.baidu.com/question/303452032222336804.html
[2] 科普中國-汽車電子. https://baike.baidu.com/item/%E6%B1%BD%E8%BD%A6%E7%94%B5%E5%AD%90/106 92413
[3] 汽車電子電氣架構的起源是什么?https://zhidao.baidu.com/question/495429057.html
[4] 汽車CAN總線入門. https://blog.csdn.net/weixin_48498880/article/details/111903144
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